Perjalanan antarbintang telah lama mengandalkan konsep layar ringan—lembaran besar dan sangat tipis yang didorong oleh momentum foton yang memantul darinya. Meskipun ilmu fisika mengenai penggunaan cahaya sebagai tenaga penggerak sudah diketahui dengan baik, tantangan teknis yang penting masih tetap ada: bagaimana Anda mengarahkan layar yang tidak memiliki bagian yang bergerak?
Terobosan baru dari Texas A&M University menawarkan solusi potensial. Para peneliti telah mengembangkan perangkat mikroskopis yang disebut “metajet” yang menggunakan pembiasan cahaya, bukan hanya refleksi, untuk menghasilkan dorongan terarah. Inovasi ini memungkinkan pesawat ruang angkasa masa depan menavigasi jarak yang sangat jauh antar bintang dengan tepat.
Cara Kerja Metajet
Layar cahaya tradisional mengandalkan refleksi: foton menghantam permukaan dan memantul, mentransfer momentum dalam satu arah. Namun, perangkat baru ini menggunakan metasurface —lembaran material yang sangat tipis dan bertekstur dengan pilar mikroskopis.
Menurut Kaushik Kudtarkar, peneliti di Texas A&M University, perbedaan utamanya terletak pada cara cahaya berinteraksi dengan material. Alih-alih hanya memantul, cahaya melewati pilar-pilar kecil di permukaan meta. Ukuran dan pola pilar-pilar ini dirancang untuk membelokkan (membiaskan) cahaya dengan cara tertentu. Pembiasan ini memungkinkan perangkat untuk mengontrol arah transfer momentum, secara efektif menciptakan gaya dorong ke berbagai arah secara bersamaan.
Prototipe metajet sangat kecil, hanya berukuran sekitar 0,01 milimeter. Terlepas dari ukurannya, prinsipnya tetap sama: dengan mengubah desain metasurface, para insinyur dapat menentukan dengan tepat bagaimana cahaya mendorong material.
Dari Teori ke Gerak
Untuk memvalidasi konsep tersebut, tim melakukan eksperimen menggunakan metajet silikon yang direndam dalam air. Dengan menyinari laser pada perangkat tersebut dan mengamatinya di bawah mikroskop, mereka melacak gerakan yang dihasilkan.
Hasilnya menegaskan bahwa metajet dapat menghasilkan pola pergerakan yang kompleks:
* Levitasi: Perangkat terangkat melawan gravitasi.
* Propulsi Horisontal: Mereka bergerak ke samping melintasi fluida.
* Kecepatan: Kecepatan maksimum yang tercatat sekitar 0,07 milimeter per detik.
Meskipun lambat dalam lingkungan fluida, demonstrasi ini membuktikan bahwa pengendalian arah momentum melalui pembiasan dapat dilakukan secara fisik. Seperti yang dikatakan Kudtarkar, “Kami telah mengetahui bahwa cahaya atau laser apa pun dapat memberikan transfer momentum, namun sekarang kami juga dapat mengontrol arahnya.”
Melampaui Perjalanan Luar Angkasa: Aplikasi Biomedis
Meskipun tujuan utamanya adalah navigasi antarbintang, teknologi ini memiliki implikasi langsung pada bidang lain, khususnya biomedis. Metode penggunaan laser saat ini untuk memindahkan obat atau partikel di dalam tubuh sering kali melibatkan paparan langsung terhadap sinar energi tinggi, yang dapat menghasilkan panas dan merusak molekul biologis yang sensitif.
Metajet menawarkan alternatif yang lebih aman. Karena perangkat itu sendiri berinteraksi dengan cahaya, muatan target (seperti kapsul obat) dapat dipasang ke metajet tanpa terkena panas laser secara langsung. Hal ini memungkinkan penghantaran obat yang tepat dan non-invasif ke lokasi tertentu di tubuh, sehingga meminimalkan kerusakan tambahan pada jaringan di sekitarnya.
Jalan ke Depan
Prototipe saat ini beroperasi dengan laser di lingkungan yang terkendali, namun perjalanan ruang angkasa praktis memerlukan kompatibilitas dengan keluaran alami matahari. Para peneliti kini berupaya mengadaptasi desain metajet agar dapat bekerja dengan sinar matahari berspektrum luas, bukan laser dengan panjang gelombang tunggal.
Jika berhasil, hal ini memungkinkan terciptanya layar ringan yang tidak hanya digerakkan oleh matahari namun juga secara aktif dikemudikan oleh matahari. Layar semacam itu berpotensi berubah bentuk seiring waktu atau menyesuaikan pola permukaan metasurkanya untuk menavigasi lintasan kompleks melalui tata surya dan sekitarnya.
“Ini semua agak fiksi ilmiah,” Kudtarkar mengakui, namun fisika yang mendasarinya didasarkan pada kenyataan. Dengan menguasai manipulasi cahaya pada skala mikroskopis, para ilmuwan mengubah impian perjalanan antarbintang yang terarah menjadi masalah teknik dengan solusi nyata.
Kesimpulan
Perkembangan metajet menandai pergeseran signifikan dari layar cahaya pasif ke sistem propulsi fotonik yang aktif dan dapat dikendalikan. Dengan memanfaatkan pembiasan melalui metasurface, teknologi ini tidak hanya memecahkan rintangan besar dalam navigasi antarbintang namun juga membuka pintu baru untuk aplikasi biomedis yang tepat. Seiring kemajuan penelitian menuju kompatibilitas sinar matahari, perangkat kecil ini akan segera memainkan peran penting dalam menjelajahi kosmos dan mengobati penyakit di Bumi.
