Содержание
Магия в реальной жизни: ученые создали плащ-невидимку
Наука
Физика
Невидимость
Магия в реальной жизни: ученые создали плащ-невидимку
Егор Морозов
—
Любой, у кого есть доступ к зеленому экрану, может легко сделать себе плащ-невидимку, и этим активно пользуются при производстве фильмов. Поэтому отношение к устройствам, которые делают вас невидимыми в реальной жизни, обычно скептическое. Однако теперь у фанатов Гарри Поттера есть отличный повод для радости — создан настоящий работающий «плащ-невидимка». Хотя, как это обычно бывает, на деле все не так радужно.
Называется этот амбициозный проект Quantum Stealth, и занимается им канадская компания Hyperstealth Biotechnology Corp.
, основной род деятельности которой — военный камуфляж. Ее генеральный директор, Гай Крамер, целое десятилетие смутно намекал про свои достижения в области невидимости, однако не предоставлял публике ничего, кроме компьютерных рендеров. Все уже начинали считать его обычным шарлатаном, однако недавно он опубликовал видео, показывающее реально рабочий прототип «плаща-невидимки».
Да, как видите, заходя за специальное пластиковое покрывало, Крамер становится почти полностью невидимым — остается лишь смутная тень. В телефонном интервью изобретатель сказал, что люди после просмотра этого были либо впечатлены, либо предполагают, что он притворяется. Он воспринимает скептицизм как комплимент. «Если это работает настолько хорошо, что вы думаете, что я притворяюсь, то я выполнил свою задачу», — говорит Крамер.
Вообще говоря, в «плаще-невидимке» Quantum Stealth нет ничего квантового. Обычно этот термин относится к микроскопическим структурам на уровне атомного ядра, где перестают корректно работать законы привычной нам классической физики.
Так вот — здесь работает именно последняя. «Это классика с точки зрения Галилея», — отмечает Дункан Стил, физик из Мичиганского университета.
Какой же ключ к этой невидимости? Обыкновенные линзы. Ну ладно, не совсем обыкновенные — их научное название «лентикулярный растр».
Если вы или ваши дети учились в школе в конце 90-ых или начале нулевых, вы скорее всего знакомы с ними. Помните такие шершавые голографические наклейки, которые давали разные картинки под разными углами? Вот это они и есть. На самом деле, на этих наклейках не одно изображение, а несколько, разделенных на тонкие полоски, перемежающиеся друг с другом. А сам лентикулярный растр представляет собой массив плоско-выпуклых собирающих цилиндрических линз, который позволяет под углом увидеть только те полоски, которые относятся к одному определенному изображению. В итоге, поворачивая такую наклейку или постер, вы можете увидеть сразу несколько изображений, которые обычно складываются в какое-либо движение для наглядности.
Крамер понял, что прозрачный лентикулярный растр может искривлять весь спектр видимого света (он также может искривлять ближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны). Он со смехом рассказал, что физики скептически относились к тому, что нечто подобное возможно. «Физики говорили: мы знаем, что можно искривлять свет одной определенной длины волны. Но вы не можете делать это с двумя длинами волн одновременно, если одна красная, а другая синяя. И уж точно не со всем видимым спектром», — говорит он.
На гифке, облетевшей весь интернет, показаны уложенные вместе цветные карандаши, на которые смотрят как раз через лентикулярный растр. Когда он расположен горизонтально, то через него видны только горизонтальные карандаши. Но стоит повернуть его на 90 градусов, как горизонтальные карандаши размываются, а вертикальные наоборот, становятся четкими. Магия и трюки, скажете вы? Нет, это просто физика.
Линзы преломляют свет при прохождении через них. Вместо того, чтобы продолжать движение по прямой линии, свет замедляется и рассеивается под разными углами, создавая пятна, через которые свет больше не проходит (Крамер называет их «мертвыми точками»).
Если человек или вертикальный объект находятся в мертвой точке вертикальной цилиндрической линзы, то свет не попадет на них — иными словами, они станут практически невидимыми.
Заметьте, что Крамер стратегически верно выбрал фон на первой гифке: что размытый зеленый фон, что не размытый — они выглядят одинаково. А вот горизонтальная лепнина и плинтус в вертикальных линзах остаются четкими, что усиливает эффект невидимости.
Действительно, лепнина и плинтус, которые видны через «плащ-невидимку», на деле прижатые в центре к друг другу изображения левой и правой частей экрана, объясняет Джозеф Чой, инженер по оптическим технологиям в Raytheon. Крамер это хорошо показывает на гифке ниже, где он светит лазером через лентикулярный растр.
Свет, проходя через него, рассеивается и создает две полоски по бокам от непрозрачного объекта. И, двигая лазер, можно добиться такого эффекта, что обе полоски света соединятся на стене сзади — то есть там, куда по сути свет не может добраться из-за непрозрачного объекта.
Первая версия «плаща-невидимки» была максимально проста: огромный лентикулярный растр из вертикальных линз. Он позволял Крамеру скрываться от глаз на однородном фоне без вертикальных предметов, но все-таки маскировка была размытой и слегка искаженной.
Вторая версия была уже куда лучше: Крамер добавил еще один кусок лентикулярного растра за первым. Это позволило создать гораздо более четкое изображение, особенно если скрывающийся человек находится на расстоянии около 8 метров от наблюдателя. Всего он создал более десятка версий, и в последней на данный момент, 13-ой, «плащ» представляет собой два листа лентикулярного растра, слегка сдвинутых друг от друга. Но общая суть остается та же: вы не становитесь невидимым, просто фоновые изображения по обе стороны экрана, слева и справа от человека за ним, сжимаются и размываются посередине, тем самым скрывая его.
Будучи аспирантом, Чой из Raytheon работал в команде, которая разработала «Рочестерский плащ» (гифка ниже) — устройство, которое направляет свет вокруг объекта с помощью четырех маленьких линз и источника света.
Оно вполне успешно работает со всеми длинами волн видимого света (это видно на гифке ниже), но только на очень маленькой площади. К тому же линзы для каждого объекта приходилось смещать — в общем, до практического применения этой технологии было далековато.
Чой утверждает, что Quantum Stealth на самом деле не является «плащом-невидимкой» в чисто научном смысле. «Когда мы говорим про невидимость, это означает, что вы посылаете свет через среду с предметом, и он получается именно таким, как если бы этого предмета не было», — говорит он. «Это на самом деле очень трудно сделать».
«Идеальный плащ», по его словам, будет создавать такое изображение, которое можно просматривать со всех сторон, без смещений, искажений или изменений по сравнению с реальным фоном. По мнению Чоя, Quantum Stealth больше похож на умный фильтр для Photoshop в режиме реального времени — тот, который размывает объекты. «По сути, это стирает вас. Вы не исчезаете полностью — вы размываетесь», — говорит он.
«Не будет идеального плаща-невидимки в том смысле, что он не будет работать всегда, во всех местах, на всех длинах волн», — добавляет Чой. «Но если вы сможете заставить его скрыть вас хотя бы от видимого света, то он уже станет практичным».
Основная цель изобретения Крамера — это военный камуфляж. Он считает, что в полевых условиях Quantum Stealth может эффективно замаскировать цель и, в некоторой степени, ее движение. И, по его словам, если такой «плащ» и не сможет что-то скрыть, то он, по крайней мере, исказит изображение, чтобы цель перестала идентифицироваться.
Ключ к потенциальному успеху новой технологии лежит в простоте дизайна. Quantum Stealth не требует источника питания, он легкий, тонкий и простой в использовании. «Вы просто вручаете его солдату и говорите держать его перед собой, и это все, что им нужно знать», — говорит Крамер.
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.
yandex.ru/iguides.ru
iGuides в Telegram — t.me/igmedia
Источник:
A new take on creating an invisibility shield borrows from classical physics
Рекомендации
Карты Google перестали обновляться в России
Wildberries сделал все возвраты платными
Центробанк прямо сказал россиянам, что делать с долларами и евро
USB-C должен был упростить нашу жизнь, но в итоге он только все запутал
Рекомендации
Карты Google перестали обновляться в России
Wildberries сделал все возвраты платными
Центробанк прямо сказал россиянам, что делать с долларами и евро
USB-C должен был упростить нашу жизнь, но в итоге он только все запутал
Читайте также
realme
Производители Android-смартфонов перестанут позориться
Twitter
Android
У Apple TV пропадает половина памяти из-за нового бага
Apple TV
Проблемы
Прозрачный намек на открытие века
Наука
8635
Поделиться
Представьте себе тончайшую, абсолютно прозрачную ткань в тысячу раз (!) тоньше волоса. Ее может вмиг разрушить сильный поток воздуха, легкое прикосновение. Это и есть новый плащ-невидимка, или, точнее, «плащ-мираж», созданный доктором Али Алиевым из Далласского университета (штат Техас). Али — крымский татарин по происхождению, выходец из СССР, гордость советской школы и позиционирует себя как специалист в области низкоразмерных структур.
Корреспондент «МК» связался с ученым, чтобы из первых уст узнать, для чего в первую очередь предназначается разработка, можно ли из этой чудо-ткани сшить настоящий плащ-невидимку, каким пользовался Гарри Поттер, как хранить новый «предмет гардероба», чтобы он ненароком не испарился.
Али Алиев с моделью искусственного опала.
Для начала небольшая прелюдия. Незадолго до открытия Алиева по миру прокатилась информация о создании «плаща-невидимки» британцами Джоном Пендри и Дэвидом Смитом. Опираясь на теоретическую работу российского ученого Виктора Веселаго, они создали особый материал, позволяющий делать вещество невидимым. Подобно реке, огибающей камень, да так, что все предметы, находящиеся за ним, будут видны, словно между ними и наблюдателем ничего нет.
Однако если «плащ» Пендри сделан из тончайших металлических пластин, на которые напылен тонкий определенный рисунок, то «плащ» Алиева сконструирован совсем по другому принципу и в перспективе сможет скрыть обычный предмет в реальном масштабе времени.
— Скажите, Али, чем ваш материал отличается от материала англичан?
— Наш материал создан из огромного количества углеродных нанотрубок. И это не имеет ничего общего с плащом Пендри. Наша тончайшая материя обладает высокой теплопроводностью, такой, что, создавая быстрый перепад температуры воздуха вокруг себя, ткань вызывает эффект миража. В результате для наблюдателя не виден объект за углеродной «тканью» — и глаз видит мнимое изображение, мираж. Эта работа в прошлом году была номинирована журналом Time Magazine как одно из лучших изобретений года.
— Вам уже удалось в эксперименте показать, как материал скрывает конкретную надпись, расположенную за пленкой. Значит ли это, что вы обошли своих предшественников?
— Наш фототермический метод проще, более эффективен, но это не совсем то, что люди привыкли понимать под «невидимкой».
— Расскажите о технологии создания своего «плаща».
— Сначала надо пояснить читателям, что такое углеродные нанотрубки.
Это тончайшие, невидимые человеческим глазом трубки из атомов углерода. Образно говоря, если взять полоску графита из одного слоя атомов углерода и свернуть в трубку, то вы получите углеродную нанотрубку диаметром в 1 нанометр.
Мираж-эффект из многостенных углеродных нанотрубок мгновенно скрывает надпись «Invisibility cloaking», расположенную позади стеклянной чаши, при приложении тока под водой.
Теперь представьте себе тончайшую паутину, «сотканную» из подобных нанотрубок, каждая длиной в полмиллиметра. Все нанотрубки в ткани выстроены в одном направлении и слегка перекрывают друг друга по длине.
— Каким образом вы «ткете» эту ткань?
— Почти так же, как тянут шерстяную или хлопковую нитку из пряжи. Но вместо пряжи мы используем «лес» из углеродных нанотрубок высотой в полмиллиметра (он выращивается методом вакуумного химического осаждения). Затем, зацепив прядь нанотрубок, мы начинаем тянуть тончайшее, едва видимое полотно. Каждая нанотрубка цепляет следующую, та тянет за собой другую. В результате все трубки выстраиваются в направлении вытягивания. Ширина полотна зависит от того, как широко мы захватим первый ряд нанотрубок. Пока нам удалось достичь ширины в 5 сантиметров со скоростью вытягивания до 2 метров в секунду.
— Ваш «плащ-мираж» можно увидеть невооруженным глазом?
— Наша «прозрачная пленка с уникальными физическими свойствами» (именно так написано в патенте) прозрачна на 95%, как стекло. За счет того, что она чрезвычайно тонка, ее можно разглядеть с большим трудом. При этом полотно получилось в сто раз прочнее стали (если взять ту же толщину), оно обладает хорошей электропроводностью, как многие металлы. Если нагреть такую пленку электричеством, то она мгновенно, в доли миллисекунды, может достичь температуры 2000 градусов (к примеру, в инертном газе). Если отключить электричество, пленка так же мгновенно остынет. То есть она обладает весьма малой тепловой инерцией.
«Плащ-мираж», между двумя электродами.
— Что дает нагревание?
— Тот самый эффект миража. Он хорошо знаком многим из нас по мнимым лужам воды на горячем асфальте при слегка скользящем угле наблюдения. В горячем слое воздуха свет распространяется немного быстрее, чем в рядом лежащих слоях холодного воздуха. Таким образом, созданный перепад температуры на тончайшей поверхности создает и резкий перепад коэффициента преломления, очень эффективно отклоняя лучи света в сторону от полотна. Но на асфальте температура не превышает 60 градусов даже в жаркие дни. К тому же эффект неуправляем. У нашей пленки температура на воздухе может достигать 600 градусов за доли миллисекунд.
— Предположим, что вы создали полноразмерный «плащ-мираж». Что в таком случае увидит сторонний наблюдатель, когда свет от этой накидки отклонится?
— Как вы уже поняли, эффект сокрытия предметов или самого человека может произойти только после нагревания нашей прозрачной ткани при помощи подведенного электрического тока.
Предметы, находящиеся под прозрачным полотном, при наблюдении под определенным углом становятся невидимыми при включении электрического тока. Свет отклоняется в сторону от пленки. Следовательно, можно с уверенностью говорить о том, что мы изобрели способ скрывать объекты или по крайней мере изменять их внешние контуры. Вместо человека наблюдатель увидит объекты, находящиеся вокруг него в зеркальном отражении. Это будет выглядеть так, как будто бы вы набросили на себя зеркально отражающую простынь. Но углом отражения можно управлять, изменяя температуру накидки. Вспомните фильм «Хищник-1». В лесу на деревьях противник Арнольда Шварценеггера выглядел как капля воды, зеркально отражающая окружающие зеленые ветви. Такой же эффект будет и с нашим «плащом».
Углеродная нанотрубка.
— Как я поняла, пока вы создали небольшой образец чудо-ткани тоньше паутины. Расскажите, как она сохраняется, каким образом вы ею манипулируете?
— Полотно из углеродных нанотрубок присоединяется к металлическим электродам в натянутом состоянии.
Оно может храниться в таком виде сколько угодно долго. Ее также можно наложить на гибкую ткань, к примеру, целлюлозную сетку, и затем подвести медные электроды.
И все же пока наш материал не совершенная «невидимка». В идеальной «невидимке» объект должен исчезать под любым углом зрения так, чтобы предметы позади объекта стали видимыми, а от объекта не осталось даже легкой тени.
— А есть ли надежда на то, что когда-нибудь вы, физики, создадите накидку-совершенство?
— Был один материал в моих опытах, который переставал рассеивать лучи. Это были пластины искусственного опала. Объект становился абсолютно прозрачным, как окружающий воздух, и полностью становился невидимым. Но это все происходило, когда я опускал его в жидкий хлороформ. Я демонстрировал такое явление три года назад для ВВС США. Пластина белого цвета практически полностью исчезла в жидком хлороформе из-за полного совпадения коэффициентов преломления наноразмерных шариков опала и хлороформа. Чтобы достичь такого эффекта в обычной воздушной среде, надо еще очень много работать.
— Для чего может пригодиться изобретенная вами ткань из углеродных нанотрубок?
— На основе нашего «плаща» мы сможем создать системы отклонения электромагнитных волн — дефлекторы. Мы сможем более эффективно модулировать оптическое излучение в системах оптической передачи информации.
Кроме того, мы сможем создать большие цветные лазерные проекторы. Представьте себе три лазерных луча разных цветов, которые можно отклонять так же, как электронный луч в телевизорах с электроннолучевой трубкой, и рисовать цветные изображения на удаленных экранах. Одним словом, это будет лазерный проектор, в котором лучи отклоняются пленкой из углеродных нанотрубок. Размер такого проектора может быть со спичечную коробку. Такие проекторы очень скоро заменят существующие проекторы на галогеновых лампах.
Плащ-мираж.
Наше изобретение особенно заинтересовало военно-морские силы для термоакустических преобразователей звука. Углеродные нанотрубки при нагревании разогревают тонкий слой окружающего воздуха. Воздух, при нагревании расширяясь, создает волны давления, которые мы и называем звуком.
— Ну а если все-таки пофантазировать и представить, что было бы, если бы мы испытали «плащ-мираж» на себе?
— Для практического применения такой пленки нужно еще многое доработать. Надо иметь в виду, что пленка настолько тонкая и уязвимая, что любое прикосновение или сильные потоки воздуха могут разрушить ее. Сейчас мы работаем над вопросами защиты пленки, к примеру путем ламинирования. Чтобы скрыть человека в полный рост, нужна накидка в виде купола диаметром в 4–5 метров. При этом учтите высокую температуру пленки. Мы пока не придумали, как можно было бы обезопасить человека, одетого в такой плащ.
Подписаться
Авторы:
org/Person»>Наталья Веденеева
Что еще почитать
Что почитать:Ещё материалы
В регионах
Уже 15 погибших: число жертв в развлекательном центре «Полигон» продолжает расти
Фото
25858
Кострома
Виновником пожара в костромском «Полигоне» оказался военнослужащий из Екатеринбурга?
19898
Кострома
Проехала 3000 км: псковичка пытается вернуть домой мобилизованного мужа с правом на отсрочку
Фото
13296
Псков
Светлана Пикалёва
Названы пять причин, по которым в Калининградской области падают цены на вторичку
7468
Калининград
Белобородько Мария
Ешьте и живите дольше: продлевающий жизнь продукт раскрыли врачи
Фото
7188
Псков
В Костроме задержан человек устроивший пожар в ночном клубе «Полигон»
5301
Кострома
В регионах:Ещё материалы
Quantum Stealth может воплотить вашу мечту о способности невидимости
Что бы вы сделали, если бы у вас была сила невидимости?
Знаете ли вы, как Сью Сторм из «Фантастической четверки» могла искривлять световые волны, чтобы сделать себя и другие объекты невидимыми? Теперь это вполне реально, и хорошая новость заключается в том, что вам не нужно подвергаться воздействию космической бури, чтобы получить такую способность.
HyperStealth Biotechnology утверждает, что они знают, как это сделать.
Доктор Сьюзен «Сью» Сторм Ричардс. © 1941-2021 Marvel Characters, Inc. ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ
Широко распространенная практика использования камуфляжной формы в армии США началась в 1940-х годах, когда генерал Дуглас Макартур заказал 150 000 униформ для джунглей для войск, дислоцированных в южной части Тихого океана. Они называли это лягушачьей кожей. Были созданы и другие узоры в зависимости от местности, куда направлялись войска — снежные горы, растительность, джунгли, даже посреди бескрайних песков пустыни. Как следует из названия, концепция состоит в том, чтобы скрыть присутствие, позицию и намерение обмануть противника. Тактика, которую мы используем с тех пор и по сей день.
Теперь входит в HyperStealth Biotechnology Corp., «ведущего поставщика камуфляжных рисунков для вооруженных сил по всему миру с более чем 14 000 дизайнов узоров», и занимается этим с 1999 года. Они улучшили свою игру, разработав «материал, который делает цель полностью невидимой».
изгибая световые волны вокруг цели», и они назвали это квантовой скрытностью. Что еще более примечательно в этом тонком листе камуфляжного материала, так это то, что он не просто делает людей, транспортные средства или даже здания визуально скрытыми. Он также может скрывать инфракрасные и тепловые сигнатуры, а также тени. Разве это не сногсшибательно?
Квантовая скрытность. Фото с сайта Phys.org
Как это работает: материал под названием «Плащ-невидимка» изгибает световые волны вокруг объектов (как у Сью Сторм). на заднем плане скрывался батальон пехоты.
Большим мозгом, стоящим за этой концепцией, был Гай Крамер, внук Дональда Хингса (изобретателя рации) и генеральный директор HyperStealth Biotechnology. На данный момент Плащ-невидимка все еще находится на стадии прототипа, и он делится только макетами Плаща-невидимки из соображений безопасности. Однако, согласно их веб-сайту, все это стало возможным благодаря материалу с отрицательным показателем преломления. Если вы хотите удивиться, вы можете посмотреть его здесь.
На данный момент Hyperstealth имеет 73 заявки, одобренных Всемирным ведомством интеллектуальной собственности (ВОИС) для патентной заявки Quantum Stealth (Light Bending — Invisibility Material).
«Отсутствует источник питания. Он тонкий, как бумага, и недорогой. Он может скрывать человека, транспортное средство, корабль, космический корабль и здания. В патенте рассматриваются 13 вариантов материала, и патент допускает гораздо больше конфигураций. Одна часть Quantum Stealth может работать в любой среде, в любое время года, в любое время дня и ночи, на что не способен никакой другой камуфляж». Он также способен скрывать инфракрасную сигнатуру того, что находится за ним, что сбивает целеуказательную оптику в ракетах, использующих тепло для наведения на объект.
Несмотря на то, что плащ-невидимка звучит как воплощение мечты, некоторые улучшения все же необходимы. Например, пользователь или объект, которые нужно скрыть, должны находиться на определенном расстоянии от листа, чтобы скрыть того, кого или что нужно эффективно скрыть.
Кроме того, возвращаясь к концепции камуфляжной экипировки, плащ «еще не будет одеждой из-за требуемой дистанции. Я бы дал этому 80-процентную вероятность в какой-то момент в будущем», — сказал Гай.
Интересно узнать, можно ли использовать такие технологии на поле боя и какие преимущества они могут дать военным. Эта технология может быть использована для сокрытия военной техники, лагерей, ангаров для самолетов, танков не только от глаз разведчиков и шпионов, но и от беспилотников и спутников в космосе.
Создание невидимости с помощью сверхпроводящих материалов
Диаграмма гц-компоненты при размещении точечного источника при r = R1 (а) в вакууме и (б) концентратор невидимости α-MoO 3 и r = R2 в вакууме (в) и (г) α-MoO 3 концентратор невидимости соответственно. Кредит: Нанофотоника , Де Грюйтер
Устройства-невидимки скоро перестанут быть предметом научной фантастики. Новое исследование, опубликованное в журнале De Gruyter Nanophotonics ведущих авторов Хуаньян Чена из Сямэньского университета, Китай, и Цяолян Бао предлагает использовать материал Триоксид молибдена (α-MoO 3 ) для замены дорогих и сложных в производстве метаматериалов в новых технологиях новых оптических устройств.
.
Идея плаща-невидимки может показаться больше похожей на магию, чем на науку, но в настоящее время исследователи усердно работают над созданием устройств, которые могут рассеивать и преломлять свет таким образом, чтобы он создавал эффект невидимости.
До сих пор эти устройства основывались на метаматериалах — материале, специально разработанном для того, чтобы обладать новыми свойствами, отсутствующими в встречающихся в природе веществах или в отдельных частицах этого материала, — но исследование Чена и его соавторов предполагает использование α-MoO 3 для создания этих невидимых устройств.
Обладая некоторыми уникальными свойствами, этот материал может стать отличной платформой для управления потоком энергии. Результаты моделирования группы показали, что в цилиндрическом или свернутом виде α-MoO 3 материалы заменяют метаматериалы, упрощенный концентратор невидимости может получить эффекты электромагнитной невидимости и концентрации энергии, которые были бы продемонстрированы устройством почти идеальной невидимости.
В результате исследование показывает, что гиперболические материалы, такие как α-MoO 3 и пятиокись ванадия (V 2 O 5 ), могут служить новой основой для трансформационной оптики, открывая возможности фотонных устройств за пределами концентраторы невидимости, в том числе улучшенные системы инфракрасного изображения и обнаружения.
Трансформационная оптика была горячей темой в физике в последние десятилетия благодаря открытию того, что путь, который свет проходит через сплошную среду, может быть таким же, как его распространение через искривленное пространство, подвергшееся преобразованию координат.
Следствием этого является то, что поведением света, проходящего через материал, можно управлять, что привело к созданию множества новых оптических устройств, таких как плащи-невидимки — камуфляжный материал, который может покрывать объект и преломлять свет вокруг него, заставляя его почти исчезнуть, и другие устройства для создания оптических иллюзий.