Плащ невидимка миф или реальность исследовательская работа. Плащ-невидимка становится реальностью

В Сети появилось удивительное видео, на котором китайский изобретатель демонстрирует свое творение - плащ-невидимка. Ранее мы рассказывали, почему мусульманам и иудеям , передает сайт.

Плащ-невидимка вызвал бурные споры в соцсетях

Квантовый плащ создан из прозрачного материала, способного отражать свет.

Ролик посмотрели более 20 миллионов человек, несколько тысяч из которых оставили свои различные комментарии. В то время как одни шокированы таким изобретением, другие уверены, что все это благодаря спецэффектам.

Так, сотрудник компании Quantum Video уверен, что плащ-невидимка не существует, а для съемок этого видео использовалась обычная зеленая ткань, которую с помощью определенной программы отредактировали. Подобным зачастую пользуются во время съемок боевиков и фантастики.

Однако замначальника Департамента уголовного розыска Чэнь Шикью рад такому изобретению, отмечая, что плащ-невидимка поможет армии, так как солдата в нем не только не будет видеть противник днем, но и в прибор ночного видения. Единственное что волнует чиновника - что будет, если изобретение попадет в руки врагов.

Журналист ДжоИнфоМедиа Анна Аш напоминает, ранее мы рассказывали, об известных семействах, над которыми . Какие проклятия довлели над сильными мира сего? Кто проклял Романовых, Кеннеди — и многих других? В каком возрасте и от чего они умирали?

Ученые нескольких стран близки к созданию такого материала, который делает человека или любой иной объект незаметным для окружающих. Однако в нынешних условиях мало создать визуальную обманку для человеческого глаза. Настоящий плащ-невидимка должен маскировать объект по десяткам различных параметров. И ученые-изобретатели работают над этим.

В свое время японцы пытались решить задачу создания плаща-невидимки, что называется, в лоб. Они создали специальный плащ, на одной стороне которого располагались сотни мини-видеокамер, а на другой — сотни маленьких экранов. В активированном состоянии камеры снимают пространство за спиной скрываемого объекта и передают картинку на экраны впереди него. В итоге, покрытый таким плащом объект как бы закрывают телевизионной картинкой пустоты. Однако этот путь является тупиковым. Да и сама идея плаща-невидимки подменялась идеей телевизионной иллюзии.

Параллельно ученые ряда стран занимаются поиском и созданием материалов с особыми свойствами, которые должны работать со светом и учитывать его природу. Ученые из Сингапура представили свою версию невидимых технологий. На конференции TED в Лос-Анджелесе они показали прозрачный куб. Кристаллы оптического кальцита позволяют преломлять лучи таким образом, что находящийся за кубом объект становится незаметным. Сингапурцы, впрочем, уверены, что кальцит скорее будут использовать для для улучшения качества передачи по оптоволокну, а также при создании новых цифровых фотокамер.

Волновая природа света подтолкнула ученых к идее создать такой материал, который эти волны будут вынуждены обтекать. Он позволяет волнам визуально скрывать объекты, создавая эффект невидимости. При этом лучи должны сходиться вновь за объектом, сохраняя свое первоначальное направление. Для этого необходимо использовать метаматериалы с необычными свойствами. Первые подобные материалы появились в 2006 году. Ученые из университета Техаса заявляют о том, что им удалось создать одну из версий подобного материала, которому они дали название "метаэкран". Этот сверхтонкий и гибкий материал создан из нитей медной и поликарбонатной пленки.

При этом в Техасе применили иной подход. Волны не обтекают материал, ультратонкая пленка рассеивает и нейтрализует ультракороткие волны: сам материал оказывается тоньше длины волны. Пока такая накидка делает невидимым относительно небольшие объекты. В ходе опытов ученые скрывали керамический цилиндр высотой 18 сантиметров, который оборачивали "метаэкраном". Невидимым объект становился при просмотре его через микроволновый сканер. Именно микроволновое электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм (частота 300 ГГц) до 1 м (300 МГц) используется в большинстве радаров.

Тем не менее, развивая модель техасские ученые смогут закрыть объект от видимого излучения, которое аналогично микроволнам и инфракрасным волнам. Скорее всего именно этот подход станет магистральным в деле создания современных маскировочных материалов. В Массачусетском технологически университете работают над аналогичным материалом, который воздействует на электромагнитное поле. Пока создана только компьютерная модель специальных наночастиц.

Предполагается, что созданный из них материал не будет заставлять частицы обтекать его, а просто пропустит электроны сквозь себя, как будто препятствия не существует вовсе. И в этом случае "невидимость" является скорее дополнительным свойством. С этой технологией предполагается улучшать материалы, используемые в термоэлектрических устройствах, соединив в них качества высокой электропроводностью с низкой теплопроводностью.

Также эти наработки можно будет использовать для создания переключателей в электронных средах. И кстати, невидимость объекта для невооруженного человеческого глаза в современных условиях сама по себе мало чего стоит. Объект может быть засвечен волнами другого типа, вычислен по излучению мобильного телефона и т. д. Работающих технических устройств различного типа разработано достаточно.

Поэтому актуальным становится создание материала, который способен маскировать носителя по десяткам, если не сотням параметров. Нечто подобное, но пока на основе собственных скромных возможностей создает дизайнер Адам Харви из Нью-Йорка. Он пытается использовать поднимающееся в Штатах беспокойство по поводу применения беспилотников для тотальной слежки за людьми. В прошлом году в ходе разбирательств по иску от Фонда электронных рубежей (EFF) правительство США признало наличие на территории страны уже 64 работающих баз беспилотников.

Возможность по своему желанию становиться невидимым столетиями входила в первую тройку величайших человеческих желаний наряду с полетами и способностью видеть то, что далеко. Сегодня это больше не сюжеты из сказки: у нас уже есть самолеты, орбитальные станции, телевидение и интернет. Созданием реального плаща-невидимки учёные занялись лишь четверть века назад, однако за столь короткий промежуток времени они успели найти сразу несколько технических решений этой задачи.

Для того чтобы понять, что такое «невидимость», необходимо сперва разобраться, что такое «видимость». В вакууме или в прозрачной среде лучи света распространяются прямолинейно. Однако, если луч встречает преграду, он трансформируется - отражается, преломляется, поглощается. Попав в человеческий глаз, такой видоизмененный луч и позволяет нам «видеть». Сказанное справедливо для непрозрачных предметов, но зато проходя через тонкое стекло, луч света почти не претерпевает изменений и потому преграда практически невидима.

Представьте себе тонкую струю воды, падающую вертикально вниз. Подставим под струю мячик от настольного тенниса. Вода, попав на шарик, стечёт по его поверхности, а снизу опять превратится такую же тонкую струю. И глядя на неё, можно подумать, что струя не встречала никакой преграды. Значит, для создания плаща-невидимки необходимо сделать так, чтобы любой луч, упавший на человеческое тело, не трансформировался, а продолжал свой путь в том же направлении, с той же яркостью и спектральной частотой, будто бы он прошёл через тонкое стекло. Какие же технологии позволяют превратить теорию в практику?

Метаматериал Quantum Stealth

Плащ-невидимка не должен изменять свойства предмета - он просто направляет лучи света в обход и заставляет стороннего наблюдателя видеть только то, что находится позади. Сегодня субстанции с такими свойствами уже есть: это метаматериалы с отрицательным углом преломления, который заставляет лучи света огибать объект и делает его невидимым глазу, приборам ночного видения и тепловизорам, а также скрывает тень.

Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счёт их расположения. Учёный исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды - поглощаться или проходить сквозь неё.

В 2006 году профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили использовать диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного. К исследованию подключились физики из Бирмингема, и вскоре им удалось создать материал с кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Проделав в кристаллах отверстия нанометрового диаметра, учёные получили гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне.

Уникальный материал под названием Quantum Stealth работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков из компании Hyperstealth, стоит недорого. Тем не менее, купить уникальную ткань пока нельзя, ведь изначально она была предназначена для канадской, американской и британской армии. Военные и представители групп быстрого реагирования начали тестировать Quantum Stealth в 2012 году. В апреле 2014 года Hyperstealth объявила о запуске коммерческого варианта своего плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, который должен появиться в продаже уже в этом году.

Гардероб из кальмаров

Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила учёным из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Впрочем, он не сделает их в буквальном смысле невидимыми, по позволит гениально маскироваться на фоне окружающей местности, буквально растворяясь в пейзаже.

Специалисты использовали белок из кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii) под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Они обнаружили, что в тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Сокращая и увеличивая расстояние между слоями, кальмар «отражает» свет разного диапазона и меняет цвет.

Чтобы воспроизвести эту способность, учёные поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую плёнку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Это лишь первый этап работы, но уже нет сомнений, что появление уникальной новинки – лишь вопрос времени.

Щит из радиоволн

Световые лучи и радиоволны имеют одну и ту же природу - это электромагнитные колебания. Разница заключается лишь в длине волны. У видимого света она измеряется долями миллиметра, а радиоволны могут быть в несколько километров длиной. От длины волны зависят и некоторые физические качества. Например, свет при обычных условиях может огибать только сопоставимые с длиной волны препятствия. Средние волны могут огибать человеческое тело, здания и другие объекты. А длинные волны могут обойти даже земной шар.

Однако луч света, совмещённый с радиоволной, перенимает часть её свойств и тоже начинает огибать препятствия. В истории известно много случаев столкновения самолетов с радиопередающими вышками. Как правило, причина кроется как раз в этом эффекте: при определённой длине волны детали вышки утрачивают визуальную чёткость. Лётчики жаловались на то, что антенны не были видны, или имели размытые контуры.

Чтобы добиться подобного эффекта для человека, нужно точно рассчитать длину радиоволны в зависимости от размера объекта. Опытным путём была выведена закономерность, согласно которой световые лучи свободно огибают человеческое тело, если оно само излучает поток радиоволн с частотой 1456 килогерц (+- 5%). Любой грамотный радиолюбитель может стать невидимым при помощи источника питания 1.5 В, катушки индуктивности, конденсатора и крепящихся к телу клемм.

Устройство испытывалось на многих людях с неизменным успехом, однако вскоре выяснилось, что невидимость пробуждает в людях не самые лучшие качества. Например, Стив Р. из Бостона бесплатно слетал в Европу, проникнув невидимым в самолет «Бритиш Аируэйз». Некий Марк А. вообще не придумал ничего лучшего, чем похитить портативный DVD плеер из магазина, а через неделю был арестован при попытке продать его. Невольно вспоминается супергеройская мудрость: «Большая сила – большая ответственность»…

Сказка часто становится былью. Ковры-самолеты, волшебные блюдца, в которых отражается далекая реальность, сапоги-скороходы и многие другие выдумки стали вполне обыденной реальностью. Теперь на очереди шапка-невидимка. По крайней мере, американский журнал «Наука» опубликовал статью, в которой изложены основные принципы действия практически идеального средства маскировки.

Проблемы невидимости

Проблемой оптической скрытности объектов занимаются ученые кафедры материаловедения Национальной лаборатории имени Лоуренса в университете Беркли. Руководит работами м-р Сян Чжан. Общая идея состоит в том, чтобы заставить свет огибать некий объект. Подобные разработки уже производились в прошлом, но успеха не дали по той причине, что предыдущие попытки могли отклонять лучи в узком угловом диапазоне. Полной оптической проницаемости или ее иллюзии достигнуть пока так и не удалось. Искажение картины позволяет производить локацию объекта (то есть его визуальное обнаружение). Проблему представляла и недостаточная гибкость маскирующих поверхностей. Всех этих недостатков лишен ультратонкий материал, разработанный в Беркли. «Плащ», изобретенный в Национальной лаборатории имени Лоуренса, гибок, но пока слишком дорог.

Принцип действия

Роль сказочников в наше время играют кинематографисты. В фильме «Хищник», Чужой (антагонистический персонаж) использует маскировочное устройство для того, чтобы скрытно приближаться к своим жертвам. Эффект далек от совершенства: пришельца выдают искажения света. Он не прозрачен (хотя обнаружить врага не так легко), на его месте наблюдается некое марево. Реальность превзошла самые смелые режиссерские мечтания. «Плащ», изобретенный в Национальной лаборатории имени Лоуренса, делает объект по-настоящему невидимым.

Принцип действия состоит в том, что множество микроскопических зеркал автоматически разворачиваются в направлении источника света. Примерно так же работает «столик для говорящей головы». Фокусник, окруженный снизу зеркалами, остается невидимым для зрителя за исключение возвышающейся над ними части тела. В условиях сложности рельефа и формы скрываемого объекта добиться такого эффекта очень сложно. Но все же возможно.

Технические параметры

Известно, что «плащ-невидимка» покрыт слоем фторида магния, на который нанесен узор из крошечных золотых кирпичиков-антенн толщиной в 30 нанометров. Это очень тонкая пленка, во много раз тоньше волоса. Общая толщина вместе с подложкой составляет 50 нанометров. «Кирпичики» представлены в шести различных размерах, в пределах от 30 до 220 нанометров в длину и от 90 до 175 нм в ширину. Благодаря этим микроантеннам существует возможность поворачивать зеркальные поверхности перпендикулярно направлению света и полностью его рассеивать. При этом учитывается и частота, и фаза излучения, - относительно начального параметра они повернуты на 180 градусов, что позволяет полностью его компенсировать.

При правильной настройке поверхностей полированный золотых плоскостей можно придать отраженному свету любой эффект. Он может изображать фон объекта (например, пол) или нечто совершенно другое. Если плащ-невидимка будет достаточно большим, теоретически им можно накрыть что угодно. К примеру, танк будет похожим на велосипед. Или его вообще будет не видно.

Практические перспективы

Исследования проводились в световом диапазоне с длиной волны 730 нм (ближняя инфракрасная область спектра). Наблюдалось практически идеальное отражение. Это научное достижение впечатляет и наводит на мысли о новом витке гонки вооружений. Однако думать о невидимых танках, ракетах, самолетах и прочих образцах смертоносной техники пока еще рановато. Дело в том, что эксперименты производились с неким объектом сложной пространственной конфигурации, величиной в 36 мкм в аппроксимированном диаметре. Если в дюймах, то это примерно одна тысячная. В миллиметрах… в общем, обычная песчинка, только очень маленькая. Именно ее обернули таинственным «плащом-невидимкой». Наука умалчивает о том, в какую сумму обошлось сделать ее оптически прозрачной.

Впрочем, когда-нибудь и это изобретение может получить практическое применение. К примеру, экраны кинотеатров в настоящее время должны быть идеально ровными, а в случае применения «умных кристаллов-микроантеннок» это требование окажется ненужным, и изображения можно будет проецировать на любые криволинейные поверхности без искажений.