211service.com
Przełom w maskowaniu
Od czasu publikacji H.G. Wellsa Niewidzialny człowiek ponad sto lat temu perspektywa niewidzialności – lub maskowania – była ostoją science fiction. Ale teraz fizycy twierdzą, że w końcu odkryli, jak sprawić, by obiekty były niewidzialne, a co więcej, dzielą ich zaledwie miesiące od zastosowania tej teorii w praktyce.
Niebieski metamateriał maskujący jest w stanie zagiąć światło wokół obiektu (pomarańczowe kółko), dzięki czemu nie będzie rzucał cieni ani odbić. (Źródło: D. Schurig, Duke University.)
Sztuką jest znalezienie sposobu na skierowanie światła i innych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego wokół obiektu tak, aby nie rzucał cienia i nie powodował odbicia. „Normalnie tego rodzaju manipulacje byłyby trudne, mówi John Pendry z Imperial College London, Anglia. Dodaje jednak, że niedawny rozwój nowej klasy materiałów zwanych metamateriałami sprawia, że jest to kusząco wykonalne.
Metamateriały to materiały inżynieryjne, których właściwości określa raczej ich struktura fizyczna niż chemia, mówi Pendry. Do takich właściwości należy zdolność zginania światła – mówi.
Teraz pracujemy z David Smith oraz David Schurig z Duke University w Pendry opracowali sposób na zaprojektowanie metamateriałów, które mogą zaginać światło wokół obiektu bez względu na kierunek, z którego ono pochodzi. Możesz zastosować go do dowolnego kształtu, mówi Smith. Oznacza to, że teoretycznie można zamaskować wszystko, mówi.
Opierając się na pracy Pendry, opisanej w bieżącym numerze Nauka , Smith i Schurig opracowują urządzenie sprawdzające się w praktyce, dzięki finansowaniu z ramienia badawczego Departamentu Obrony USA, Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony. Można śmiało powiedzieć, że w tym roku odbędzie się demonstracja podstaw fizyki maskowania, mówi Schurig.
Efekt maskowania zależy od współczynnika załamania światła materiału lub jego zdolności do wpływania na kierunek przechodzącego przez niego światła. Światło preferuje najszybszą trasę między dwoma punktami, która zwykle jest linią prostą. Jednak w przypadku metamateriałów najszybszą ścieżką może być ta, która zakręca wokół obiektu.
Ale zginanie światła to tylko jeden z wymogów dotyczących maskowania. Musisz skierować światło na tę samą ścieżkę, którą podążało, zanim uderzyło w płaszcz; w przeciwnym razie rzuca cień, mówi Pendry. Podobnie, gdy światło wpada do płaszcza, nie może zostać odbite. Jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że ten materiał sprawia wrażenie przestrzeni, mówi Smith, w tej przestrzeni może zaginać światło, a także nie ma odbicia.
To przełom, mówi George Eleftheriades , ekspert w dziedzinie metamateriałów na Uniwersytecie w Toronto. Mówi jednak, że istnieje ograniczenie: to nie zadziała dla każdej częstotliwości.
Rzeczywiście obecne materiały są w stanie przekierować tylko mikrofale, co oznacza, że urządzenie maskujące, które opracowują Smith i Schurig, będzie działać tylko przeciwko radarom lub innym emiterom mikrofal. Chociaż prawdopodobnie przyda się to w przyszłych samolotach stealth, wciąż dzieli nas co najmniej dekada od maskowania obiektów przed światłem widzialnym.
Powodem jest to, że aby uzyskać efekt maskowania, struktury podrzędne metamateriałów muszą być mniejsze niż długość fali przekierowanego światła. Jest to obecnie możliwe w przypadku mikrofal, których długość fali wynosi około trzech centymetrów. Jednak przekierowanie światła widzialnego, które ma długość fali około pół mikrometra lub pół milionowej metra, wymagałoby metamateriałów o strukturach zaprojektowanych na poziomie molekularnym. Chcielibyśmy to zrobić w skali molekularnej, ale nanoinżynieria nie jest jeszcze do tego nastawiona – mówi Pendry. Jednak ostatnie postępy w nanomateriałach mogą przyspieszyć proces opracowywania.
Na razie więc prototypowy płaszcz składa się z szeregu milimetrowych prętów miedzianych i pierścieni w kształcie litery C osadzonych w kompozytowej płycie pilśniowej, podobnie jak płytki z obwodami drukowanymi, w których zwykle znajdują się chipy komputerowe. Zarówno pręty, jak i pierścienie C są zdolne do biernego wytwarzania pól elektromagnetycznych pod wpływem promieniowania mikrofalowego. Przy odpowiedniej orientacji komponenty te mogą określać ścieżkę, którą będzie podążać promieniowanie.
Jest też inne zastosowanie do maskowania, mówi Schurig: może być używane jako rodzaj tarczy. Czasami chcesz chronić lub izolować rzeczy z widma elektromagnetycznego, mówi. Na przykład maskowanie może być stosowane w sondach kosmicznych, aby chronić czuły sprzęt przed promieniowaniem kosmicznym.
Ale jest w tym haczyk. Chociaż każdy zamaskowany obiekt byłby niewidzialny, byłby również ślepy w zakresie częstotliwości zamaskowania, ponieważ każde skierowane w jego stronę światło byłoby przekierowywane wokół niego. W przypadku samolotu zamaskowanego radarem nie powinno to stanowić większego problemu, mówi Schurig. Pilot nie byłby w stanie korzystać z radaru, ale nadal mógł nawigować wizualnie.