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膜は、宇宙旅行のための帆の道を開くことができます

小さな宇宙船を星に送るための潜在的なステップで、研究者は、レーザー光の柱に耐えられるように設計された、超薄い、超反射膜を開発しました。 1977年の発売以来、NASAのVoyager 1 Spacecraftは150億マイル以上にわたってディープスペースに移動しました。それは長い道のりですが、太陽に最も近い星であるアルファ・ケンタウリまでの距離の1％でさえありません。人間が星に船を送る場合、宇宙旅行ははるかに速くなる必要があります。 そのような速度を拾うための有望な方法の1つは、「ライトアイル」です。風がヨットを押すのとほぼ同じ方法で光によって押すことができる薄くて反射的な膜です。ライトアイルは、現在の推進システムを使用して数千年から近くの星への飛行時間を短縮する可能性があります。 現在、オランダのブラウン大学とデルフト工科大学（Tu Delft）の研究者チームは、ライトアイル用の超薄非常に反射する膜を設計および製造する新しい方法を開発しました。 の研究で 自然コミュニケーション、研究者は、幅60ミリメートル（約2.4インチ）x 60ミリメートルのライトネイ膜について説明していますが、厚さはわずか200ナノメートルです。表面は、数十億のナノスケールの穴で複雑にパターン化されており、材料の体重を減らして反射率を高めるのに役立ち、より多くの加速の可能性をもたらします。 「この作業は、ブラウン大学の理論家とTu Delftの実験者との共同の努力であり、これまでに記録された最大のアスペクト比を備えた非常に反射的なライトアイルを設計、製造、テストすることが可能です」 「リチャードのチームの実験的ブレークスルーは、製造プロセスが星間旅行に必要な次元に拡張可能であり、費用対効果の高い方法で行うことができることを証明しています。同時に、私のチームは、このような興味深い困難なエンジニアリングの問題を解決するための機械学習によって導かれた最新の最適化方法の本質的な役割を見ることに非常に熱心です。」 この研究は、起業家のユーリ・ミルナーや故物理学者のスティーブン・ホーキングによって設立されたスターショットブレークスルーイニシアチブの目標のような目標を実現するための重要なステップです。目標は、地上ベースのレーザーを使用して、マイクロチップサイズの宇宙船を搭載した数百メートルスケールのライトアイルを駆動することです。この新しいライトアイルデザインは、メータースケールまでかなり簡単にスケーリングできます、と研究者は言います。 彼らのデザインのために、チームはライトアイルのデザインに適した軽量で高強度の材料であるシングル層シリコン窒化物を使用しました。その後、研究者はその体重を最小限に抑えながら、その反射率を最大化するために働きました。表面の反射率は、帆の後ろにどの程度の光圧が生じるかを決定し、それがそれがどれだけ速く加速できるかを決定します。同時に、より軽い材料の必要な加速の必要性が少ないため、質量が少ないほど速度が高くなります。 最適化プロセスには、ナノスケールの穴のパターンを設計することが含まれていました。そのうちの数十億は、材料の表面を横切って、波長の光よりも小さい直径を備えています。茶色の博士課程の学生Shunyu Yinを含むBessaのチームは、反射率を向上させ、体重を減らすために穴の形状と配置を最適化するために開発した新しい人工知能方法を使用しました。 彼らが最適化されたデザインを持っていると、Tu DelftのNorteが率いるチームは、研究室でそれを製造する仕事に行きました。 「私たちは、帆の下の材料を繊細に除去できる新しいガスベースのエッチングを開発しました。帆だけを残します」とノルテは言います。 「帆が壊れた場合、製造中に最も可能性が高い。帆が吊り下げられると、実際には非常に堅牢になります。これらの技術は、Tu Delftで独自に開発されています。」 このデザインを伝統的な方法で製造することは高価であり、15年もかかると研究者は言います。しかし、Norteのテクニックを使用して、製造には約1日かかり、数千倍も安価です。その結果、研究者は、これまでのライトアイルデザインの中心部のスケールの長さであるが、ナノスケールの厚さを持つ最も高いアスペクト比を持っていると考えている膜です。研究者たちは、彼らの方法が人間が星に到達するのを助けるだけでなく、ナノスケール工学の限界を押し上げることを望んでいます。 「ここで使用した新しい機械学習と最適化技術は非常に一般的です」とベッサは言います。 「私たちはそれらを使用して、さまざまな目的のために多くの異なるものを作成することができます。これは本当に始まりに過ぎません。私たちは、これまでに解決できないままであるエンジニアリングの問題を解決する寸前かもしれません。」 この研究は、欧州連合と無限の宇宙研究所I2助成金によって資金提供されました。 #膜は宇宙旅行のための帆の道を開くことができます