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通過將超薄、高反射材料與人工智能（AI）優(yōu)化的納米級設(shè)計相結(jié)合，美國布朗大學(xué)和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)科學(xué)家研制出一種反射能力極強的新一代超薄光帆。這種由激光輻射壓力推進的反射器，有望實現(xiàn)高速太空旅行。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。
光帆是一種纖薄的反光板，它利用光的壓力來推動自身前進，類似于風(fēng)推動帆船的方式。與傳統(tǒng)推進系統(tǒng)相比，光帆可顯著降低將航天器送往附近恒星的旅行時間，甚至有可能將旅行時間從數(shù)千年縮短到幾十年。
團隊最新研制出的光帆的特別之處在于，其兼具大規(guī)模和納米級精度，既輕便又具有高反射性。光帆寬60毫米、長60毫米，但厚度僅200納米，還不到一根頭發(fā)絲的厚度。如果按比例縮放，這個光帆可非常大（相當(dāng)于7個足球場），同時極薄（僅1毫米）。此外，光帆表面布滿數(shù)十億個納米級孔。這些孔洞有助于減輕材料的重量并提高光帆的反射率，從而顯著提升其加速潛力。
研究團隊利用神經(jīng)拓撲優(yōu)化技術(shù)為光帆生成最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計，并使用了輕質(zhì)且高強度的單層氮化硅。自研的基于氣體的蝕刻工藝可選擇性去除帆下的材料，只留下所需的超薄膜。AI技術(shù)也被用于優(yōu)化孔洞的形狀和位置，以提高反射率并減輕重量。
用傳統(tǒng)方法制造這種光帆不僅成本高昂，且需耗時15年。但此次的最新技術(shù)使制造時長縮短為一天，且成本降低幅度巨大。這一制造工藝還可擴展到星際旅行所需的尺寸，并以經(jīng)濟高效的方式完成。
團隊希望最新技術(shù)不僅能幫助探測更遙遠的天體，也有助突破納米工程的極限。此外，將物體加速到高速的能力為在宏觀尺度上研究光—物質(zhì)相互作用和相對論，以及探究物體的加速極限等問題提供了前所未有的機會。
來源：科技日報
