एआई-ऑप्टिमाइज़्ड लाइटसेल्स अंतरिक्षीय यात्रा को वास्तविकता के करीब लाते हैं

क्या होगा अगर आप प्रकाश पर ऐसे सवारी कर सकें जैसे पाल नौका समुद्र में हवाओं पर चलती है? जबकि यह अवधारणा असंभव लग सकती है, यह कई वैज्ञानिक विकासों के कारण संभव है। एआई-ऑप्टिमाइज़्ड लाइटसेल्स में हालिया प्रगति मानव की पहुँच को आकाशगंगा तक विस्तारित करने की कुंजी हो सकती है। यहाँ वह सब कुछ है जो आपको जानना चाहिए

लाइटसेल्स क्या हैं? अंतरिक्ष प्रोपल्शन का भविष्य समझाया गया

जब आप गहरे अंतरिक्ष यात्रा की कल्पना करते हैं, तो संभवतः आप एक अंतरिक्ष यान को थ्रस्टर्स या किसी प्रकार के आयनिक बूस्ट सिस्टम के साथ देखते हैं जैसा कि प्रसिद्ध विज्ञान कथा शो में दिखाया जाता है। जबकि इन विकल्पों को दशकों से विकसित किया जा रहा है, एक अवधारणा सैकड़ों वर्षों से मौजूद है और अब अंततः अपनी धूप: लाइटसेल्स के साथ अपना दिन पा रही है।

प्रकाश की लहरों पर सवारी करके आकाशगंगा को पार करने वाले यान का विचार 1608 तक जाता है। इसी समय दो अब प्रसिद्ध आविष्कारकों, जोहान्स केप्लर और गैलीलियो गैलिली ने इस विचार पर चर्चा की।

इतिहास के अनुसार, एक रात धूमकेतु की पूंछ को सूर्य से विपरीत दिशा में जाते देखकर केप्लर प्रेरित हुए। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि एक दिन यही प्रकाश-पुच्छ वस्तुओं को केवल अपने पीछे खींचने के बजाय अंतरिक्ष में आगे धकेलेगी।

पहला वास्तविक-विश्व लाइटसेल तैनाती: 2019 की मील का पत्थर

2019 तक पहला कार्यशील लाइटसेल अंतरिक्ष यान पर स्थापित नहीं हुआ और सही ढंग से काम नहीं किया। पहले के प्रयासों में पाल खुलने में विफल रहा। इस मामले में, लाइटसेल को तैनात किया गया और कक्षा में दिशा बदलने के लिए उपयोग किया गया। यह क्षण लाइटसेल प्रोपल्शन सिस्टम का प्रयोगशाला के बाहर पहली बार काम करने का संकेत था।

लाइटसेल्स कैसे काम करते हैं? फोटोनिक प्रोपल्शन के पीछे का विज्ञान

लाइटसेल्स कई रूपों में आते हैं, लेकिन सभी में कुछ सामान्य विशेषताएँ होती हैं। सबसे पहले, वे एक अल्ट्रा-पतली परावर्तक झिल्ली को प्रकाश विकिरण द्वारा प्रेरित करते हैं। उल्लेखनीय रूप से, ये पाल असाधारण गति प्राप्त करने में सक्षम हैं, कुछ इंजीनियरों का दावा है कि वे प्रकाश की गति का पाँचवां हिस्सा हासिल करना चाहते हैं। यह गति मानव को दशकों में अन्य सूर्य और आकाशगंगाओं तक ले जा सकती है, जबकि पारंपरिक बूस्ट सिस्टम से हजारों साल लगेंगे।

स्टारशॉट ब्रेकथ्रू पहल: अल्फा सेंटॉरी के लिए लक्ष्य

सूर्य की किरणों पर सवारी करके गहरे अंतरिक्ष में जाने का विचार सबसे बुद्धिमान और रचनात्मक दिमागों से मजबूत समर्थन प्राप्त कर चुका है। स्टारशॉट ब्रेकथ्रू पहल इसका प्रमुख उदाहरण है। इस परियोजना की स्थापना यूरी मिल्नर और भौतिक विज्ञानी स्टीफ़न हॉकिंग ने की थी।
उन्होंने परावर्तक और हल्के पाल पर प्रकाशीय बल पैदा करने के लिए जमीन से शक्तिशाली लेज़र चलाने की कल्पना की। एक दिन यह रणनीति सैकड़ों कम-द्रव्यमान वाले माइक्रोचिप उपग्रहों को गहरे अंतरिक्ष में भेजेगी। इन उन्नत अंतरिक्ष यानों के नेटवर्क में कैमरे, मापक और जांच उपकरण जैसे अनेक सेंसर होंगे, जो पृथ्वी पर वैज्ञानिकों को वास्तविक समय का डेटा देंगे।

पारंपरिक लाइटसेल तकनीक के सामने चुनौतियाँ

लाइटसेल्स की अवधारणा मानव को गहरे अंतरिक्ष में खोज करने के द्वार खोलती है। हालांकि, कई समस्याएँ और चिंताएँ हैं जो इन उपकरणों के उपयोग को दुर्लभ बनाती हैं। सबसे पहले, लाइटसेल्स बनाना अत्यंत महंगा है। पारंपरिक लाइटसेल्स को वर्षों की उन्नत निर्माण तकनीकों की आवश्यकता होती है जो नैनोस्केल वस्तुओं को विशिष्ट सामग्रियों से बनाते हैं जो कक्षा में टिके रह सकें।

आज की उन्नत लाइटसेल्स की एक और समस्या यह है कि वे स्केल अप नहीं हो सकतीं। वे केवल नैनोस्केल पर ही निर्मित की जा सकती हैं, वर्तमान तरीकों के कारण। इसलिए, वे बड़े या यहां तक कि मानवीय मिशनों को समान लाभ प्रदान करने में असमर्थ हैं।

लाइटसेल वजन घटाने के लिए सूक्ष्म छिद्रों वाली बेहद विशिष्ट ज्यामिति भी अपनाते हैं। पारंपरिक पालों की तरह कम वजन का अर्थ तेज यात्रा और प्रक्षेपण है। हालांकि, अनूठी ज्यामिति और कठोर प्रदर्शन आवश्यकताओं के कारण बड़े अभियानों में लाइटसेल का उपयोग बहुत कठिन हो जाता है।

एआई-ऑप्टिमाइज़्ड लाइटसेल्स: गहरे अंतरिक्ष यात्रा में गेम-चेंजर

अब Brown University और Delft University of Technology के शोधकर्ताओं ने एआई-अनुकूलित लाइटसेल बनाने की नई विधि विकसित की है, जो पूरी स्थिति बदल सकती है। Nature Communications में प्रकाशित «पंचकोणीय फोटोनिक क्रिस्टल दर्पण: न्यूरल टोपोलॉजी अनुकूलन से बेहतर त्वरण वाले विस्तार योग्य लाइटसेल»¹ अध्ययन एआई-सहायित लाइटसेल डिजाइन और निर्माण विधि प्रस्तुत करता है, जिसमें पूरे उद्योग को उन्नत करने की क्षमता है।

 एआई-ड्रिवेन लाइटसेल डिजाइन प्रक्रिया के अंदर

इंजीनियरों ने एकल-परत सिलिकॉन नाइट्राइड से बनी अत्यंत पतली और अत्यधिक परावर्तक झिल्लियों का उपयोग करते हुए गैस-आधारित नई एचिंग रणनीति विकसित की। यह प्रक्रिया पाल के नीचे से सामग्री को सावधानी से हटाती है, जब तक वांछित मोटाई और आकार प्राप्त न हो जाए।

इस मामले में इंजीनियरों ने पंचकोणीय जाली वाला फोटोनिक क्रिस्टल (PhC) परावर्तक बनाया, जो हल्का होने के साथ टिकाऊ भी था। लाइटसेल 2.4 इंच लंबा था और उसकी मोटाई केवल 200 नैनोमीटर थी। यानी यह मानव बाल से बहुत पतला है, फिर भी लगाए जाने पर काफी दबाव सह सकता है।

इंजीनियरों ने पाल के किनारों के छिद्रों को भीतर के छिद्रों से 3% बड़ा बनाया। यह डिजाइन परावर्तन स्पेक्ट्रम को 10–20 नैनोमीटर खिसकाकर परावर्तकता बढ़ाता है।

फोटोनिक क्रिस्टल्स और सिलिकॉन नाइट्राइड: भविष्य की सामग्री

इन सभी जटिल डिजाइनों का उद्देश्य पाल की परावर्तकता को अधिकतम करना है। परावर्तकता ही प्रकाश के दबाव को जमा होकर यान को आगे बढ़ाने देती है, इसलिए प्रदर्शन, गति और प्रस्थान समय तय करने में इसकी अहम भूमिका है। इसे ध्यान में रखते हुए इंजीनियरों ने परावर्तकता को अनुकूलित करने के लिए उन्नत एआई का उपयोग किया।

Brown University और TU Delft के शोधकर्ताओं ने एआई-संचालित न्यूरल टोपोलॉजी अनुकूलन मॉडल बनाया, जो रिकॉर्ड समय में और बेजोड़ प्रदर्शन के साथ लाइटसेल डिजाइन और निर्मित कर सकता है। पदार्थ विज्ञान, संरचनात्मक अभियांत्रिकी और प्रकाशिकी की हालिया उपलब्धियों को जोड़कर इंजीनियर अब तक का सबसे बड़ा और प्रभावी लाइटसेल बना सके।

टीम ने अनूठा तरीका अपनाया और सीमित अवयव विश्लेषण से पहले ही एआई प्रणाली का उपयोग किया। इससे अनुकूलन समस्या न्यूरल नेटवर्क के भार और बायस खोजने में बदल गई, जिससे आकार, माप और स्थान को बेहतर ढंग से तय किया जा सका।

लाइटसेल पर अरबों नैनोस्तरीय छिद्रों का जटिल पैटर्न बनाया जाता है, जो परावर्तकता बढ़ाता और वजन घटाता है। ये छिद्र प्रकाश किरणों के व्यास से भी छोटे होते हैं, जिससे वे प्रकाश को निर्देशित कर बल उत्पन्न करते हैं। यह तरीका प्रदर्शन, त्वरण और डॉप्लर बदलाव सहने की क्षमता बढ़ाते हुए प्रक्षेपण और निर्माण लागत घटाता है।

ब्रेकथ्रू निर्माण: वर्षों से दिनों में और 9000 गुना सस्ता

इंजीनियरों ने निर्मित लाइटसेल की कई तरीकों से जांच की। टीम ने 60 × 60 वर्ग मिलीमीटर और 200 नैनोमीटर मोटा परावर्तक बनाया। पाल में एक अरब से अधिक नैनोस्तरीय संरचनाएं थीं और इसे पारंपरिक तरीकों से 9,000 गुना कम लागत में बनाया गया। पुराने तरीकों से दशकों लगते, जबकि इसे केवल एक दिन में तैयार कर लिया गया।

एआई-इंजीनियर्ड लाइटसेल का प्रदर्शन परीक्षण

परीक्षण परिणामों ने दिखाया कि नया और बेहतर लाइटसेल अधिक अच्छा प्रदर्शन करता है और किफायती भी है। नई निर्माण प्रक्रिया बड़े पैमाने पर अपनाई जा सकती है और भविष्य में अंतरतारकीय यात्रा योजनाओं का अमूल्य हिस्सा बन सकती है। अतिरिक्त डेटा ने बताया कि नया डिजाइन अधिक मजबूत और उसे आगे बढ़ाने वाले प्रकाश विकिरण के प्रति अधिक संवेदनशील है।
इस लाइटसेल की एक खासियत द्विदिश क्षमता है। पहले के लाइटसेल प्रकाश पड़ने पर केवल उसी दिशा में जा सकते थे जिस ओर वे तैनात थे। बेहतर परावर्तन प्रोफाइल के कारण यह डिजाइन दिशा बदलने में अधिक लचीलापन दे सकता है।

प्रयोगशाला से लॉन्च तक: लाइटसेल्स के वास्तविक-विश्व अनुप्रयोग

इस हल्के निर्माण से बाजार को कई लाभ मिलेंगे। यह अब तक के सबसे अधिक आकार-अनुपात वाले नैनोफोटोनिक पाल बनाने का विश्वसनीय तरीका देता है। इस विधि से नैनोफोटोनिक डिजाइन 24 घंटे से कम समय में पूरा हो सकता है, जबकि पुराने तरीकों में कई वर्ष लगते थे।

स्पेस सामग्री में क्रांति लाने में एआई की भूमिका

इस अध्ययन का एक और लाभ यह है कि यह इन सामग्रियों के डिजाइन, निर्माण और परीक्षण में बड़े नवाचारों का रास्ता खोलता है। इंजीनियर इसी रणनीति से सबसे बड़ा लाइटसेल बना चुके हैं। भविष्य में एआई-अनुकूलित निर्माण विधियां नवाचार का नया स्तर खोल सकती हैं।
अंततः सबसे महत्वपूर्ण पहलू लागत है। लाइटसेल बनाने का यह तरीका विकल्पों की तुलना में हजारों गुना सस्ता है। किफायती लागत अधिक वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं को अपनी परियोजनाओं में लाइटसेल शामिल करने देगी, जिससे उपयोग और अनुसंधान बढ़ेंगे।

लाइटसेल नवाचार के पीछे के शोधकर्ताओं से मिलें

एआई-अनुकूलित लाइटसेल अध्ययन का नेतृत्व सह-लेखक Miguel A. Bessa और Richard A. Norte ने किया। Brown University और Delft University of Technology के सहयोगियों ने उनकी सहायता की। Lucas Norder, Shunyu Yin, Matthijs H. J. de Jong, Francesco Stallone, Hande Aydogmus और Paolo M. Sberna ने रिपोर्ट में योगदान दिया। प्रयोग को यूरोपीय संघ और Limitless Space Institute I2 अनुदान से भी वित्तीय सहायता मिली।
आने वाले महीनों में इंजीनियर प्रयोगात्मक विन्यासों पर विचार करने के लिए अधिक एआई सहायता लेकर पाल का डिजाइन सुधारना चाहते हैं। प्रणाली उन्हें सिमुलेशन के जरिये उन अरबों नैनोस्तरीय छिद्रों के अलग-अलग विन्यास जांचने देगी, जिन्हें परावर्तकता बढ़ाने और द्रव्यमान घटाने के लिए बनाया गया है।

लाइटसेल्स और अंतरिक्षीय संचार: अगला फ्रंटियर

इन उपकरणों और नई निर्माण विधियों का मुख्य उपयोग अंतरिक्ष यात्रा है। यह उपलब्धि लेज़र-संचालित अंतरतारकीय अंतरिक्ष जांच यानों की व्यवहार्यता बहुत बढ़ाती है और बड़े पैमाने पर बनाए जा सकने वाले अत्यंत हल्के नैनोफोटोनिक पाल संभव बनाती है। भविष्य में इसी प्रक्रिया से प्रकाश-संचालित अन्य उपकरण भी बनाए जा सकते हैं।

उन्नत संचार प्रणाली

कल्पना कीजिए कि हजारों छोटे नैनोउपग्रह रिले की तरह काम करके आपका संदेश आकाशगंगाओं के पार पहुंचा रहे हों। यह संभावना बहुत दूर नहीं है, क्योंकि ये प्रणालियां स्वयं ऊर्जा उत्पन्न करेंगी और दशकों तक बाहरी अंतरिक्ष के कठोर वातावरण में टिक सकेंगी।

फोटोनिक्स में निवेश

फोटोनिक्स और नैनोफैब्रिकेशन बाजार में अनेक कंपनियां लगातार नवाचार कर रही हैं। उन्होंने अनुसंधान और विकास पर बड़ी रकम खर्च की है, जिससे तकनीक को नए स्तरों तक पहुंचाया जा रहा है। निम्न कंपनी ने फोटोनिक्स क्षेत्र में अग्रणी के रूप में प्रतिष्ठा बनाई है।

Applied Materials Inc.

Applied Materials Inc (AMAT ) ने 1967 में रासायनिक आपूर्ति कंपनी के रूप में बाजार में प्रवेश किया। संस्थापक Michael A. McNeilly ने केवल दस वर्षों बाद कंपनी का ध्यान बढ़ते सेमीकंडक्टर बाजार को सहायता देने पर केंद्रित कर दिया। आज Applied Materials अंतरिक्ष यान के पुर्जों में प्रयुक्त फोटोनिक क्रिस्टल और उन्नत सेमीकंडक्टर सामग्री के निर्माण को समर्थन देने की मजबूत स्थिति में है।

स्थापना के बाद से Applied Materials ने लगातार बड़े अधिग्रहण किए, जिससे उसका नेटवर्क और उत्पाद विस्तार बढ़ा। कंपनी ने Etec Systems, Opal Technologies, Baccini और कई अन्य व्यवसाय खरीदे। प्रत्येक अधिग्रहण ने बाजार में उसकी स्थिति और प्रभाव मजबूत किया।

Applied Materials वर्तमान में दुनिया का सबसे बड़ा सौर प्रौद्योगिकी केंद्र संचालित करता है। साथ ही यह नैनोफैब्रिकेशन और फोटोनिक्स में वैश्विक अग्रणी बना हुआ है। प्रतिष्ठित फोटोनिक्स निर्माता में निवेश चाहने वालों को Applied Materials पर आगे शोध करना चाहिए।

Applied Materials Inc पर नवीनतम समाचार

एआई-ऑप्टिमाइज़्ड लाइटसेल तकनीक के लिए आगे क्या है?

इस तकनीक को प्रयोगशाला से वास्तविक उपयोग तक लाने से पहले इंजीनियरों को अभी कुछ समस्याएं हल करनी होंगी। उन्हें नई और हल्की सामग्रियों पर प्रयोग जारी रखना होगा, ताकि वे बाहरी अंतरिक्ष के कठोर वातावरण को सह सकें।
इन प्रणालियों का कक्षा में अभी पूरी तरह परीक्षण भी नहीं हुआ है। अगले चरण में इन छोटे उपकरणों को प्रक्षेपित करके उनके व्यवहार की निगरानी की जाएगी, ताकि दशकों लंबी अंतरतारकीय उड़ान और संचार के कठोर मानकों के अनुरूप प्रदर्शन सुनिश्चित हो सके।

एआई-ऑप्टिमाइज़्ड लाइटसेल्स

यदि सब ठीक रहा तो एआई-अनुकूलित लाइटसेल केवल 10–20 वर्षों में मनुष्यों को दूसरी आकाशगंगाओं की झलक दिखा सकते हैं। एक दिन ये प्रणालियां अंतरतारकीय संचार नेटवर्क का बुनियादी ढांचा बनेंगी और गहरे अंतरिक्ष की बस्तियों को पृथ्वी से जोड़ेंगी। फिलहाल इन इंजीनियरों की दूरदृष्टि और प्रतिभा प्रशंसा की पात्र है।

यहां अन्य सामग्री विज्ञान की प्रगति के बारे में जानें।

संदर्भित अध्ययन:

^{1. Norder, L., Yin, S., de Jong, M. H. J., Stallone, F., Aydogmus, H., Sberna, P. M., Bessa, M. A., & Norte, R. A. (2025). पेंटागोनल फोटोनिक क्रिस्टल मिरर्स: न्यूरल टोपोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन द्वारा तेज़ी से बढ़ी हुई त्वरण के साथ स्केलेबल लाइटसेल्स. Nature Communications, 16, Article 2753. https://doi.org/10.1038/s41467-025-57749-y}