Изследователски екип, ръководен от Джейсън Туемли, изследовател в областта на теоретичната физика на квантовата наука и технология в японския Институт за наука и технологии в Окинава (OIST), успешно демонстрира левитация без използване на външен източник на енергия. Екипът е разработил нов материал за постигане на това постижение, което отваря вратите за бъдещи технологии без гравитация.

Предмети, изработени от свръхпроводници или диамагнитни материали (такива, които могат да бъдат отблъснати от магнитно поле), могат да се носят над магнити. Този принцип се използва и при магнитната левитация, при която свръхпроводящите магнити създават силно магнитно поле и диамагнитните материали левитират, позволявайки на обектите да се движат с висока скорост, като например влакове.

Технологията може да се използва и за разработване на редица усъвършенствани сензори за ежедневна употреба и за развитие на науката. Лабораторията на Twamley използва левитиращи материали за изграждане на осцилатори, които могат да се използват за разработване на свръхчувствителни сензори. Осигуряването на работа на тези осцилатори без използване на външни източници на енергия може да улесни внедряването им и това е целта на изследователския екип в OIST. Те се сблъскаха с редица предизвикателства.

Устройството, към което се стремят изследователите от OIST, е платформа без триене. Въпреки това без външен източник на захранване системата би загубила енергия с течение на времето. Това е известно като "вихрово затихване", тъй като външните сили карат една осцилираща система да губи енергия.

Другото препятствие, което трябва да се преодолее, е да се сведе до минимум кинетичната енергия на системата. Това е необходимо, тъй като може да помогне за подобряване на чувствителността на системата, ако тя се използва като сензор. Ако кинетичното движение може да се охлади допълнително до квантовата област, това би могло да открие и възможности за по-прецизни измервания.

За да постигнат това, изследователите са се съсредоточили върху разработването на нов материал от графит. Като една от най-стабилните форми на въглерода графитът е добър проводник на електричество. Но чрез химическо покриване на микроскопични графитни топчета със силициев диоксид и след това смесването им с восък екипът превръща графита в изолатор. Тази промяна спомага за намаляване на загубите на енергия, като по този начин му позволява да левитира във вакуум, се казва в прессъобщение.

В експерименталната инсталация изследователите постоянно следят движението на платформата. Те използваха магнитна сила за обратна връзка, за да смекчат движението ѝ. В резултат на това екипът е успял да охлади движението ѝ, като по този начин го е забавил.

"Топлината предизвиква движение, но чрез непрекъснато наблюдение и предоставяне на обратна връзка в реално време под формата на коригиращи действия на системата ние можем да намалим това движение", обяснява Туамли в съобщението за пресата. "Обратната връзка регулира степента на демпфиране на системата, т.е. колко бързо тя губи енергия, така че чрез активен контрол намаляваме кинетичната енергия на системата, като ефективно я охлаждаме."

Чрез по-нататъшното охлаждане на системата изследователите смятат, че тяхната платформа може да надмине най-чувствителните атомни гравиметри - инструменти, които използват поведението на атомите за точно измерване на гравитацията.

"Постигането на това ниво на прецизност изисква строга инженерна работа, за да се изолира платформата от външни смущения, като вибрации, магнитни полета и електрически шумове", допълва Тъмли. "Текущата ни работа е съсредоточена върху усъвършенстването на тези системи, за да разкрием пълния потенциал на технологията."

Снимка: Unsplash/OIST

Виж още: Създадоха синтетични организми, които могат да се възпроизвеждат