Parámetros de la misión para la misión de la uña de la luz a Alpha Centauri. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57749-y
En un paso potencial hacia el envío de una pequeña nave espacial a las estrellas, los investigadores han desarrollado una membrana ultra reflectante, diseñada para montar una columna de luz láser a velocidades increíbles.
Desde su lanzamiento en 1977, la nave espacial Voyager 1 de la NASA ha viajado más de 15 mil millones de millas en el espacio profundo. Eso es un largo camino, pero ni siquiera es el 1% de la distancia a Alpha Centauri, la estrella más cercana al sol. Si los humanos van a enviar barcos a las estrellas, los viajes espaciales tendrán que ser mucho más rápido.
Una forma prometedora de recoger ese tipo de velocidad es una “vela”, una membrana delgada y reflectante que puede ser empujada por la luz de la misma manera que el viento empuja un velero. Las luces de las luces tienen el potencial de reducir el tiempo de vuelo a estrellas cercanas desde varios miles de años utilizando sistemas de propulsión actuales a solo una o dos décadas.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown y la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) en los Países Bajos ha desarrollado una nueva forma de diseñar y fabricar membranas ultra reflectantes para las vías.
En un estudio publicado en Nature Communications, los investigadores describen una membrana de la uña de la luz de la luz que tiene 60 milímetros (aproximadamente 2.4 pulgadas) de ancho por 60 milímetros de largo, pero con un grosor de solo 200 nanómetros, una pequeña fracción de un cabello humano.
La superficie está intrincadamente estampada con miles de millones de agujeros a nanoescala, que ayudan a reducir el peso del material y aumentan su reflectividad, dándole más potencial de aceleración.
“Este trabajo fue un esfuerzo conjunto entre los teóricos de la Universidad de Brown y los experimentadores de TU Delft, lo que hizo posible diseñar, fabricar y probar una cola de luces altamente reflectante con la relación de aspecto más grande registrada hasta la fecha”, dijo Miguel Bessa, un profesor asociado de la Escuela de Ingeniería de Brown que dirigió la investigación con Richard Norte, un profesor asociado en TU Delft.
“El avance experimental del equipo de Richard demuestra que su proceso de fabricación es escalable para las dimensiones necesarias para los viajes interestelares y se puede hacer de manera rentable. Simultáneamente, mi equipo está muy entusiasmado por ver el papel esencial de nuestro último método de optimización guiado por el aprendizaje automático para resolver un problema de ingeniería tan interesante y difícil”.
La investigación es un paso significativo para realizar objetivos como los de la iniciativa de avance de Starshot, fundada por el empresario Yuri Milner y el fallecido físico Stephen Hawking.
El objetivo es usar láseres terrestres para alimentar cientos de luces a escala de metros que transportan naves espaciales del tamaño de un microchip. Este nuevo diseño de vela de luz podría ampliarse a escala con bastante facilidad, dicen los investigadores, y con un precio manejable.
Para su diseño, el equipo usó nitruro de silicio de una sola capa, un material liviano y de alta resistencia que se adapta bien al diseño de la vela. Luego, los investigadores trabajaron para maximizar su reflectividad mientras minimizan su peso.
La reflectividad de la superficie determina cuánta presión de luz se crea detrás de la vela, lo que a su vez determina qué tan rápido puede acelerar. Al mismo tiempo, un material más ligero requiere menos fuerza para acelerar, por lo que menos masa equivale a más velocidad.
El proceso de optimización implicó el diseño de un patrón de agujeros a nanoescala, billones de ellos a través de la superficie del material con diámetros más pequeños que la longitud de onda de la luz. El equipo de Bessa, incluido Brown Ph.D. El estudiante Shunyu Yin, utilizó un nuevo método de inteligencia artificial que desarrollaron para optimizar la forma y la colocación de los agujeros para una mayor reflectividad y una disminución del peso.
Una vez que tuvieron un diseño optimizado, un equipo dirigido por Norte en Tu Delft fue a trabajar en el laboratorio.
“Hemos desarrollado un nuevo grabado a base de gas que nos permite eliminar delicadamente el material bajo las velas, dejando solo la vela”, dijo Norte. “Si las velas se rompen, es muy probable que durante la fabricación. Una vez que las velas están suspendidas, en realidad son bastante robustas. Estas técnicas se han desarrollado de manera única en Tu Delft”.
Fabricar este diseño con métodos tradicionales habría sido costoso y se ha tomado hasta 15 años, dicen los investigadores. Pero utilizando las técnicas de Norte, la fabricación tomó aproximadamente un día y es miles de veces menos costosa.
El resultado es una membrana que los investigadores creen que tiene la relación de aspecto más alta, la longitud de la escala de centímetro pero con grosor a nanoescala) de cualquier diseño de vinagre hasta la fecha. Los investigadores esperan que sus métodos no solo ayuden a los humanos a alcanzar las estrellas, sino que también superen los límites de la ingeniería a nanoescala.
“Las nuevas técnicas de aprendizaje automático y optimización que utilizamos aquí son muy generales”, dijo Bessa. “Podríamos usarlos para crear muchas cosas diferentes para diferentes propósitos. Esto es realmente solo el comienzo. Podríamos estar a punto de resolver problemas de ingeniería que han permanecido insoluble hasta ahora”.
Más información: Lucas Norder et al, espejos de cristal fotónico pentagonal: vías escalables con aceleración mejorada a través de la optimización de la topología neural, las comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57749-y
Proporcionado por la Universidad de Brown
Cita: los investigadores desarrollan un nuevo método de diseño y fabricación para hacer luces de luces para viajes interestelares (2025, 30 de marzo) Recuperado el 30 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-fabrication-method-lightsails-interstellar.html
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