Investigadores de la Universidad Técnica de Delft y de la Universidad de Brown han desarrollado una tecnología de nanomateriales escalables que promete revolucionar la exploración espacial. Su estudio, publicado en Nature Communications, presenta nuevos materiales y métodos de producción para crear los reflectores de mayor escala y menor grosor jamás fabricados.
Los velas solares son estructuras ultradelgadas y reflectantes que utilizan la presión de radiación impulsada por láseres para propulsar naves espaciales a altas velocidades. A diferencia de la nanotecnología convencional, que miniaturiza dispositivos en todas las dimensiones, las velas solares tienen un grosor a escala nanométrica—aproximadamente 1/1000 del grosor de un cabello humano—pero pueden extenderse a láminas de grandes dimensiones.
Fabricar una vela solar como la concebida para la Iniciativa Breakthrough Starshot tradicionalmente podría llevar hasta 15 años, debido a que está cubierta por miles de millones de agujeros a escala nanométrica. Sin embargo, el equipo ha logrado reducir este proceso a un solo día gracias a técnicas avanzadas.
Nuevos horizontes en nanotecnología
El Dr. Richard Norte, profesor asociado en TU Delft, señala que «esto no es solo otro paso en la miniaturización; es una forma completamente nueva de pensar sobre la nanotecnología». El prototipo actual mide 60 mm x 60 mm y tiene un grosor de 200 nanómetros, cubierto por miles de millones de agujeros en escala nanométrica.
Si se escala, la vela solar desarrollada por Norte y su equipo podría extenderse a lo largo de siete campos de fútbol con un grosor de solo un milímetro. «No es solo su alto ratio de aspecto lo que hace especial este material; es la combinación simultánea de gran escala y nanoscala lo que lo hace ligero y reflectante», añade Norte.
El equipo combinó técnicas de optimización de topologías basadas en redes neuronales con métodos de fabricación de vanguardia para lograr este avance. «Hemos desarrollado un nuevo grabado basado en gas que permite eliminar delicadamente el material bajo las velas, dejando solo la vela», explica Norte. «Una vez que las velas están suspendidas, son bastante robustas».
Los avances recientes en este campo, como los de Caltech, han demostrado control a escala nanométrica sobre las estructuras de las velas a escalas micrométricas, mientras que el enfoque de Delft se escala a estructuras del tamaño de centímetros manteniendo una precisión en la fabricación a escala nanométrica.
Las velas solares propuestas aprovechan la presión de radiación impulsada por láseres para acelerar a velocidades extraordinarias, permitiendo viajes interplanetarios rápidos. Con estas velas, las sondas podrían, teóricamente, alcanzar Marte en el tiempo que tarda el correo internacional en llegar.
Más allá de la exploración espacial, estos materiales abren nuevas posibilidades para la física experimental. La capacidad de acelerar masas a altas velocidades ofrece oportunidades sin precedentes para estudiar interacciones luz-materia y física relativista a escalas macroscópicas.
La Iniciativa Breakthrough Starshot, que busca reducir el tiempo de viaje a las estrellas más cercanas a solo 20 años, se basa en el desarrollo de naves espaciales ultraligeras y propulsadas por láser del tamaño de microchips. Lanzada por Yuri Milner y Stephen Hawking en 2016, esta iniciativa une a miles de investigadores en un esfuerzo común por hacer realidad la exploración interestelar.
