Φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν έχουν επιδείξει μια μακροσκοπική οπτική δέσμη έλξης — ένα δομημένο σύστημα λέιζερ που χρησιμοποιεί τις δυνάμεις κλίσης πίεσης και έντασης φωτονίων μιας δέσμης Bessel με ακριβή σχήμα για να ασκήσει ελκτική δύναμη σε αντικείμενα διαμέτρου έως 5 εκατοστών σε αποστάσεις έως και 2 μέτρα, τραβώντας τα προς την πηγή της δέσμης χωρίς καμία μηχανική επαφή.
Προηγουμένως, η οπτική παγίδευση (τσιμπιδάκι) λειτουργούσε μόνο σε μικροσκοπικά σωματίδια.
Το σύστημα του Τέξας μετακινεί αντικείμενα ορατά με γυμνό μάτι. Η δέσμη έλξης του Star Trek δεν είναι πλέον επιστημονική φαντασία. Είναι εργαστηριακή φυσική.
Η φυσική που κάνει τις δέσμες έλξης αντιφατικές είναι ότι το φως κανονικά ωθεί — η μεταφορά ορμής φωτονίων παράγει πίεση ακτινοβολίας προς την κατεύθυνση της διάδοσης.
Η έλξη απαιτεί την αξιοποίηση των ασυμμετριών σκέδασης: εάν το φως που σκεδάζεται προς τα πίσω από ένα αντικείμενο φέρει περισσότερη ορμή από την προσπίπτουσα δέσμη, η καθαρή δύναμη στο αντικείμενο είναι προς την πηγή.
Η γεωμετρία της δέσμης Bessel του UT Austin — ένα μη περίθλαστο μοτίβο δακτυλίου που ανακατασκευάζεται μετά από εμπόδια — δημιουργεί αυτήν την ασυμμετρία σκέδασης για αντικείμενα με συγκεκριμένες οπτικές ιδιότητες, δημιουργώντας μια καθαρή δύναμη έλξης σε ισχύς δέσμης που επιτυγχάνεται με εμπορικά διαθέσιμα συστήματα λέιζερ.
Η τρέχουσα δύναμη έλξης (μετρούμενη σε μιλινιούτον) περιορίζει την τεχνολογία σε ελαφριά αντικείμενα και εφαρμογές μικροσυναρμολόγησης.
Αλλά η φυσική κλιμάκωσης είναι ευνοϊκή – ο διπλασιασμός της ισχύος του λέιζερ διπλασιάζει τη δύναμη και οι βελτιώσεις στη διαμόρφωση της δέσμης θα μπορούσαν να επεκτείνουν την αρχή λειτουργίας σε μεγαλύτερες μάζες.
Οι βραχυπρόθεσμες εφαρμογές περιλαμβάνουν τον χειρισμό χωρίς επαφή ευαίσθητων βιολογικών δειγμάτων, την ευθυγράμμιση πλακιδίων ημιαγωγών στην κατασκευή, την ανάκτηση μικρών δορυφορικών εξαρτημάτων σε τροχιά και τη συναρμολόγηση δομών σε περιβάλλοντα πολύ επικίνδυνα για μηχανική επαφή.
Η DARPA χρηματοδότησε την επόμενη φάση του UT Austin που επικεντρώνεται σε εφαρμογές στο διάστημα για την εξυπηρέτηση δορυφόρων. Η επίδειξη της ομάδας, η οποία αξιολογήθηκε από ομοτίμους, αναπαρήχθη ανεξάρτητα στο Caltech εντός τριών μηνών.
Ο χειρισμός χωρίς επαφή με βάση τη φυσική είναι πλέον πραγματικός και οι μηχανικοί βρίσκουν ήδη χρήσεις για αυτόν.
Πηγή: Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν / DARPA, Physical Review Letters 2025.
