 |
| Μανδύας στην ύπαιθρο |
Ένας προσαρμόσιμος "αόρατος μανδύας" που κρύβει αντικείμενα, ακόμη και όταν αλλάζουν σχήμα παρουσιάστηκε από ερευνητές στις ΗΠΑ και τη Νότια Κορέα. Το μεταϋλικό με βάση το σχεδιασμό λειτουργεί μέσα σε ένα εύρος συχνοτήτων μικροκυμάτων και παραμένει ευαίσθητο σε μεταβολές του σχήματος του μέχρι και 8 mm.
Αυτό σηματοδοτεί μια σημαντική απόκλιση από τους παραδοσιακούς μανδύες, οι οποίοι πρέπει να επανασχεδιαστούν ώστε να αντισταθμίσουν ακόμη και μικρές αλλαγές στο σχήμα ενός αντικειμένου. Επιπλέον, η νέα συσκευή καλύπτει μεγαλύτερο σχετικό εύρος συχνοτήτων από ότι έχει επιτευχθεί με προηγούμενους μανδύες.
Οι περισσότεροι μανδύες αορατότητας θα επωφεληθούν από τις παράξενες ιδιότητες των μεταϋλικών - σύνολα από δομές που συναρμολογούνται έτσι ώστε να αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με πολύ συγκεκριμένους τρόπους. Μια χρήσιμη ιδιότητα ορισμένων μεταϋλικών είναι ένας αρνητικός δείκτης διάθλασης, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καθοδηγήσει την ακτινοβολία ομαλά γύρω από ένα αντικείμενο σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που το νερό ρέει γύρω από μια πέτρα στη μέση ενός ποταμού.Για ένα μανδύα που εργάζεται στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, τα μάτια μας θα ανιχνεύουν μόνο το φως που φαίνεται να ταξιδέψει σε μια ευθεία γραμμή από το χώρο πίσω από το κρυμμένο αντικείμενο και όχι σαν να έχει κυλίσει γύρω από αυτό. Συνεπώς το αντικείμενο θα φαίνεται αόρατο.
Η πρακτική πρόκληση είναι ο σχεδιασμός ενός μανδύα με οπτικές ιδιότητες που αλλάζουν σαν μια συνάρτηση θέσης, έτσι ώστε η συσκευή οδηγεί μια ακτίνα φωτός, ακριβώς με τον σωστό τρόπο. Για να γίνει αυτό, οι φυσικοί έχουν αναπτύξει ένα μαθηματικό εργαλείο που ονομάζεται οπτική μεταμόρφωση, το οποίο «μετατρέπει» τον χώρο με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνει ένα αντικείμενο να εξαφανίζεται με τρόπο ανάλογο προς τους μετασχηματισμούς συντεταγμένων, που συμβαίνουν λόγω της βαρύτητας στη γενική σχετικότητα. Χρησιμοποιώντας οπτική μεταμόρφωση και μετα-υλικά, οι επιστήμονες έχουν κατασκευάσει πραγματικούς μανδύες, υπό ορισμένες προϋποθέσεις - και ως επί το πλείστον στο τμήμα των μικροκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Σχεδιασμός αλλαγής σχήματος
Οι υπάρχοντες μανδύες έχουν σχεδιαστεί για να κρύψουν ένα αντικείμενο με ένα συγκεκριμένο σχήμα. Αν γίνονται αλλαγές σχήματος, τότε η συντεταγμένη μεταμόρφωση - και ως εκ τούτου οι ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες - του μανδύα πρέπει επίσης να αλλάξουν. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι να γίνει ένα "έξυπνο" μετα-υλικό που να αλλάζει τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητές του στον ακριβώς σωστό τρόπο όταν αλλάζει το σχήμα του. Αυτό είναι ακριβώς αυτό που οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Yonsei στη Σεούλ και το Πανεπιστήμιο Duke στη Βόρεια Καρολίνα έχουν κάνει.
Το ελαστικό μεταϋλικό της ομάδας παραμορφώνεται γύρω από το αντικείμενο που θα πρέπει να απομονωθεί και αλλάζει τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες του, έτσι ώστε ακόμη και αν το αντικείμενο άλλαζε ελαφρώς σχήμα, θα εξακολουθεί να είναι αόρατο. Αυτό επιβάλλει πρόσθετο περιορισμό για το μεταϋλικό - πέραν του ότι έχει τις κατάλληλες ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες, πρέπει επίσης να έχει ευνοϊκές μηχανικές ιδιότητες.
Η μοντελοποίηση σε υπολογιστή γίνεται από την ομάδα και αποκάλυψε ότι το ιδανικό υλικό θα έχει αρνητικό συντελεστή Poisson, η οποία θα σήμαινε ότι γίνεται παχύτερο αντί λεπτότερο, όταν είναι τεντωμένο. Ωστόσο, «τα υλικά αυτά είναι πολύ σπάνια», εξηγεί το μέλος της ομάδας Kyoungsik Kim. Πράγματι, οι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να δημιουργήσουν το ιδανικό μετα-υλικό με τις απαραίτητες μηχανικές και ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες.
Κομψός συμβιβασμός
Ο Kim και οι συνεργάτες του είχαν, όμως, βρείκαν ένα κομψό συμβιβασμό. Μπορούν να κατασκευάσουν ένα πλέγμα από εύκαμπτους σωλήνες από καουτσούκ σιλικόνης που γεμίζουν με αέρα. Οι σωλήνες είχαν εξωτερικές διαμέτρους από 10 mm και τοιχώματα πάχους 1 mm, και ήταν στενά τοποθετημένα σχηματίζοντας μια δομή τετραγωνικού πλέγματος. Η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτό το μετα-υλικό ήρθε πολύ κοντά στο να έχει τις επιθυμητές ιδιότητες και ήταν σε θέση να απομονώσει αντικείμενα από μικροκύματα στο εύρος συχνοτήτων 10-12 GHz. Επιπλέον, μια τέτοια δομή θα είναι φτηνή στην παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα.
Ο Ortwin Hess στο Imperial College του Λονδίνου, είναι εντυπωσιασμένος, σχολιάζοντας ότι η ευρυζωνική φύση του μανδύα και μόνο θα είναι γενικού ενδιαφέροντος. «Το γεγονός ότι κάποιος κατέχει ένα ευρυζωνικό μανδύα είναι μια πολύ αξιόλογη και καλή επίδειξη», λέει. "Πρόσφατα υπήρξαν κάποιες ανακοινώσεις, που είναι πιο ευρυζωνικές από τις αρχικές, αλλά εδώ το εύρος ζώνης [10-12 GHz] είναι αρκετά αξιοσημείωτο. Το δεύτερο αξιοσημείωτο στοιχείο είναι το γεγονός ότι η απόκρυψη επιτεύχθηκε κατά τη μετακίνηση της δομής."
Η ομάδα του Κιμ ελπίζει να προσπαθήσει να χρησιμοποιήσει τις καινοτομίες για την ανάπτυξη ενός ευέλικτου μανδύα μιας πιο ευρείας ζώνης, για οπτικές συχνότητες. Ο ίδιος όμως λέει, ότι δεν έχει καμία ψευδαίσθηση ότι αυτό θα είναι εύκολο.
Πηγή, physicsworld.com
Απόδοση, Δημήτρης Γιάκας
Οι περισσότεροι μανδύες αορατότητας θα επωφεληθούν από τις παράξενες ιδιότητες των μεταϋλικών - σύνολα από δομές που συναρμολογούνται έτσι ώστε να αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με πολύ συγκεκριμένους τρόπους. Μια χρήσιμη ιδιότητα ορισμένων μεταϋλικών είναι ένας αρνητικός δείκτης διάθλασης, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καθοδηγήσει την ακτινοβολία ομαλά γύρω από ένα αντικείμενο σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που το νερό ρέει γύρω από μια πέτρα στη μέση ενός ποταμού.Για ένα μανδύα που εργάζεται στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, τα μάτια μας θα ανιχνεύουν μόνο το φως που φαίνεται να ταξιδέψει σε μια ευθεία γραμμή από το χώρο πίσω από το κρυμμένο αντικείμενο και όχι σαν να έχει κυλίσει γύρω από αυτό. Συνεπώς το αντικείμενο θα φαίνεται αόρατο.
Η πρακτική πρόκληση είναι ο σχεδιασμός ενός μανδύα με οπτικές ιδιότητες που αλλάζουν σαν μια συνάρτηση θέσης, έτσι ώστε η συσκευή οδηγεί μια ακτίνα φωτός, ακριβώς με τον σωστό τρόπο. Για να γίνει αυτό, οι φυσικοί έχουν αναπτύξει ένα μαθηματικό εργαλείο που ονομάζεται οπτική μεταμόρφωση, το οποίο «μετατρέπει» τον χώρο με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνει ένα αντικείμενο να εξαφανίζεται με τρόπο ανάλογο προς τους μετασχηματισμούς συντεταγμένων, που συμβαίνουν λόγω της βαρύτητας στη γενική σχετικότητα. Χρησιμοποιώντας οπτική μεταμόρφωση και μετα-υλικά, οι επιστήμονες έχουν κατασκευάσει πραγματικούς μανδύες, υπό ορισμένες προϋποθέσεις - και ως επί το πλείστον στο τμήμα των μικροκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Σχεδιασμός αλλαγής σχήματος
Οι υπάρχοντες μανδύες έχουν σχεδιαστεί για να κρύψουν ένα αντικείμενο με ένα συγκεκριμένο σχήμα. Αν γίνονται αλλαγές σχήματος, τότε η συντεταγμένη μεταμόρφωση - και ως εκ τούτου οι ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες - του μανδύα πρέπει επίσης να αλλάξουν. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι να γίνει ένα "έξυπνο" μετα-υλικό που να αλλάζει τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητές του στον ακριβώς σωστό τρόπο όταν αλλάζει το σχήμα του. Αυτό είναι ακριβώς αυτό που οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Yonsei στη Σεούλ και το Πανεπιστήμιο Duke στη Βόρεια Καρολίνα έχουν κάνει.
Το ελαστικό μεταϋλικό της ομάδας παραμορφώνεται γύρω από το αντικείμενο που θα πρέπει να απομονωθεί και αλλάζει τις ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες του, έτσι ώστε ακόμη και αν το αντικείμενο άλλαζε ελαφρώς σχήμα, θα εξακολουθεί να είναι αόρατο. Αυτό επιβάλλει πρόσθετο περιορισμό για το μεταϋλικό - πέραν του ότι έχει τις κατάλληλες ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες, πρέπει επίσης να έχει ευνοϊκές μηχανικές ιδιότητες.
Η μοντελοποίηση σε υπολογιστή γίνεται από την ομάδα και αποκάλυψε ότι το ιδανικό υλικό θα έχει αρνητικό συντελεστή Poisson, η οποία θα σήμαινε ότι γίνεται παχύτερο αντί λεπτότερο, όταν είναι τεντωμένο. Ωστόσο, «τα υλικά αυτά είναι πολύ σπάνια», εξηγεί το μέλος της ομάδας Kyoungsik Kim. Πράγματι, οι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να δημιουργήσουν το ιδανικό μετα-υλικό με τις απαραίτητες μηχανικές και ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες.
Κομψός συμβιβασμός
Ο Kim και οι συνεργάτες του είχαν, όμως, βρείκαν ένα κομψό συμβιβασμό. Μπορούν να κατασκευάσουν ένα πλέγμα από εύκαμπτους σωλήνες από καουτσούκ σιλικόνης που γεμίζουν με αέρα. Οι σωλήνες είχαν εξωτερικές διαμέτρους από 10 mm και τοιχώματα πάχους 1 mm, και ήταν στενά τοποθετημένα σχηματίζοντας μια δομή τετραγωνικού πλέγματος. Η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτό το μετα-υλικό ήρθε πολύ κοντά στο να έχει τις επιθυμητές ιδιότητες και ήταν σε θέση να απομονώσει αντικείμενα από μικροκύματα στο εύρος συχνοτήτων 10-12 GHz. Επιπλέον, μια τέτοια δομή θα είναι φτηνή στην παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα.
Ο Ortwin Hess στο Imperial College του Λονδίνου, είναι εντυπωσιασμένος, σχολιάζοντας ότι η ευρυζωνική φύση του μανδύα και μόνο θα είναι γενικού ενδιαφέροντος. «Το γεγονός ότι κάποιος κατέχει ένα ευρυζωνικό μανδύα είναι μια πολύ αξιόλογη και καλή επίδειξη», λέει. "Πρόσφατα υπήρξαν κάποιες ανακοινώσεις, που είναι πιο ευρυζωνικές από τις αρχικές, αλλά εδώ το εύρος ζώνης [10-12 GHz] είναι αρκετά αξιοσημείωτο. Το δεύτερο αξιοσημείωτο στοιχείο είναι το γεγονός ότι η απόκρυψη επιτεύχθηκε κατά τη μετακίνηση της δομής."
Η ομάδα του Κιμ ελπίζει να προσπαθήσει να χρησιμοποιήσει τις καινοτομίες για την ανάπτυξη ενός ευέλικτου μανδύα μιας πιο ευρείας ζώνης, για οπτικές συχνότητες. Ο ίδιος όμως λέει, ότι δεν έχει καμία ψευδαίσθηση ότι αυτό θα είναι εύκολο.
Πηγή, physicsworld.com
Απόδοση, Δημήτρης Γιάκας
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου