211service.com
Maskování průlom
Od doby, kdy H. G. Wells publikoval Neviditelný muž před více než stoletím byla vyhlídka na neviditelnost – neboli maskování – hlavním pilířem sci-fi. Nyní však fyzici tvrdí, že konečně přišli na to, jak učinit předměty neviditelnými, a co víc, od uvedení této teorie do praxe je dělí jen měsíce.
Modrý maskovací metamateriál je schopen ohýbat světlo kolem objektu (oranžový kruh), čímž zajišťuje, že nevrhá žádný stín nebo odraz. (Poděkování: D. Schurig, Duke University.)
Trik spočívá v nalezení způsobu, jak vést světlo a další typy elektromagnetického záření kolem objektu tak, aby nevrhalo žádný stín a nevytvářelo žádný odraz. Normálně by tento druh manipulace byl náročný, říká John Pendry z Imperial College London, Anglie. Ale dodává, nedávný vývoj nové třídy materiálů zvaných metamateriály to dělá dráždivě proveditelným.
Metamateriály jsou technické materiály, jejichž vlastnosti jsou určeny spíše jejich fyzikální strukturou než jejich chemií, říká Pendry. Mezi takové vlastnosti patří schopnost ohýbat světlo, říká.
Nyní pracujte s David Smith a David Schurig z Duke University, Pendry formulovali způsob, jak navrhnout metamateriály, které mohou ohýbat světlo kolem objektu bez ohledu na to, odkud světlo přichází. Můžete jej použít na jakýkoli tvar, říká Smith. To znamená, že teoreticky by mohlo být zamaskováno cokoli, říká.
V návaznosti na Pendryho práci, která je popsána v aktuálním vydání Věda Smith a Schurig vyvíjejí zařízení pro ověření principu s financováním z výzkumného oddělení Ministerstva obrany USA, Agentury pro pokročilé výzkumné projekty obrany. Je fér říci, že letos bude ukázka základní fyziky maskování, říká Schurig.
Maskovací efekt závisí na indexu lomu materiálu nebo jeho schopnosti ovlivnit směr světla, které jím prochází. Světlo má tendenci preferovat nejrychlejší cestu mezi dvěma body, což je obvykle přímka. U metamateriálů však může být nejrychlejší cesta ta, která se ohýbá kolem objektu.
Ale ohybové světlo je jen jedním z požadavků na maskování. Musíte vrátit světlo na stejnou cestu, kterou sledovalo, než narazilo na plášť; jinak vrhá stín, říká Pendry. Podobně, když světlo vstupuje do pláště, nesmí se odrážet. Jedním ze způsobů, jak o tom přemýšlet, je, že tento materiál působí jako prostor, říká Smith, v tom, že prostor může ohýbat světlo a také nemá žádný odraz.
Je to průlom, říká George Eleftheriades , odborník na metamateriály na University of Toronto. Říká však, že existuje omezení: nebude to fungovat pro každou frekvenci.
Současné materiály jsou skutečně schopny přesměrovat pouze mikrovlny, což znamená, že maskovací zařízení, které Smith a Schurig vyvíjejí, bude fungovat pouze proti radaru nebo jiným mikrovlnným zářičům. I když se to pravděpodobně ukáže jako užitečné pro budoucí stealth letadla, stále nás dělí nejméně deset let od maskování objektů před viditelným světlem.
Důvodem je to, že pro vytvoření maskovacího efektu musí být substruktury metamateriálů menší než vlnová délka přesměrovaného světla. To je v současné době možné pro mikrovlny, které mají vlnovou délku asi tři centimetry. Ale přesměrování viditelného světla, které má vlnovou délku kolem půl mikrometru nebo půl miliontiny metru, by vyžadovalo metamateriály se strukturami navrženými na molekulární úrovni. Rádi bychom to udělali v molekulárním měřítku, ale nanoinženýrství na to ještě není, říká Pendry. Nedávný vývoj v nano metamateriálech by však mohl proces vývoje urychlit.
Proto se nyní prototypový plášť skládá z polí milimetrových měděných tyčí a prstenců ve tvaru C zapuštěných do kompozitní vláknité desky, podobně jako na deskách s plošnými spoji, na kterých jsou běžně umístěny počítačové čipy. Tyčinky i C-kroužky jsou schopny pasivně vytvářet elektromagnetická pole, když jsou vystaveny mikrovlnnému záření. Při správné orientaci mohou tyto komponenty určit cestu, kterou bude záření sledovat.
Existuje také další aplikace pro maskování, říká Schurig: lze ji použít jako druh štítu. Někdy chcete chránit nebo izolovat věci od elektromagnetického spektra, říká. Například maskování by mohlo být použito na vesmírných sondách k ochraně citlivých zařízení před kosmickým zářením.
Má to ale háček. Zatímco jakýkoli maskovaný objekt by byl neviditelný, byl by také slepý v maskovaném frekvenčním rozsahu, protože jakékoli světlo namířené směrem k němu by bylo přesměrováno kolem něj. V případě letadla zamaskovaného radarem by to neměl být zásadní problém, říká Schurig. Pilot by nebyl schopen používat radar, ale stále mohla navigovat vizuálně.