Layar Cahaya yang Dioptimalkan AI Mendekatkan Perjalanan Antarbintang

Bagaimana jika wahana antariksa dapat memanfaatkan cahaya seperti perahu layar memanfaatkan angin? Kemajuan dalam bahan dan desain layar cahaya membuat gagasan ini semakin layak diteliti. Penelitian terbaru menggunakan AI untuk menyempurnakan layar yang dapat membantu perjalanan antarbintang. Berikut penjelasannya.

Apa Itu Layar Cahaya? Penjelasan tentang Propulsi Antariksa

Saat membayangkan perjalanan antariksa jarak jauh, orang mungkin terpikir wahana dengan mesin pendorong atau pendorong ion seperti dalam cerita fiksi ilmiah. Teknologi semacam itu telah dikembangkan selama puluhan tahun. Ada pula gagasan yang sudah berusia ratusan tahun dan kini kembali mendapat perhatian: layar cahaya.

Gagasan menggunakan cahaya untuk mendorong wahana antariksa telah dibahas sejak abad ke-17, antara lain oleh Johannes Kepler dan Galileo Galilei.

Menurut catatan sejarah, Kepler terinspirasi saat mengamati ekor komet yang selalu menjauhi Matahari. Ia membayangkan bahwa suatu hari tekanan cahaya matahari dapat mendorong benda melintasi antariksa.

Layar Cahaya Pertama yang Berfungsi di Antariksa: Tonggak 2019

Layar cahaya yang berfungsi baru dipasang pada wahana antariksa dan dioperasikan dengan baik pada 2019. Pada percobaan sebelumnya, layar tidak berhasil terbuka. Kali ini layar berhasil dibentangkan dan digunakan untuk mengubah arah orbit, menandai pengoperasian sistem propulsi layar cahaya di luar laboratorium.

Bagaimana Layar Cahaya Bekerja?

Layar cahaya memiliki beragam bentuk, tetapi semuanya memanfaatkan membran sangat tipis dan reflektif yang terdorong oleh tekanan cahaya. Sebagian insinyur menargetkan kecepatan hingga seperlima kecepatan cahaya. Jika tercapai, kecepatan itu dapat mempersingkat perjalanan ke bintang lain secara drastis dibandingkan sistem pendorong konvensional.

Breakthrough Starshot: Menuju Alpha Centauri

Gagasan menggunakan cahaya untuk menempuh antariksa jauh mendapat dukungan sejumlah ilmuwan dan pemikir. Salah satu contohnya adalah inisiatif Breakthrough Starshot yang didirikan Yuri Milner dan fisikawan Stephen Hawking.
Mereka membayangkan laser berdaya tinggi di Bumi yang mendorong layar ringan dan reflektif. Pendekatan ini ditujukan untuk mengirim banyak satelit mikro bermassa rendah ke antariksa jauh. Wahana tersebut dapat membawa kamera, alat ukur, dan sensor lain untuk mengirim data kepada para peneliti di Bumi.

Tantangan Teknologi Layar Cahaya Konvensional

Layar cahaya membuka peluang untuk menjelajahi antariksa jauh, tetapi penggunaannya masih terbatas oleh berbagai kendala. Pembuatannya mahal dan memerlukan proses manufaktur canggih selama bertahun-tahun untuk menghasilkan struktur berskala nano dari bahan yang mampu bertahan di lingkungan antariksa.

Kendala lain ialah metode saat ini sulit diperbesar. Layar canggih baru dapat dibuat pada skala sangat kecil sehingga belum dapat memberi manfaat yang sama pada wahana besar, apalagi wahana berawak.

Layar cahaya juga membutuhkan geometri khusus, termasuk lubang mikroskopis untuk mengurangi massa. Seperti layar biasa, massa yang lebih kecil dapat membantu meningkatkan kecepatan. Namun, geometri khusus dan tuntutan kinerja yang ketat menyulitkan penerapannya pada proyek berskala lebih besar.

Layar Cahaya yang Dioptimalkan AI: Kemajuan untuk Penerbangan Antariksa

Tim dari Brown University dan Delft University of Technology mengembangkan metode baru pembuatan layar cahaya dengan bantuan AI. Penelitian berjudul “Pentagonal photonic crystal mirrors: scalable lightsails with enhanced acceleration via neural topology optimization,”¹ yang diterbitkan di Nature Communications menjelaskan cara merancang dan membuat layar cahaya dengan bantuan AI yang berpotensi mengubah bidang ini.

 Di Dalam Proses Perancangan Layar Cahaya Berbasis AI

Para insinyur mengembangkan teknik etsa berbasis gas untuk membran silikon nitrida satu lapis yang sangat tipis dan reflektif. Proses ini mengikis bahan di bawah layar secara terkendali hingga ketebalan dan bentuk yang diinginkan tercapai.

Tim merancang reflektor kristal fotonik berkisi pentagonal yang ringan dan tahan lama. Layar cahaya itu berukuran sekitar 60 mm pada tiap sisinya, dengan ketebalan sekitar 200 nanometer—jauh lebih tipis daripada rambut manusia. Bahan tersebut dirancang agar dapat menahan tekanan selama pengoperasian.

Tim membuat lubang di tepi layar sekitar 3% lebih besar daripada lubang di bagian tengah. Menurut peneliti, perubahan itu menggeser spektrum reflektivitas sekitar 10–20 nm dan meningkatkan pantulan cahaya.

Sumber – Brown

Kristal Fotonik dan Silikon Nitrida: Material Masa Depan

Rancangan yang rumit ini bertujuan memaksimalkan reflektivitas layar. Pantulan yang baik memungkinkan tekanan cahaya terkumpul dan mendorong wahana, sehingga memengaruhi kinerja dan percepatannya. Karena itu, para insinyur menggunakan AI untuk mengoptimalkan reflektivitas.

Peneliti Brown University dan TU Delft menggunakan optimisasi topologi berbasis jaringan saraf untuk merancang layar cahaya. Mereka memadukan ilmu material, rekayasa struktur, dan optik untuk membuat layar yang lebih besar dan efisien daripada rancangan sebelumnya dalam penelitian ini.

Tim menerapkan sistem AI sebelum analisis elemen hingga. Dengan cara ini, mereka mencari bobot dan bias jaringan saraf untuk mengoptimalkan bentuk, ukuran, serta penempatan fitur pada layar.

Layar cahaya memiliki pola miliaran lubang berskala nano untuk meningkatkan reflektivitas sekaligus mengurangi massa. Lubang yang lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya membantu mengarahkan cahaya agar menghasilkan gaya dorong. Menurut para peneliti, pendekatan ini meningkatkan kinerja dan percepatan, memperbesar toleransi terhadap pergeseran Doppler, serta menekan biaya peluncuran dan pembuatan.

Terobosan Fabrikasi: Sehari dengan Biaya Jauh Lebih Rendah

Para insinyur menguji layar cahaya hasil fabrikasi dengan berbagai cara untuk memastikan kinerjanya. Mereka membuat reflektor berukuran 60 × 60 mm dengan ketebalan 200 nm dan lebih dari satu miliar fitur berskala nano. Menurut tim, biaya pembuatannya sekitar 9.000 kali lebih rendah daripada metode konvensional, sementara prosesnya hanya memerlukan sekitar satu hari.

Pengujian Kinerja Lightsail yang Dirancang AI

Hasil pengujian menunjukkan bahwa rancangan baru ini dapat memberikan kinerja lebih baik dengan biaya lebih rendah. Proses pembuatannya juga dapat diperbesar skalanya dan berpotensi membantu misi antarbintang di masa depan. Menurut data tim, layar tersebut lebih tangguh serta lebih responsif terhadap cahaya yang mendorongnya.
Rancangan ini juga ditujukan untuk memberi kendali arah yang lebih fleksibel. Layar cahaya sebelumnya terutama bergerak sesuai arah datangnya cahaya, sedangkan profil reflektivitas baru mungkin memungkinkan perubahan arah yang lebih baik.

Dari Laboratorium ke Penerapan: Potensi Layar Cahaya

Metode fabrikasi ini berpotensi menghasilkan layar nanofotonik yang sangat tipis dan ringan secara lebih andal. Tim melaporkan bahwa desain nanofotonik dapat diselesaikan dalam kurang dari 24 jam, jauh lebih cepat daripada proses lama yang memerlukan waktu bertahun-tahun.

Peran AI dalam Merevolusi Material Antariksa

Penelitian ini juga membuka peluang bagi inovasi dalam perancangan, pembuatan, dan pengujian bahan tersebut. Dengan metode ini, para insinyur telah membuat salah satu layar cahaya terbesar dalam kajian mereka. Di masa depan, optimisasi berbantuan AI dapat membantu menghasilkan rancangan lain.
Biaya tetap menjadi pertimbangan utama. Jika penurunan biaya yang dilaporkan dapat diterapkan secara luas, lebih banyak tim penelitian dapat menggunakan layar cahaya dalam proyeknya.

Tim Peneliti di Balik Inovasi Layar Cahaya

Penelitian ini dipimpin para penulis Miguel A. Bessa dan Richard A. Norte, bersama rekan dari Brown University dan Delft University of Technology: Lucas Norder, Shunyu Yin, Matthijs H. J. de Jong, Francesco Stallone, Hande Aydogmus, dan Paolo M. Sberna. Proyek tersebut mendapat pendanaan dari Uni Eropa dan hibah I2 dari Limitless Space Institute.
Tim berharap dapat menyempurnakan desainnya dengan bantuan AI untuk menjajaki susunan lubang berskala nano. Simulasi memungkinkan mereka menguji berbagai konfigurasi guna meningkatkan reflektivitas dan mengurangi massa.

Layar Cahaya dan Komunikasi Antarbintang

Aplikasi utamanya adalah perjalanan antariksa. Kemajuan fabrikasi ini dapat membantu membuat layar nanofotonik yang ringan dan dapat diproduksi pada skala lebih besar untuk wahana antarbintang bertenaga laser. Proses serupa mungkin juga berguna untuk perangkat lain yang digerakkan cahaya.

Sistem Komunikasi Canggih

Bayangkan banyak nanosatelit kecil yang bekerja sebagai jaringan perantara untuk menyampaikan pesan melintasi jarak antarbintang. Secara teoretis, perangkat yang memperoleh tenaga dari cahaya dan mampu bertahan di lingkungan antariksa dapat mendukung jaringan semacam itu, tetapi penerapannya masih memerlukan pengujian lebih lanjut.

Berinvestasi dalam Fotonik

Bidang fotonik dan nanofabrikasi mencakup banyak perusahaan yang terus meneliti teknologi baru. Salah satunya adalah Applied Materials, yang dikenal sebagai pemasok peralatan dan teknologi bagi industri semikonduktor.

Applied Materials Inc.

Applied Materials Inc (AMAT ) memasuki pasar pada tahun 1967 sebagai perusahaan pemasok kimia. Pendiri perusahaan, Michael A. McNeilly, dengan cepat mengalihkan fokus perusahaan untuk memberikan dukungan kepada pasar semikonduktor yang sedang berkembang setelah perusahaan hanya beroperasi selama sepuluh tahun. Saat ini, Applied Materials berada pada posisi yang baik untuk mendukung pembuatan kristal fotonik dan material semikonduktor canggih yang digunakan dalam komponen pesawat luar angkasa.

Sejak peluncurannya, Applied Materials secara konsisten melakukan akuisisi berskala besar, yang memperluas jaringan dan penawarannya. Secara khusus, perusahaan mengakuisisi Etec Systems, Opal Technologies, Baccini, dan banyak lainnya. Setiap akuisisi memperdalam posisi pasar dan pengaruh perusahaan.

Saat ini, Applied Materials mengoperasikan pusat teknologi surya terbesar di dunia. Selain itu, perusahaan tetap menjadi pemimpin global dalam nanofabrikasi dan fotonik. Oleh karena itu, mereka yang mencari eksposur pada produsen fotonik terkemuka sebaiknya melanjutkan riset mereka tentang Applied Materials.

Terbaru tentang Applied Materials Inc

Langkah Berikutnya bagi Layar Cahaya yang Dioptimalkan AI

Sebelum teknologi ini digunakan di luar laboratorium, para insinyur masih perlu menguji bahan yang lebih ringan dan memastikan bahan tersebut tahan terhadap kondisi antariksa.
Sistem ini juga belum diuji secara menyeluruh di orbit. Langkah berikutnya adalah menerbangkan perangkat kecil tersebut dan memantau kinerjanya untuk menilai apakah standar yang diperlukan bagi misi jangka panjang dapat terpenuhi.

Prospek Layar Cahaya Berbantuan AI

Jika pengembangan dan pengujian berikutnya berhasil, layar cahaya yang dioptimalkan AI dapat membantu wahana kecil menjangkau sistem bintang lain. Gagasan mengenai jaringan komunikasi antarbintang juga masih bersifat jangka panjang. Untuk saat ini, hasil penelitian menunjukkan kemajuan dalam cara merancang dan membuat layar yang sangat tipis.

Pelajari terobosan lain dalam Ilmu Material di sini.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Norder, L., Yin, S., de Jong, M. H. J., Stallone, F., Aydogmus, H., Sberna, P. M., Bessa, M. A., & Norte, R. A. (2025). Cermin kristal fotonik pentagonal: lightsail yang dapat diskalakan dengan percepatan meningkat melalui optimisasi topologi neural. Nature Communications, 16, Artikel 2753. https://doi.org/10.1038/s41467-025-57749-y}