在人類探索宇宙的征途上，一項革命性的技術突破正引領我們向星際旅行邁出關鍵一步。美國布朗大學與荷蘭代爾夫特理工大學攜手，通過結合超薄高反射率材料和人工智能優化的納米級設計，成功開發出一種新型光帆，不僅大幅降低了制造成本，還加速了生產流程。
自上世紀70年代“旅行者1號”探測器發射以來，人類探索宇宙的腳步雖已遠超預期，但仍未觸及距太陽最近的恒星半人馬座α星。為了實現人類有生之年內的星際旅行夢想，航天器的速度必須實現質的飛躍。而光帆，這一利用光壓推動前行的創新技術，成為了縮短星際旅行時間的關鍵。
新型光帆的設計靈感源自自然界中的帆船，通過反射太陽光產生推力。布朗大學與代爾夫特理工大學的研究團隊，采用了一種直徑60毫米、厚度僅200納米的超薄薄膜，其表面布滿了數十億個納米級小孔，這些設計不僅減輕了重量，還顯著提高了反射率，從而增強了光帆的推進效率。
該項目的成功，是布朗大學理論家與代爾夫特理工大學實驗家緊密合作的成果。他們共同設計、制造并測試了這一高反射率光帆，其縱橫比之大，前所未有。代爾夫特理工大學的副教授理查德·諾特與布朗大學工程學院的副教授米格爾·貝薩共同領導了這項研究。諾特的團隊在制造工藝上取得了突破性進展，使得光帆的尺寸能夠擴展到星際旅行所需的級別，且成本可控。而貝薩的團隊則利用他們新開發的人工智能方法，優化了光帆表面的納米級孔洞設計，進一步提高了反射率和減重效果。
在材料選擇上，研究團隊采用了輕質且高強度的硅氮化物，這種材料非常適合用于光帆的制造。為了最大化反射率并減輕重量，他們設計了一種獨特的納米級孔洞圖案，這些孔洞直徑小于光波長，能夠高效地反射太陽光。通過人工智能的優化，貝薩的團隊確定了孔洞的最佳形狀和位置，從而實現了反射率和重量的雙重優化。
一旦優化設計確定，諾特的團隊便開始在實驗室中制造這種新型光帆。他們開發了一種新的氣體蝕刻技術，能夠精確地去除帆下的材料，僅留下光帆本身。這種技術不僅提高了制造效率，還大幅降低了成本。據研究人員介紹，使用傳統方法制造這種光帆將耗費昂貴且耗時長達15年，而采用諾特的技術，制造過程僅需一天時間，成本降低了數千倍。
新型光帆的成功開發，為實現“突破攝星”計劃的目標提供了重要支持。該計劃旨在利用地面激光為攜帶微型芯片航天器的數百個米級光帆提供動力，從而加速星際旅行的進程。研究人員表示，這種新型光帆設計不僅易于擴展到米級尺寸，而且成本可控，有望在未來星際任務中發揮關鍵作用。
這一研究還推動了納米級工程的發展。研究團隊在開發過程中使用的新機器學習和優化技術具有廣泛的通用性，可以用于創造許多不同用途的物品。貝薩表示：“這真的只是一個開始。我們可能正處于解決迄今為止一直無法解決的工程問題的邊緣。”
