Śmiertelna wada odkryta w pelerynach-niewidkach

W grze w kotka i myszkę w kamuflaż niezwykły rozwój pelerynek-niewidek z pewnością dał myszy przewagę w ostatnich latach. Nie tylko teoretycy radykalnie rozwinęli idee stojące za tymi urządzeniami, ale inni zbudowali i przetestowali same peleryny. Świat kamuflażu już nigdy nie będzie wyglądał tak samo.

Dzisiaj koty walczą, ujawniając, jak wykryć obecność peleryny-niewidki i odkryć skrywany przez nią przedmiot.

Peleryny-niewidki ukrywają obiekty, kierując światło wokół nich tak, że obiekty nie mogą być widziane przez obserwatora. Sztuką jest zbudowanie w ten sposób materiału, który steruje światłem.

Okazuje się to niezwykle trudne, częściowo dlatego, że właściwości optyczne tych materiałów muszą się zmieniać z jednego punktu do drugiego w sposób, który pozwala na sterowanie, właściwość znaną jako anizotropia optyczna. Z tego powodu pierwsze peleryny-niewidki musiały być zbudowane ręcznie, a nawet wtedy udało się zamaskować płaski obiekt w dwóch wymiarach przy pojedynczej długości fali światła mikrofalowego. Nikt nie mógł sobie wyobrazić, jak można zastosować to podejście do pracy w znacznie mniejszej skali wymaganej dla światła widzialnego ani w zakresie częstotliwości.

Kilka lat temu John Pendry, fizyk teoretyczny z Imperial College London, który był intelektualną siłą napędową w tej dziedzinie, wymyślił inne podejście: płaszcz dywanowy.

Pomysł polegał na tym, że warstwa materiału dielektrycznego na powierzchni może zaginać światło w taki sposób, że wyglądałoby to tak, jakby światło odbijało się od oryginalnej powierzchni. Innymi słowy, ta dodatkowa warstwa byłaby niewidoczna, więc wszystko, co w niej zawarte, również byłoby niewidoczne.

Ta technika działa dla światła widzialnego w szerokim zakresie częstotliwości. Co więcej, powiedział Pendry, materiały, które mogłyby to zrobić, mogą być całkowicie jednorodne – izotropowe, a nie anizotropowe – a więc znacznie łatwiej byłoby je wytworzyć.

Dzięki temu pomysłowi marzenie o optycznych pelerynach-niewidkach stało się w zasięgu ręki i na tym blogu śledziliśmy sposób, w jaki ten pomysł ewoluował od teoria do praktycznych urządzeń w zaledwie kilka miesięcy.

Od tego czasu Baile Zhang i kumple z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge byli zajęci szukaniem słabego punktu w tym pomyśle i teraz myślą, że go znaleźli. Dziś zwracają uwagę, że płaszcze dywanowe mają wadę, która sprawia, że ​​przedmioty w nich są wykrywalne.

Mówią, że problem polega na tym, że izotropowe peleryny nie mogą działać idealnie. Dlatego. Światło można traktować jako serię frontów falowych, z których każdy ma określoną ilość energii. Zazwyczaj kierunek propagacji energii jest prostopadły do ​​tych frontów fal.

Jednak w pelerynie-niewidce ta prostopadła zależność zostaje zniekształcona, gdy sterowane są fale świetlne. To właśnie robi materiał anizotropowy. Ale materiał izotropowy nie może tego zrobić – energia zawsze rozchodzi się pod kątem prostym do frontów fal. To ograniczenie oznacza, że ​​materiały izotropowe nie mogą ukrywać obiektów w sposób, w jaki sugeruje Pendry.

Zhang i spółka udowadniają swoje twierdzenie, śledząc promień, który przechodzi przez rodzaj izotropowego płaszcza dywanowego, który zasugerował Pendry. To, co odkryli, zszokuje tkaczy dywanów na całym świecie.

Według Zhanga i kumpli, peleryny dywanowe nie zakrywają przedmiotów, a jedynie przesuwają je na bok o wartość nieco mniejszą niż wysokość. Efekt zależy przede wszystkim od kąta patrzenia. Tak więc po oświetleniu pod kątem 45 stopni obiekt o wysokości 0,2 jednostki wydaje się być przesunięty w bok o 0,15 jednostki.

Jeśli Zhang i spółka mają rację, może to być poważny cios dla izotropowego maskowania dywanów. Oznacza to, że efekt maskowania dywanu ma ograniczony kąt widzenia.

Spójrz bezpośrednio z góry, a przedmiot można idealnie ukryć, nie potrzebujesz do tego peleryny dywanowej, wystarczy zwykły kamuflaż. Pytanie brzmi, jak daleko od pionu można się oddalić, zanim zdradzi cię izotropowy płaszcz z dywanu optycznego.

Tak więc w wojnach o niewidzialność ta bitwa trafia do kotów. Oczywiście myszy powrócą z nowym, ulepszonym płaszczem dywanowym, który rozwiąże ten problem. Oczywistym wyjściem jest uczynienie dywanu anizotropowym, innymi słowy zróżnicowanie jego struktury tak, aby właściwie kierował światłem wokół obiektu.

Sekundy, runda druga.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1004.2551 : Przesunięcie boczne sprawia, że ​​​​płaszcz na ziemi jest wykrywalny

ukryć