Материалы портала «Научная Россия»

Как стать невидимым

Как стать невидимым
Метаматериалы, лазер, магнитные поля, нанотрубки и хитрая оптика: ученые как никогда близки к созданию идеальной технологии из детских сказок.

В сентябре 2015 года появилась новость о создании американскими учеными плаща-невидимки. При ближайшем рассмотрении оказалось, что хотя технология, и правда, позволяет скрывать от взгляда трехмерные объекты, испытания пока прошли лишь на очень-очень маленьких объектах — всего из нескольких биологических клеток. То есть это все же пока не плащ Гарри Поттера, хотя ученые и обещают, что вот-вот создадут именно его. Впрочем, это далеко не первая попытка создания технологии, обеспечивающей невидимость.

Принцип, использованный командой из Калифорнии — самый популярный среди ученых, работающих над этой задачей, — применение метаматериалов. Их особенность — это отрицательный угол преломления. Используя это свойство, ученые создают специальные покрытия, которые заставляют свет огибать объект, как вода обтекает лежащий камень. В данном случае основным компонентом материала стали микроскопические золотые антенны размером около 30 нанометров. Но использование метаматериалов — не единственный способ сделать объект невидимым. Существенным недостатком этого подхода является и высокая стоимость подобных решений.

Вообще это не то, чтобы самая важная научная задача, но ученые всего мира уже много лет работают над тем, чтобы сделать предмет из детских сказок реальностью, поэтому Научная Россия представляет обзор еще нескольких перспективных технологий для реализации этой задачи, появившихся лишь за последние два-три года. Каждая из них пока обладает существенными ограничениями, но создается впечатление, что ждать настоящего прорыва осталось совсем недолго.

Чудеса оптики

Создатели технологии: Джозеф Чои и Джон Хоуэл, Рочестерский университет, США

Материалы: Четыре стандартные линзы.

Принцип работы: Ученые нашли способ так расположить линзы, чтобы замаскировать объект и оставить видимым его фон.

Результат: В испытаниях объект размещали на сетчатом фоне. Даже при смене точки наблюдения, фон выглядел так, будто объекта перед ним не было. По словам ученых, устройство позволяет скрывать достаточно крупные объекты, а также работает по всем видимом спектре без ограничения по частотам.

Проблемы: Устройство искривляет лучи и направляет через центр, в итоге скрытый регион напоминает по форме пончик с дыркой. Не удалось пока полностью избавиться и от краевого эффекта.

Использование кальцита

Создатели технологии: Две команды ученых из Великобритании и Дании

Материалы: Кальцит (известковый шпат, CaCO3), самый распространенный биоминерал в природе.

Принцип работы: Минерал за счет кристаллической структуры особым образом преломляет лучи света различной поляризации. Когда отраженный от маскируемого объекта свет попадает в устройство, он сначала проходит через две соединенные друг с другом призмы, а затем отражается от самой нижней части, попадает в нижнюю из призм и выходит наружу.

Результат: Если разместить на устройстве из кальцита маскируемый объект и смотреть на него сквозь кристалл, объект становится невидимым.

Проблемы: Пока устройство работает только в том случае, когда маскируемый объект расположен строго в определенном месте.

Лазеры и правильное магнитное поле

Создатели  технологии: Дарран Милн и Наталья Королькова, Сент-Эндрюсский университет, Великобритания

Материалы: лазеры с точно подобранными длинами волн

Принцип работы: Лазеры с точно подобранными длинами волн вызывают индуцированную прозрачность за счет перевода поверхности в состояние, в котором оно не способно поглощать фотоны обычным способом. В этом состоянии его показатель преломления может иметь и отрицательные значения. Управлять этим процессом предлагается приложением внешнего магнитного поля.

Результат: Если плотность поля распределить правильным образом, то такой материал превращается в плащ-невидимку. Невидимость при помощи такого устройства можно будет включать и выключать в любой удобный момент.

Проблемы: Устройство позволяет скрыть объект, находящийся на какой-либо поверхности, но не в свободном пространстве.

Нанотрубки для невидимых самолетов

Создатели технологии: Джей Гуо, Мичиганский университет, США

Материалы: углеродные нанотрубки

Принцип:  Расположенные определенным образом нанотрубки превращают рельеф в ровную черную поверхность, которая почти полностью поглощает излучение в широком спектре, от радиоволн до УФ-лучей. 

Результат: Ученые разрабатывали технологию для военных – покрытый такой наноструктурой самолет невидим для радаров и для глаза человека.

Проблемы: Невозможность достичь полной невидимости, нет технологий для использования на больших объектах.

Подражая кальмарам

Создатели технологии: Алон Городецкий и его коллеги, Калифорнийский университет, США

Материалы: тонкие, оптически активные пленки на основе белка рефлектина

Принцип: Ученые искусственно получили рефлектин — структурный протеин, который позволяет кальмару отражать свет. В его тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Ученые выделили рефлектин из клеток с высоким показателем преломления и поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую пленку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. 

Результат: При определенном химическом воздействии пленка позволяет делать объект невидимым.

Проблемы: На настоящий момент технология работает только в инфракрасном диапазоне.

Пушка невидимости

Создатели технологии: Чао Ван и его коллеги из Сингапурского университета

Материалы: Лазер, специальные линзы с диэлектрическими пазами, проецирующий аппарат.

Принцип: Исследователи использовали так называемую технику суперразрешения. С помощью системы линз они создали участок пространства, в котором интенсивность света близка к нулю, а значит, невозможно что-то увидеть. Технология построена на том же принципе, который не дает нам четко видеть предмет, если он не в фокусе нашего зрения, только в данном случае этот эффект усилен. 

Результат: «Пушка» создает трехмерный участок невидимости, ученые называют ее «пустой световой капсулой», который способен скрывать объекты. В ходе тестов исследователи скрыли 40-микрометровый трехмерный объект (букву N) от одной конкретной длины волны (630 нм – красный лазер). 

Проблемы: Пока удалось показать работу системы только для определенной длины волны.

кальцит метаматериалы невидимость

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий