Плащ-невидимка: научные разработки и достижения

Образец опытного плаща-невидимки. Шапки и плащи невидимки XXI века

То же было сделано со второй линзой, и… человек стал невидимкой. Приподняв нити световодов, он смог спокойно проникнуть в лоджию, и охранная система его не заметила.

Нечто подобное в 90-х годах XX века попытались воспроизвести на практике московские изобретатели, использовав вместо одного световода сразу множество. Суть дела тем не менее это не меняет. Система световодов с линзами на обоих концах действует точно так же, как и одиночный.

Линзы-объективы воспринимают, скажем, изображение окружающего ландшафта и транслируют его к линзам-окулярам. В результате, когда наблюдатель смотрит на замаскированный, укрытый под такой сеткой объект, он его, что называется, в упор не видит, поскольку световые лучи как бы обтекают спрятанное, а шестиугольные линзы прилегают друг к другу столь плотно, что в щелки между ними не видно ничего.

Прототип такой «шапки-невидимки» был разработан на кафедре радиотехнических устройств и систем Московского государственного открытого университета. Авторы изобретения – И.А. Наумов, В.А. Каплун и В.П. Литвинов – полагали, что оно может быть использовано, скажем, вместо традиционных маскировочных сетей для сокрытия важных военных объектов – самолетов на стоянках или ракетных установок. И говорят, первые маскировочные плащи-накидки с вплетением оптических световодов уже изготовлены.

А японские инженеры недавно запатентовали свой вариант спецкостюма для человека-невидимки. В Стране восходящего солнца созданы чрезвычайно тонкие пленочные телеэкраны на основе жидких кристаллов. Теперь из такой пленки, внешне похожей на обычный полиэтилен, тоже скроен плащ-накидка. Телекамера величиной со спичечную головку, расположенная на затылке обладателя такой накидки, проецирует телеизображение на переднюю часть плаща. А телекамера, смотрящая вперед, аналогично транслирует изображение на заднюю часть плаща. В итоге наблюдатель смотрит как бы сквозь плащ-накидку, не замечая его обладателя.

Почему предметы вообще видны

Всё, что мы видим вокруг себя, — это результат того, что на нашу сетчатку попадет свет, отражённый от окружающих объектов.

Предположим, перед вами стоит ваша любимая кружка. Она вам видна по двум причинам:

Это достаточно большой объект, чтобы его различил человеческий глаз.
Поверхность кружки поглощает часть естественного света и отражает всё остальное.

Если вы видите красную кружку, это значит, что она поглотила все цвета спектра, но отразила красный. Белые объекты отражают максимум спектра, чёрные — минимум.

По той же причине и трава является зелёной: листья поглощают весь свет, кроме зелёного, — это энергия, которая не нужна растениям.

Станет ли объект невидимым, если поглотит весь свет?

Нет, потому что мы будем видеть бесконечно чёрную «блямбу» на его месте. В ночное время у него есть шанс быть незамеченным, но не при свете дня.

Кстати, именно такими объектами являются чёрные дыры. Силой своей гравитации они буквально насильно затягивают частицы света внутрь, поэтому астрономам так трудно обнаруживать эти объекты на фоне тёмной космической бездны.

На Земле пока не создали полностью чёрный материал. Сейчас ближе всего к этому Vantablack, который поглощает 99,965 % падающего света. Для сравнения даже самый чёрный уголь способен поглотить только 96% света.

Vantablack на фольге

Ученые создали первый трехмерный плащ-невидимку

Немецкие ученые впервые создали материал, делающий объекты невидимыми в трех измерениях в диапазоне длин волн света, близких к видимому.

Структура представляет собой каркас из полимерных блоков размером в 100-200 микрон и позволяет сделать невидимым объект толщиной чуть менее полутора микрон, лежащий на плоской поверхности.

Подобные материалы демонстрировались и прежде, однако до сих пор они делали объекты неразличимыми только при наблюдении их с определенного угла или, в лучшем случае при рассмотрении в двух измерениях. Новый «плащ-невидимка» позволяет прятать объекты от наблюдения в трех измерениях при углах рассмотрения от 0 до 60 градусов.

Как и прежде «плащ-невидимка», разработанный командой Тоглы Эргина из Технологического института Карлсруэ в Германии представляет собой так называемый метаматериал — материал, строение которого наделяет его отрицательным коэффициентом преломления электромагнитных волн.

В подобной среде величины магнитной и диэлектрической проницаемости — фундаментальные характеристики материи — плавно меняются так, что электромагнитные волны, распространяющееся внутри нее, отклоняются и огибают предмет, помещенный в нее, и тот остается невидимым для внешнего наблюдателя. В альтернативном варианте применения этой технологии, реализованной в данном случае, волны света все же достигают спрятанного предмета и отражаются от него, однако для наблюдателя этого отраженный свет выглядит отраженным от плоской поверхности, находящейся под плащом.

Реализация этого принципа стала возможной с появлением в последние годы нового типа материалов — композитных материалов, свойства которых определяются не столько их составом, сколько геометрией внутреннего строения. Такие материалы, получившие название метаматериалов, позволили получить свойства, не встречающиеся в природе, в частности отрицательную диэлектрическую и магнитную проницаемости среды.

Для того, чтобы материал, созданный командой Эргина, и скрывающий предметы от наблюдения в инфракрасном диапазоне волн, мог делать предметы невидимыми в видимом диапазоне волн света, его структура, должна состоять из полимерных фрагментов размером всего 10 нанометров. Создание таких маленьких объектов представляет существенную техническую сложность, поэтому в ближайшее время ожидать применения подобной технологии не стоит.

Тем не менее члены научного сообщества признают, что продемонстрированная разработка представляет собой важный шаг к созданию материалов-невидимок пригодных к практическому применению.

Как сообщалось ранее, в этой же области работают и другие ученые.

Так, еще в 2003 году японский ученый создал плащ, который делает человека практически невидимым. Профессор Сусуму Тачи, который находится только на начальной стадии своих исследований, надеется, что вскоре его группе удастся создать камуфляж, который благодаря оптическому обману сделает человека полностью невидимым.

В январе минувшего года китайские ученые создали новый вариант «плаща-невидимки» — основанный на новых принципах разновидности метаматериала, который позволяет делать скрытые под ним предметы невидимыми в более широком диапазоне излучения, чем прежние разработки.

Ранее американским исследователям из Принстонского университета в результате научных экспериментов удалось создать из полупроводников новый трехмерный метаматериал с отрицательным коэффициентом преломления света.

Сама идея создания материала, делающего невидимым скрытое за ним, возникла в 1960-е годы, когда советский ученый Виктор Веселаго обосновал теоретическую возможность создания сред с отрицательным показателем преломления.

Новости СМИ2

kaz-news.ru | ekhut.ru | omsk-media.ru | samara-press.ru | ufa-press.ru

Преломление света — ключ к невидимости

Объекты видны, потому что на них попадает и отражается свет. А что если найти способ заставить весь свет огибать нужный нам предмет, следовательно, и отражаться будет нечему? Теоретически — это действительно может сработать, и по этому принципу может быть разработан первый плащ-невидимка.

Но только на практике не всё так просто, ведь свет должен огибать невидимый объект ровно по касательной и, миновав его, возвращаться на предыдущую траекторию. Только так весь фон за нашим объектом будет выглядеть неизменным и наблюдатель ничего не заподозрит.

Как должна работать невидимость

Ещё одна сложность в том, что если человек будет скрываться под плащом-невидимкой, который огибает свет, то он сам не сможет видеть, т.к. на его сетчатку тоже ничего не попадёт.

Ученые работают над вариантами и уже имеют некоторые успехи.

И все это, как говорится, еще цветочки…

Даешь зеленый свет?! «Шапку-невидимку» пытаются сделать и многими иными способами. Например, группа физиков из университета штата Мэриленд, США, объявила, что ей удалось сделать невидимым объект в зеленом свете лазера. Правда, невидимость руководителю этой группы профессору Кристоферу Девису и его коллегам удалось создать лишь для одного цвета и на площади всего лишь несколько сотых долей миллиметра.

Можно, конечно, сказать: «Зачем тут и огород городить, коль столь крошечный объект и сам по себе можно различить лишь при помощи сильного микроскопа?» Однако профессор и его коллеги довольны уже и этим, поскольку их экспериментальная установка позволила им понять: они на правильном пути, их идеи и расчеты верны.

Концепция, благодаря которой они сделали свое изобретение, вообще-то известна всем иллюзионистам. Когда они хотят сделать кого-то невидимым на сцене, то прячут человека или иной объект за зеркала, которые так хитро отражают окружающую обстановку, что кажется: никаких зеркал тут и вообще нет.

«Наша задача состояла в том, чтобы заставить свет обогнуть объект примерно так же, как вода в ручье огибает камень, – пояснил профессор Девис. – А коль от объекта не будет отраженных лучей, формирующих его изображение в глазу, то нам и будет казаться, будто объект стал невидимым».

На практике эту идею ученый и его коллеги осуществили так. Вместо зеркал они используются несколько концентрических колец, расположенных на золотой подложке. А сами кольца сделаны из полиметилметакрилата, или, говоря проще, обычного органического стекла.

Если посмотреть на эту конструкцию сверху в микроскоп, она несколько напоминает многорядную дорожную развязку. Только в данном случае объект, расположенный в центре подложки, обтекают не автомобили, а световые лучи, изгибаемые прозрачным акриловым стеклом.

А поскольку мы привыкли считать, что свет, а тем более лазера, распространяется строго по прямой, то возникает обман зрения – объект в самом центре глаз не видит. А разглядит лишь то, что находится уже позади него.

Плащ-невидимка из крошечных дисплеев

На первый взгляд это до простоты очевидная идея — выводить на поверхность плаща или другого подходящего материала изображение того, что находится за объектом, который нужно скрыть. Это может быть сложная система гибких дисплеев и крошечных видеокамер.

Однако если начать прорабатывать эту идею, то возникает ряд сложностей. Например, система должна постоянно подстраиваться под наблюдателя, а значит нужно отслеживать его положение. А что если наблюдателей несколько, и каждый должен видеть правильное изображение?

В теории, реализация подобной технологии возможна, но требует прорывов в сфере гибких экранов и хорошей вычислительной мощности при соблюдении компактности.

Рочестерский плащ

Один самых простых способов создать эффект невидимости — это использовать систему линз, которые преломляют свет таким образом, чтобы между ними создавалась «слепая зона». На выходе свет «преломляется обратно», что позволяет видеть изображение позади.

Таким образом, если правильно расположить объект между линзами, то фактически мы будем видеть сквозь него, т.к. он не контактирует с преломлённым внутри линз светом.

На видео рука помещена между линзами, но сквозь них всё равно видно изображение позади.

Ниже фото такого устройства. Для демонстрации здесь использованы лазерные лучи

Обратите внимание, как каждая из четырех линз изгибает их, чтобы на выходе световой поток был восстановлен. Именно в местах, где свет должен был проходить, но не проходит, и возникает невидимая область

Конечно, это ещё не полноценный плащ-невидимка, но давайте посмотрим, что было придумано ещё.

Квантовая невидимость

Канадская компания Hyperstealth Biotechnology занимается разработкой камуфляжных униформ для военных. В 2019 году она запатентовала необычный материал, который позволяет делать практически неразличимыми объекты, находящиеся за ним.

Выглядит это так:

Всё работает благодаря технологии лентикулярного растра. Проходя через материал, свет преломляется так, что видны только объекты, которые расположены вплотную к завесе и очень далеко от неё, а то что посередине остаётся малозаметным размытым пятном.

С лентикулярным растром многие знакомы, ведь именно благодаря ему работают картинки-переливайки, когда на одной плоскости видны разные изображения в зависимости от угла обзора.

Технология всё ещё слаборазвита, т.к. эффект срабатывает только если располагаться на нужном расстоянии за завесой, а наблюдатель должен находиться под прямым углом по отношению к ней.

Мета-атомы — тонкое управление светом

На закуску одна из технологий, которая в теории может быть использована для создания поверхности настоящего невидимого материала.

Для перенаправления света используются не линзы, а искусственно созданные «мета-атомы» размером меньше длины волны видимого света (380-780 нанометров). При синтезировании такие структуры могут иметь различный размер и форму, и за счёт своей неоднородности позволяют управлять светом.

Так может выглядеть метаматериал

С помощью подобных метаматериалов учёным уже удалось сделать невидимым объект для радио- и микроволн. Они длиннее видимого света, поэтому и метаструктуры для работы с ними нужны не такие маленькие. На практике это выглядит так:

На видео отлично видно, что покрытие из метаматериалов буквально проводит излучение вокруг объекта, в то время как на первой модели волны ударяются об него и делают видимым для наблюдения.