Притягивающий луч: сколько раз вы видели его в действии в фантастических фильмах, романах и сериалах? Однако это уже не фантастика: благодаря достижениям физики и техники, благодаря использованию лазерных и акустических волн, это становится реальностью.
Это все еще незрелая технология, но стоит потратить время на исследования: потенциальных применений много (прежде всего, фармацевтические исследования и высокоточное производство). В любом случае разработка притягивающих лучей может оказать существенное влияние на будущее физики, технологии и на то, как мы решаем сложные проблемы.
Что такое притягивающий луч?
Как уже упоминалось, это лучи лазерных или акустических волн, которые будут использоваться для дистанционного управления частицами, молекулами или более крупными объектами. Понятию «притягивающий луч» почти столетие: оно введено впервые писатель научная фантастика Эдвард Элмер «Док» Смит В 1931.
Со временем он стал повторяющимся элементом научно-фантастических произведений. Известен сериал «Звездный путь», где тяговые лучи представлены как луч энергии, используемый космическими кораблями и способный захватывать и перемещать объекты на расстоянии.
И сегодня? Из области научной фантастики мы уже перешли в область исследований. Притягивающий луч больше не является теорией: последние научные и технологические достижения сделали его реальностью.
в 2013, ученые им удалось развить притягивающий луч, способный манипулировать объектами на микроскопическом уровне. С тех пор в нескольких исследованиях были получены аналогичные результаты по созданию притягивающих лучей в небольших масштабах.
в 2014 группа исследователей произведенный обратимый притягивающий луч, способный перемещать полые стеклянные сферы с золотым покрытием на несколько сантиметров против потока лазера.
2016, еще один поиск использовали притягивающие лучи для перемещения бактериальных клеток.
в 2019, изучение использовали притягивающие лучи для сборки наноразмерных материалов с помощью процесса, известного как «фотонная наносварка».
Они могут показаться тривиальными разработками, но на самом деле они предлагают большой потенциал для революционных изменений во многих секторах. Например, в области медицины притягивающие лучи могут дать нам высокоточные и минимально инвазивные операции.
Наука о тракторных лучах
Притягивающие лучи в основном работают через звук или свет.
Ряд относительно недавних исследований уже показал, что существует сила, способная притягивать объекты к лучу фотонов.
Фундаментальные исследования был проведен В 2010, а затем экспериментальные подтверждения В 2011. Всего несколько месяцев назад в г. Январь 2023, исследовательская группа определенно доказал оптическое притяжение макроскопических объектов, благодаря явлению так называемогоКнудсеновская диффузия».
Однако с точки зрения звука, учиться акустических волн для манипулирования мелкими частицами восходит к к 1982. в 2015Исследования продемонстрировали использование притягивающих лучей на основе ультразвука для подъема частиц и манипулирования ими. Явление, о котором мы здесь говорили, известно как «акустическая левитация».
Возможное использование тяговых лучей
В настоящее время тяговые лучи находятся в стадии исследования и не имеют конкретных применений. Тем не менее, понимание науки, лежащей в основе этой технологии, предполагает несколько потенциальных будущих применений.
- Точное производство: притягивающий луч может помочь нам собирать и управлять мелкими компонентами, повышая эффективность и точность производства сложных изделий.
- Биомедицинское использование: Притягивающие лучи могут позволить неинвазивно перемещать небольшие материалы, облегчая адресную доставку лекарств и терапевтических средств.
- Материаловедение: Притягивающий луч можно использовать для исследования и манипулирования материалами на нано- и микроскопическом уровнях, что приведет к разработке новых материалов и приложений.
- Исследование космического пространства: С помощью более мощных притягивающих лучей можно будет захватывать астероиды или космический мусор и манипулировать ими, чтобы предотвратить несчастные случаи, собрать полезные материалы и облегчить безопасное исследование космоса.
- Робототехника: роботы смогут использовать притягивающие лучи для управления очень маленькими объектами и манипулирования ими, повышая точность и эффективность своих действий.
- Защита окружающей среды: Притягивающий луч может помочь удалить частицы или загрязнения из окружающей среды, такие как микропластик в океанах или загрязняющие вещества в воздухе.
- Безопасность и оборона: когда-нибудь притягивающие лучи можно будет использовать для обработки и управления небольшими объектами в условиях безопасности и обороны, например, для обезвреживания взрывчатых веществ или нейтрализации дронов.
Проблемы и ограничения притягивающего луча
Несмотря на огромный потенциал притягивающих лучей, нет сомнений в том, что еще предстоит решить ряд проблем (особенно в области лазерных «оптических» притягивающих лучей), прежде чем их можно будет превратить в «массовую» технологию.
Прежде всего, рассеивание света ставит проблемы немалой важности. Направленность лазерного луча должна быть высокой, чтобы приложить к объекту целевую силу, поскольку свет рассеивается во всех направлениях. В зависимости от характеристик объекта, таких как масса и размер, может потребоваться другой лазер.
Таким образом, для макроскопических объектов оптическая сила тяги должно значительно возрасти, что предполагает увеличение габаритов, сложности и стоимости устройств. Поэтому выбор параметров становится очень деликатным как для оборудования, так и для объекта манипулирования.
Еще одна проблема с «лазерным» притягивающим лучом — это перегревание. На данный момент высокая интенсивность света любого «оптического пинцета», который будет использоваться в медицинской сфере, может повредить биологические образцы.
Несмотря на эти проблемы, тяговые лучи предлагают многочисленные возможности применения. Благодаря постоянным исследованиям и разработкам мы смогли преодолеть эти ограничения и проложить путь к новым интересным приложениям.
Представьте себе будущее, в котором мы сможем обращаться с объектами без физического контакта, что позволит нам работать с опасными или чувствительными материалами без риска причинения вреда. Будущее, в котором (как это случилось с другими технологиями) мы будем смотреть старый эпизод саги о Родденберри и это покажется лишь предсказанием. А при чем здесь телепортация?
