Premium

Mimořádně jen 19 Kč/měsíc
na prvních 5 měsíců

Češi mají paprsek jako ze sci-fi: může třídit částice či skládat roboty

Čeští vědci předvedli zajímavý jev, který by mohl najít bohaté využití. Dokázali jednoduše rozhýbat částice světelným paprskem do různých směrů, a vytvořili tak jakousi obdobu "tažného paprsku" známého z vědecko-fantastických knih a seriálů.

Když jsme před dvěma lety na Technetu psali o "šíleném" nápadu vytvořit "tažný paprsek", který by proudem světla dokázal přitáhnout hmotu, požádali jsme o radu v Brně, v Ústavu přístrojové techniky. Obrátili jsme se na fyzika Pavla Zemánka, aby nám vysvětlil, jak vědci mohli s takovým nápadem vůbec přijít.

Český vědec nám vysvětlil, že chyba je na naší straně. "Tažný paprsek" v principu není vůbec nic nemožného. Přemýšleli o něm i Češi: "Naše teoretické výpočty přibližně před pěti lety také ukázaly, že by něco takového mohlo být možné," řekl Technetu Zemánek a dodal: "My se ale snažíme o praktické realizace a v práci jsme tedy nepokračovali."

Dnes už víme, že nám neřekl všechno. Čeští vědci totiž "tažný paprsek" nakonec vytvořili. Jeho popis zveřejnili 20. ledna v časopise Nature Photonics. A jedním z podepsaných pod prací je i Pavel Zemánek.

Náhoda přeje připraveným

Bylo to ovšem tak trochu náhodou, brání se český vědec. "My jsme původně připravili pokus s poněkud odlišným záměrem, ale výsledek byl ještě o něco zajímavější, než jsme čekali," říká Pavel Zemánek. Ale nebylo to jenom štěstí: "Já vím, že by novináři rádi napsali, že objev vznikl náhodou, ale tak to úplně nebylo. Nespadlo nám to do klína, pokus se musel pečlivě připravit i analyzovat," dodává.

Důležitý je ovšem výsledek. A tím je světlo, které dokáže hýbat hmotou v různých  směrech. Čeští vědci zatím jeho účinek předvedli pouze na polystyrénových kuličkách o průměru zhruba stokrát menší než je průměr lidského vlasu. Vědci ovšem dokázali dát částicím paprskem světla nečekané směry pohybu.

Schéma soustavy vytvářející "tažný paprsek". Laser (v pokusu byl použit zelený o vlnové délce 410 nm) se odráží od zrcadla umístěného pod vzorkem. V prostoru střetu původního a odraženého paprsku vzniká unikátní prostředí, ve kterém lze například světlem manipulovat s částicemi.

Každý si dokáže představit, že proudem fotonů můžete od sebe předměty odtlačovat. Fungují tak vesmírné sondy zvané "sluneční plachetnice" (více např. zde), Slunce stejným způsobem také roztáčí některé planetky v naší soustavě.

V rukou vědců světlo dokázalo díky správnému nastavení pokusu podstatně více. V laboratořích se už dnes používá k manipulaci s malými částečkami na pohled zcela nelogickými způsoby. Dokáže předměty nejen odpuzovat, ale i přidržet či vodit po kruhové dráze a podobně. Nová práce českých vědců tento repertoár o něco obohatila. Světlo vědců z Brna dokázalo například rozdělit předměty podle velikosti.

Odborníci pracovali s polystyrenovými kuličkami dvou rozměrů: 600 a 810 nanometrů, promíchaných dohromady ve vodě. Jak můžeme vidět na připojeném videu, pod optickou soupravou se chaos náhle změní v pořádek a obě skupiny kuliček se disciplinovaně vydají každá opačným směrem. Malé na jednu stranu, velké na druhou. Na všechny přitom působí stejné světlo a jsou ze stejného materiálu.

Rozdíl je daný nastavením pokusu. Pokud podmínky změníte (stačí například změnit polarizaci třeba "otočením" laseru) změní se i výsledky a můžete směr pohybu částic prohodit nebo naopak sjednotit. Přitom princip bude pořád stejný, pohyb částic způsobují dopadající fotony z laserového paprsku. Elegance pokusu tkví v tom, že vlastnosti fotonů dopadajících na vzorky lze jednoduše měnit a tím ovlivňovat i pohyb jejich "cílů".

Bude se to hodit

Už nyní je to užitečná demonstrace. Řada vědců a firemních výzkumníků a technologů v různých oborech dnes pracuje s velmi malými částečkami, od mikrobů po nanočástice. Žádnou z nich do pinzety nechytíte, se vzorky je přitom ale nutné fyzicky manipulovat. "Tažný paprsek" by mohl představovat  účinnou a jednoduchou alternativu (či doplněk) k ostatním metodám, ať už optickým nebo jiným.

A budoucnost může být ještě zajímavější. Autoři nové práce například sní o využití principu v rychle se rozvíjejícím poli "mikrorobotiky" (nebo možná nanorobotiky či nanobotiky, uvidíme co se uchytí), tedy vytváření malých, okem neviditelných strojů pro všemožná využití. Světelný systém vytvořený českými vědci by mohl sloužit jako spínač: mikroroboti by se po zapnutí světla mohli jeho působením shromáždit na jednom místě, poskládat do nějakého většího zařízení a přepravit se na místo určení. (V Brně nejsou první, kdo na takové využití světla myslel a zkouší ho, pracuje na tom více týmů různými přístupy.)

Lidé na to nemají

I když jsou možnosti využití práce českých vědců veliké, pořád bohužel platí, že pro rozšíření na předměty denních rozměrů je princip v podstatě nepoužitelný. Stejně jako před dvěma lety, kdy jsme psali hlavně o teoretických pracích na téma tažného paprsku, stále platí, že pro dopravu člověka po paprsku byste potřebovali laser s ohromným výkonem.

Fyzik David Grier odhadl jeho nutný výkon na zhruba terrawatt. Takový laser by za dva a půl dne vyzářil tolik energie, kolik činí spotřeba elektřiny v ČR za celý rok. Kontakt s takovým kvantem energie by pokus o přepravu změnil v převedení cestujícího do plynného stavu.

Zajímavé ovšem je, jak jednoduchý celý "brněnský" pokus je. Sestavu tvoří jen trochu zjednodušeně řečeno v podstatě pouze optický mikroskop, laser a zrcadlo. (Doma si ji nepostavíte proto, že potřebujete laser o výkonu několika wattů, který stojí zhruba čtvrt milionu korun. Ale pro firmy a laboratoře to není takový výdaj, když jim zrychlí a zjednoduší práci.) Malou komplikací je, že vzorek je umístěný pod vodou, kde jsou částice (bakterie i buňky), nadnášeny vodou tak, že jsou "ve stavu beztíže" a vliv proudu fotonů tak není přebit gravitací. Ale to by neměl pro žádného odborníka být obtížně řešitelný problém. 

"V pokusech použitou optickou sestavu si dokáže sestavit doslova každý trochu zkušenější optik a jednoduše implementovat na jakýkoliv optický mikroskop. Kolegům po celém světě se tak otevírá možnost studovat tento jev bez nutnosti velkých finančních investic," říká člen brněnského týmu Oto Brzobohatý. On i jeho kolegové věří, že výzkum v této oblasti se rychle rozběhne a jejich práce je jen první z mnoha dalších využívajících tohoto principu.

Vláčky a korálky

A to i proto, že vědci pod mikroskopem pozorovali i složitější chování, jehož zákonitosti nejsou zcela jasné. Ve světle jejich laserů vyvolal kombinovaný účinek dopadajícího světla i světla odrážejícího od jednotlivých částic takové podmínky, že jednotlivé částice se samy skládaly do struktur různých tvarů. Nejjednodušším příkladem jsou řetízky či vláčky tvořené několika částicemi za sebou. Kromě nich mohou vzniknout různé rovinné či prostorové útvary, které díky složité interakci mají tendenci se držet pohromadě (existuje pro hezký český výraz "opticky provázaná hmota").

Není to nic nového, tento jev pozorovala řada dalších týmů. "My jsme ukázali, že tyto struktury se dají do samovolného pohybu obráceným směrem, než se pohybují jednotlivé částice, ze kterých jsou složeny," dodává Pavel Zemánek. Tímto způsobem lze rozpohybovat objekty o velikostech jednotek mikrometrů, tedy včetně živých mikroorganismů, volných buněk či jejich shluků. Poznání zákonů, které tomuto chování vládnou, bude samozřejmě vědce zajímat, protože by mohlo přinést další nové aplikace.

Vstoupit do diskuse (21 příspěvků)

Nejčtenější

Když pára na kolejích dosyčela. Jak se ČSD loučily s parními vlaky

Lokomotiva řady 556.0

Československé státní dráhy oficiálně ukončily provoz parních lokomotiv v létě 1980, byť i pravidelné parní výkony v množství limitně se blížícím nule dojezdily až roku následujícího. Podívejme se...

KVÍZ: Ve škole propadali, přesto změnili svět. Znáte příběhy slavných vědců?

Albert Einstein

Ani lidé, kteří později změnili vědu a techniku, neměli cestu k úspěchu vždy hladkou. Poznáte slavné osobnosti podle jejich školních nezdarů, překážek a překvapivých životních příběhů? O voucher na...

Byli jsme v mučírně bobcatů. V Dobříši jsme viděli, co musí bagr vydržet

Specifikační laboratoř Inovačního centra Doosan Bobcat Dobříš

Kdo si nepřizná, že ho jako dítě chtěl řídit, ten po tom touží dodnes. Kompaktní „bagřík“, kterému se napříč značkami vžil název bobcat – či možná spíše bobík – je ikonou svého druhu. A co víc,...

Slavné prvorepublikové Mikádo bylo technickým skvostem a králem ČSD

Parní lokomotiva Mikádo

Za nejslavnější lokomotivu československé konstrukce z let meziválečných můžeme zajisté považovat rychlíkové Mikádo. Při jeho zrodu se sice objevil problém s hmotností, ale ani takováto lapálie...

Roboti spáchali sebevraždu skokem do roztaveného kovu. Dostali to příkazem

Roboti skončili v roztaveném kovu. Figure zničila starou generaci humanoidů v...

Humanoidní roboti skončili v peci s roztavenou ocelí. Americká společnost Figure AI nechala ve finské Imatře zlikvidovat svou starší generaci robotů F.02. Z neobvyklé operace vzniklo filmově pojaté...

Roboti spáchali sebevraždu skokem do roztaveného kovu. Dostali to příkazem

Roboti skončili v roztaveném kovu. Figure zničila starou generaci humanoidů v...

Humanoidní roboti skončili v peci s roztavenou ocelí. Americká společnost Figure AI nechala ve finské Imatře zlikvidovat svou starší generaci robotů F.02. Z neobvyklé operace vzniklo filmově pojaté...

6. října 2026  14:29

Druhá letošní Nobelova cena padla za duchy z hlubokého vesmíru

Nobelovu cenu Fyziku získal v roce 2026 Francis Halzen. Ocenění míří za přínos...

Letošní cenu za fyziku získal Belgičan Francis Halzen. Stojí za neutrinovou observatoří Ice Cube v Antarktidě. Přístroj stojí nedaleko jižního pólu Země. Slouží ke sledování neutrin přilétajících ze...

6. října 2026  10:45,  aktualizováno  12:10

Slavné prvorepublikové Mikádo bylo technickým skvostem a králem ČSD

Parní lokomotiva Mikádo

Za nejslavnější lokomotivu československé konstrukce z let meziválečných můžeme zajisté považovat rychlíkové Mikádo. Při jeho zrodu se sice objevil problém s hmotností, ale ani takováto lapálie...

6. října 2026

Nobelova cena za medicínu patří třem laureátům za objev optogenetiky

Trojice laureátů Nobelovy ceny za medicínu pro rok 2026: Karl Deisseroth, Peter...

Tak jako v minulých letech se i letos počítalo s tím, že Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství nezíská jen jeden laureát. To se potvrdilo, když si letošní ocenění odnesla trojice laureátů Karl...

5. října 2026  11:10,  aktualizováno  12:08

Byli jsme v mučírně bobcatů. V Dobříši jsme viděli, co musí bagr vydržet

Specifikační laboratoř Inovačního centra Doosan Bobcat Dobříš

Kdo si nepřizná, že ho jako dítě chtěl řídit, ten po tom touží dodnes. Kompaktní „bagřík“, kterému se napříč značkami vžil název bobcat – či možná spíše bobík – je ikonou svého druhu. A co víc,...

5. října 2026

Kolem světa za 38 minut. Telegram porazil před 100 lety bezdrátového soupeře

Závod telegramu kolem světa

Dánský deník Politiken uspořádal před sto lety neobvyklý závod: vyslal z Kodaně dva telegramy na cestu kolem zeměkoule. Zatímco zpráva putující po drátech a kabelech se vrátila za 38 minut, její...

4. října 2026

Padne Nobelova cena za Ozempic? Analytici mezi favority řadí hned tři vědce

ilustrační snímek

Mezi favority letošní Nobelovy ceny za fyziologii nebo lékařství jsou objevitelé hormonu GLP-1, na kterém stojí Ozempic. Ocenit by se ovšem dal jen jejich objev, ne samotný lék. Velké ceny se za...

4. října 2026

Kam zmizela část prastarého kontinentu? Vědci si myslí, že ji našli

Ilustrace superkontinentu Gondwana

Pamatujete si ještě ze školy, jak se vyvíjela pevnina na naší planetě? Možná si ještě vzpomenete, že před zhruba 300 miliony lety tu byla velká Pangea, což byl superkontinent, který se následně...

4. října 2026

Jak dostat děti ven od počítače? Kroužky s drony spojují zábavu a techniku

Ve spolupráci
Trh s drony roste, ale lidí, kteří jim rozumí, je stále málo, říká Alex Drak.

Stále více rodičů hledá aktivity, které děti odvedou od obrazovek a zároveň jim nabídnou nové dovednosti. Kroužky zaměřené na drony spojují pohyb na čerstvém vzduchu, práci s moderní technikou a...

3. října 2026

Digitální nezničitelní: 8 retro gadgetů, které stále fungují na jedničku

ilustrační snímek

Dnešní elektronika trpí syndromem plánovaného zastarávání. Smartphone po třech letech ztrácí možnost aktualizace na novější verzi systému, odezva televize se po aktualizaci začne zpomalovat a chytrá...

3. října 2026

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Naučil motorku legálně létat. Věšel ji na jabloň a přemýšlel, jak to udělat

Miloš Václav krouží v termice ve výšce 1600 m nad rozpálenými skálami v...

Létání na paraglideru je synonymem naprosté volnosti. Jenže po přistání přijde návrat do reality. Je potřeba se dostat domů. Zkušený pilot Miloš Václav našel řešení. Létá s motorkou. Jak funguje...

2. října 2026

K ISS vyrazila nová posádka, má číslo, které mnozí považují za nešťastné

Start mise Crew-13

Dva Američané, Kanaďan a Rus se vydali ve čtvrtek krátce po 17. hodině SELČ na svou cestu k Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). Svou loď Crew Dragon od společnosti SpaceX pojmenovali Grace.

1. října 2026  16:29,  aktualizováno  17:11
Nastavte si velikost písma, podle vašich preferencí.