新一代超薄光帆具有高反射率

北京科技日报4月1日电(记者刘霞)通过超薄、高反射材料和人工智能(AI)美国布朗大学和荷兰代尔夫特理工大学的科学家们结合优化的纳米设计，开发了一种新一代超薄光帆，具有很强的反射能力。这种由激光辐射压力推动的反射器有望实现高速太空旅行。最新一期《自然通信》杂志发表了相关论文。

帆船是一种薄薄的反光板，它利用光的压力来促进自己的前进，类似于风推帆船的方式。与传统的推进系统相比，帆船可以显著减少航天器送到周围恒星的旅行时间，甚至可能将旅行时间从几千年缩短到几十年。

团队最新开发的帆船的特别之处在于，它兼顾了大规模和纳米精度，重量轻，反射性高。帆船宽60毫米、长60毫米，但厚度只有200纳米，不到一根头发的厚度。如果按比例缩放，这个帆可以很大(相当于7个足球场)，而且很薄(只有1毫米)。此外，帆表面覆盖着数十亿个纳米孔。这些孔有助于减轻材料重量，提高帆的反射率，进而显著提高其加速潜力。

研究小组利用神经拓扑优化技术为光帆生成最佳结构设计，采用轻质高强度单层氮化硅。基于气体蚀刻技术的替代性，自主研发的材料只留下所需的超薄膜。AI技术还用于提高孔的形状和位置，以提高反射率和减轻重量。

用传统方法制作这种帆船不仅成本高，而且需要15年的时间。然而，最新的技术将制造时间缩短到一天，成本大大降低。这种制造技术也可以扩展到星际旅行所需的尺寸，并以经济高效的方式完成。

团队希望最新技术不仅能帮助检测更远的物体，还能帮助突破纳米工程的极限。此外，将物体加速到高速的能力为研究光-物质相互作用和相对论以及在宏观尺度上探索物体的加速极限提供了前所未有的机会。