Изследователи демонстрират леко устройство с форма на диск, което може да плава в мезосферата – част от атмосферата, намираща се на височина между 30 и 60 мили (от 50 до100 км) над повърхността на Земята.
Устройството за доказване на концепцията е проектирано от екип от Училището по инженерство и приложни науки Джон А. Полсън към Харвардския университет.
Мезосферата отдавна е научна „сляпа зона“. Трудно е да се изследва с наличната технология, тъй като е извън обсега на самолетите и балоните, но под орбитата на спътниците.
По-доброто познаване на този атмосферен слой може да доведе до по-точни метеорологични прогнози и климатични модели.
Екипът смята, че тези устройства, захранвани от слънчева енергия, биха могли да достигнат до тази труднодостъпна област, за да събират данни от сензори.
„Това отваря врати за изцяло нов клас устройства: пасивни, захранвани от слънчева енергия и напълно подходящи за изследване на горните слоеве на атмосферата. По-късно те биха могли да летят на Марс или други планети“, казва Дейвид Кийт, професор в Чикагския университет, който участва в разработката.
Нанопроизводство за създаване на наноразмерни устройства
Първоначалната концепция за левитиращите устройства датира от 1873 г. Последните постижения в нанопроизводствената технология обаче позволяват на екипа да създаде необходимите леки устройства в наномащаб с висока прецизност.
Новото устройство левитира с помощта на фотофореза, задвижване, индуцирано от слънчевата светлина.
„Ние изучаваме този странен физичен механизъм, наречен фотофореза, и неговата способност да левитира много леки обекти, когато ги осветите със светлина“, казва Бен Шафер, водещ автор на статията.
Това е физичен ефект, при който светлината предизвиква сила, която се упражнява върху обект. В условията на ниско налягане в мезосферата, газовите молекули отскачат от топлата страна на обекта с по-голяма сила, отколкото от студената страна. Това създава непрекъснат импулс, който действа като повдигаща сила.
Обикновено фотофоретичната сила е твърде слаба, за да бъде забележима. Новото устройство обаче е толкова малко и леко, че тази сила е достатъчно силна, за да преодолее теглото му, което му позволява да левитира.
Изследователите са разработили процес на нанопроизводство за създаване на устойчиви устройства с размер от няколко сантиметра.
Устройството използва малки, тънки мембрани от керамичен алуминий (алумина) и долен слой от хром за абсорбиране на слънчевата светлина.
Новото устройство има няколко потенциални приложения, особено в климатичната наука, където може да носи сензори за събиране на данни за скоростта на вятъра, налягането и температурата в мезосферата.
Освен това технологията може да се използва за телекомуникации, като флотилия от устройства създава плаваща антенна решетка за отбрана и реагиране при извънредни ситуации. Тя може да се адаптира и за планетарно проучване на Марс.
Изследователите сега работят върху интегрирането на комуникационни полезни товари, за да позволят на устройствата да предават данни в реално време.
Ако се окаже успешно, устройството, задвижвано от фотофореза, ще бъде по същество устойчив механизъм за полет, тъй като не се нуждае от гориво, батерии или фотоволтаични елементи.
Резултатите от изследването са публикувани в списанието Nature.
Източник: InterestingEngineering
