在人類探索宇宙的征途上，一項(xiàng)革命性的技術(shù)突破正引領(lǐng)我們向星際旅行邁出關(guān)鍵一步。美國(guó)布朗大學(xué)與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)攜手，通過(guò)結(jié)合超薄高反射率材料和人工智能優(yōu)化的納米級(jí)設(shè)計(jì)，成功開(kāi)發(fā)出一種新型光帆，不僅大幅降低了制造成本，還加速了生產(chǎn)流程。

自上世紀(jì)70年代“旅行者1號(hào)”探測(cè)器發(fā)射以來(lái)，人類探索宇宙的腳步雖已遠(yuǎn)超預(yù)期，但仍未觸及距太陽(yáng)最近的恒星半人馬座α星。為了實(shí)現(xiàn)人類有生之年內(nèi)的星際旅行夢(mèng)想，航天器的速度必須實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。而光帆，這一利用光壓推動(dòng)前行的創(chuàng)新技術(shù)，成為了縮短星際旅行時(shí)間的關(guān)鍵。

新型光帆的設(shè)計(jì)靈感源自自然界中的帆船，通過(guò)反射太陽(yáng)光產(chǎn)生推力。布朗大學(xué)與代爾夫特理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，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(shù)十億個(gè)納米級(jí)小孔，這些設(shè)計(jì)不僅減輕了重量，還顯著提高了反射率，從而增強(qiáng)了光帆的推進(jìn)效率。

該項(xiàng)目的成功，是布朗大學(xué)理論家與代爾夫特理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)家緊密合作的成果。他們共同設(shè)計(jì)、制造并測(cè)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(xué)的副教授理查德·諾特與布朗大學(xué)工程學(xué)院的副教授米格爾·貝薩共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。諾特的團(tuán)隊(duì)在制造工藝上取得了突破性進(jìn)展，使得光帆的尺寸能夠擴(kuò)展到星際旅行所需的級(jí)別，且成本可控。而貝薩的團(tuán)隊(duì)則利用他們新開(kāi)發(fā)的人工智能方法，優(yōu)化了光帆表面的納米級(jí)孔洞設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了反射率和減重效果。

在材料選擇上，研究團(tuán)隊(duì)采用了輕質(zhì)且高強(qiáng)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?cè)O(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的納米級(jí)孔洞圖案，這些孔洞直徑小于光波長(zhǎng)，能夠高效地反射太陽(yáng)光。通過(guò)人工智能的優(yōu)化，貝薩的團(tuán)隊(duì)確定了孔洞的最佳形狀和位置，從而實(shí)現(xiàn)了反射率和重量的雙重優(yōu)化。

一旦優(yōu)化設(shè)計(jì)確定，諾特的團(tuán)隊(duì)便開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室中制造這種新型光帆。他們開(kāi)發(fā)了一種新的氣體蝕刻技術(shù)，能夠精確地去除帆下的材料，僅留下光帆本身。這種技術(shù)不僅提高了制造效率，還大幅降低了成本。據(jù)研究人員介紹，使用傳統(tǒng)方法制造這種光帆將耗費(fèi)昂貴且耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)15年，而采用諾特的技術(shù)，制造過(guò)程僅需一天時(shí)間，成本降低了數(shù)千倍。

新型光帆的成功開(kāi)發(fā)，為實(shí)現(xiàn)“突破攝星”計(jì)劃的目標(biāo)提供了重要支持。該計(jì)劃旨在利用地面激光為攜帶微型芯片航天器的數(shù)百個(gè)米級(jí)光帆提供動(dòng)力，從而加速星際旅行的進(jìn)程。研究人員表示，這種新型光帆設(shè)計(jì)不僅易于擴(kuò)展到米級(jí)尺寸，而且成本可控，有望在未來(lái)星際任務(wù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

這一研究還推動(dòng)了納米級(jí)工程的發(fā)展。研究團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的新機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化技術(shù)具有廣泛的通用性，可以用于創(chuàng)造許多不同用途的物品。貝薩表示：“這真的只是一個(gè)開(kāi)始。我們可能正處于解決迄今為止一直無(wú)法解決的工程問(wèn)題的邊緣?！?/p>