Шапку-невидимку впервые предложили сделать из однослойного материала

Новое устройство больше похоже на плащ, чем на шапку, и состоит из однослойного лёгкого материала   14 Июль 2015, 12:46
Команда инженеров из Университета Калифорнии в Сан-Диего переосмыслила дизайн шапок-невидимок и создала новое тончайшее маскирующее устройство, которое отличается от ранее представленных аналогов.
Технология, лежащая в основе новой разработки, имеет массу потенциальных применений помимо маскировки объектов. К примеру, утверждают исследователи, она может применяться для концентрации солнечной энергии или увеличения скорости сигнала в оптических коммуникациях.
Концепция маскирующей накидки на основе метаматериал.
Изображение: Li-Yi Hsu/Jacobs School of Engineering/UC San Diego

"Маскирующие технологии — это умелая манипуляция с человеческим восприятием окружающих объектов. Пока что сделать какой-либо объект полностью невидимым не представляется возможным, но наука в этой сфере уже движется семимильными шагами", — рассказывает ведущий автор исследования Бубакар Канте (Boubacar Kanté).
Принцип работы любой шапки-невидимки заключается в рассеивании электромагнитного излучения тем или иным образом. Одним из главных недостатков существующих на сегодняшний день устройств является их громоздкость.
"В ходе предыдущих исследований физики были вынуждены строить маскирующие устройства из множества слоёв материалов. Порой некоторые устройства были даже массивнее и толще самих объектов, требующих маскировки", — рассказывает Канте, которому удалось создать шапку-невидимку из лёгкого односложного листа.

Исследователи утверждают, что разработанное ими устройство также преодолевает ещё один существенный недостаток — потери в рассеиваемом свете. Устройства-аналоги, ранее представленные инженерами, как правило, уменьшали интенсивность падающего света (отражённый свет был не таким ярким, как тот, что падал на скрывающую поверхность).

Подобные потери в интенсивности света объясняются тем, что большинство шапок-невидимок создаются из материалов, содержащих частицы металла, которые поглощают свет. Ключевая особенность дизайна нового устройства — это использование исключительно непроводящих материалов, так называемых диэлектриков, которые, в отличие от металлов, не поглощают свет.
К слову, новое устройство похоже, скорее, не на шапку, а на ковёр, поскольку предназначено для накрывания объектов маскировки, лежащих на плоской поверхности. Этот ковёр заставляет и объект, и поверхность, казаться плоскими, поскольку имитирует отражение света от плоской поверхности.

Разные объекты по-разному отражают свет от плоской поверхности, но когда они накрыты скрывающей поверхностью, то свет от разных точек отражается синхронно, эффективно отменяя общее искажения света, вызванное формой объекта.

"По сути, устройство обманывает наблюдателя, заставляя его думать, что под плащом находится лишь плоская поверхность", — поясняет Канте.
Для проектирования и оптимизации работы новой шапки-невидимки исследователи использовали компьютерное моделирование. В результате они смоделировали устройство в виде тонкой матрицы из тефлона, в которую встроены микроскопические керамические частицы, каждая из которых имела форму цилиндра разной высоты.

"Изменяя высоту каждой диалектической частицы, мы научились контролировать отражение света в каждой конкретной точке на поверхности материала", — рассказывает Канте.

Подобные манипуляции со световыми волнами расширяют диапазон потенциальных применений для новой маскирующей технологии. Учёные утверждают, что подобная шапка-невидимка может быть использована в качестве солнечного концентратора — устройства, которое собирает солнечные лучи. Также Канте и его коллеги выразили надежду, что их разработка найдёт применение в оптике, дизайне и искусстве интерьера.

Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Progress In Electromagnetics Research.