miércoles, junio 19, 2024
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Los investigadores han desarrollado un rayo tractor de objetos macroscópicos

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El principio de la tracción óptica es mover un objeto a distancia. El concepto es ampliamente utilizado en películas de ciencia ficción. También existe en la realidad… pero en una escala muy pequeña. Los dispositivos como las pinzas ópticas pueden, por ejemplo, manipular partículas microscópicas utilizando láseres. Hoy, los investigadores afirman haber logrado crear un rayo tractor capaz de mover objetos macroscópicos.

La luz contiene energía e impulso que se pueden utilizar para diversas manipulaciones ópticas, como la levitación y la rotación. En los últimos diez años se ha demostrado en varias ocasiones la tracción óptica de micro y nanoobjetos (células, átomos, nanopartículas, etc.). Todavía se usa con frecuencia hoy en día en biología y nanotecnología. La extracción óptica de un objeto macroscópico, por otro lado, es mucho más compleja de implementar, porque obviamente requiere mucha más potencia.

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Un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de QingDao en China anuncia que ha logrado esta hazaña y presenta su rayo tractor en la revista Óptica Express. ” En estudios anteriores, la fuerza de atracción de la luz era demasiado débil para atraer un objeto macroscópico. Con nuestro nuevo enfoque, la fuerza de tracción tiene una magnitud mucho mayor. De hecho, es más de tres órdenes de magnitud mayor que la ligera presión utilizada para impulsar una vela solar, que utiliza el impulso de los fotones para ejercer una pequeña fuerza de empuje. », dijo Lei Wangprimer autor del estudio.

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objeto macroscópico de tracción óptica
Los investigadores muestran que la luz láser se puede usar para atraer un objeto macroscópico hacia usted. © L. Wang y otros.

El potencial para mover vehículos a Marte

El rayo tractor diseñado por Wang y sus colaboradores fue capaz de mover un objeto compuesto a base de grafeno y sílice (SiOdos): la capa frontal estaba hecha de grafeno reticulado y la capa posterior de SiOdos. Este material se utilizó en un péndulo de torsión, a través del cual los investigadores pudieron demostrar el fenómeno de la tracción láser de una manera que es visible a simple vista. También utilizaron un péndulo gravitatorio para medir cuantitativamente la fuerza de tracción del láser; ambos dispositivos tenían unas dos pulgadas de largo.

diagrama del principio de tracción óptica del péndulo de torsión
(A) Un láser golpea una muestra de material compuesto y la calienta: esto hace que el material se aleje de la luz. (B) Aquí, el material está cubierto por una capa transparente con baja conductividad térmica (en amarillo): en este caso, se crea una fuerza de tracción. (C) Diagrama de bloques del dispositivo de péndulo de torsión: el material compuesto se une al extremo del brazo del péndulo. © L. Wang y otros.

Cuando el objeto es irradiado por un rayo láser, las moléculas de gas ubicadas en la parte posterior del objeto reciben más energía y, por lo tanto, “empujan” el objeto hacia la fuente de luz. Este efecto, combinado con la baja presión (5 Pa) del ambiente en el que se realizó el experimento, induce un desplazamiento del objeto. La fuerza de tracción (0,8 µN) fue significativamente mayor que la presión de radiación (aproximadamente 0,28 nN); también se puede ajustar modificando la potencia del láser.

experimento de tracción óptica con péndulo gravitacional
(AC) Dimensiones y detalles materiales del dispositivo de péndulo gravitacional. (D) Fotografía del péndulo sin tracción láser. (E) Fotografía del péndulo bajo tracción láser con una longitud de onda de 488 nm y una potencia de 85 mW. El desplazamiento observado es de unos 2,5 mm y la fuerza de tracción del láser correspondiente se estima en 0,8 µN. © L. Wang y otros.

Cabe señalar, sin embargo, que el objeto compuesto fue diseñado especialmente para el experimento y se llevó a cabo en condiciones de laboratorio muy específicas (a baja presión atmosférica).

Si la eficacia de este rayo tractor en la Tierra se ve comprometida, no obstante, puede ser útil en otros planetas: ” El entorno de gas enrarecido que usamos para demostrar la técnica es similar al que se encuentra en Marte. Por lo tanto, puede tener el potencial de algún día manipular vehículos o aeronaves en Marte. dice Wang.

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Una técnica que aún necesita ser mejorada.

Los investigadores señalan que todavía es necesario mejorar muchos aspectos de la técnica antes de que sea realmente utilizable. Para empezar, el equipo necesita hacer que su rayo tractor funcione en un rango más amplio de presiones de aire. Además, es esencial establecer un modelo teórico para predecir con precisión la fuerza de tracción del láser en función de diferentes parámetros (como la geometría del objeto, la energía del láser y el medio circundante).

Mientras tanto, su estudio constituye una prueba convincente de viabilidad. ” Nuestro trabajo demuestra que la manipulación flexible de un objeto macroscópico por la luz se puede lograr cuando las interacciones entre la luz, el objeto y el medio se controlan cuidadosamente. Wang dijo. Este estudio también destacó la complejidad de las interacciones láser-materia y el hecho de que muchos fenómenos aún están lejos de comprenderse por completo, tanto a escala macro como micro, agrega.

Es decir, que la propia NASA ya ha considerado el uso de rayos tractores para recolectar muestras marcianas, Explique universo hoy. El rover Curiosity está equipado con un instrumento de análisis espectroscópico inducido por ablación láser, el ChemCam: un láser vaporiza la roca y luego el plasma resultante se analiza de forma remota mediante espectroscopia. Sin embargo, si un rayo tractor fuera capaz de atraer partículas de regolito directamente al rover, sería posible realizar análisis mucho más completos.

Asimismo, estos rayos podrían utilizarse para recoger partículas de las colas de los cometas o de las nubes en la atmósfera de la Tierra o de otros planetas. Por lo tanto, el concepto tiene implicaciones importantes para la exploración espacial.

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Fuente: L. Wang y otros, Optics Express

Juan Penaloza
Juan Penaloza
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