據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，無(wú)論是科學(xué)家還是哈利-波特迷都希望擁有一件和小哈利一樣的隱形斗篷。現(xiàn)在，我們距離這一夢(mèng)想更近一步。美國(guó)杜克大學(xué)的一支研究小組揭開(kāi)了一款新型現(xiàn)實(shí)版隱形斗篷的神秘面紗，聲稱這是當(dāng)前最棒的隱形斗篷。2006年，這支研究小組研制出隱形斗篷原型。
魔幻片《哈利-波特》劇照。現(xiàn)在，美國(guó)杜克大學(xué)的研究人員研制出迄今為止性能最高的隱形斗篷
杜克大學(xué)的研究員內(nèi)森-蘭迪展示新研制的隱形裝置，首次讓物體實(shí)現(xiàn)完美隱形
采用超材料的隱形斗篷，能夠讓微波束發(fā)生彎曲，繞過(guò)物體，進(jìn)而達(dá)到隱形效果 新型隱形斗篷允許杜克大學(xué)的研究人員第一次實(shí)現(xiàn)物體的完美遁形。實(shí)驗(yàn)中，他們讓一個(gè)幾厘米的圓柱體在微波環(huán)境下隱形。目前，全世界有多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)隱形斗篷，希望讓這項(xiàng)因小魔法師哈利而越發(fā)受人追捧的技術(shù)早日成為現(xiàn)實(shí)。不過(guò)，研發(fā)隱形斗篷面臨很多挑戰(zhàn)，當(dāng)前還很難做到完全不反射光線。 杜克大學(xué)的研究人員在《自然-材料》雜志發(fā)表的一篇研究論文描述了如用利用一個(gè)菱形斗篷實(shí)現(xiàn)完美隱形。不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)距離哈利使用的隱形斗篷仍有一段距離，只能在一個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)隱形。研究小組指出他們很難做到在可見(jiàn)光環(huán)境下隱形。2006年，杜克大學(xué)的研究人員報(bào)告稱研制出世界上第一個(gè)功能性隱形斗篷，但并不完美。現(xiàn)在，杜克實(shí)驗(yàn)室的一名科學(xué)家提出了一種新設(shè)計(jì)，能夠解決原型面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。 杜克大學(xué)在研發(fā)超材料方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。所謂的超材料就是指具備天然材料特性的人造材料。采用超材料的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上可以引導(dǎo)電磁波繞過(guò)物體，只讓它們?cè)谖矬w的另一側(cè)出現(xiàn)，就好像穿過(guò)一個(gè)空無(wú)的空間，達(dá)到讓物體隱形的效果。 參與隱形斗篷研制項(xiàng)目的研究生內(nèi)森-蘭迪表示：“為了研制隱形斗篷，我們必須采用很多近似值，以便將錯(cuò)綜復(fù)雜的超材料用于這種裝置。我們注意到由于裝置邊界反射導(dǎo)致的波流失現(xiàn)象。這就像透明玻璃的反射一樣。觀察者能夠看透玻璃，但同時(shí)也能注意到玻璃的存在，原因就在于玻璃表面反射光線。我們的目標(biāo)是驗(yàn)證隱形斗篷的基本原理，因此并不在意這些這種反射。” 借助于一種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。蘭迪抑制了反射現(xiàn)象的發(fā)生。最初的隱形斗篷由相互交叉的平衡玻璃纖維帶構(gòu)成，玻璃纖維經(jīng)過(guò)銅蝕刻。蘭迪的斗篷采用類似的設(shè)計(jì)，但增加了銅帶以形成更復(fù)雜，性能更卓越的材料。這種裝置采用的銅帶大約兩英尺(約合60厘米)見(jiàn)方，形成菱形，中間為空區(qū)。光線等任何類型的波都能被表面反射或者吸收，或者兩種現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生。 在早期的隱形斗篷實(shí)驗(yàn)中，微波中少數(shù)能量被吸引，但還不足以影響整體隱形性能。杜克大學(xué)研制的隱形斗篷被分為4個(gè)象限。蘭迪指出早期隱形斗篷的反射往往發(fā)生在超材料邊緣和內(nèi)部及周邊角落。他說(shuō)：“斗篷的每一個(gè)象限往往在交叉點(diǎn)和角落出現(xiàn)空區(qū)或者盲點(diǎn)。經(jīng)過(guò)大量計(jì)算，我們認(rèn)為我們可以通過(guò)移動(dòng)每一條帶，與每一個(gè)界面的鏡像相融合的方式來(lái)修正這種現(xiàn)象。采用這種設(shè)計(jì)研制的隱形斗篷達(dá)到很好的隱形效果。這種斗篷將光線分割成兩種波，在中央繞過(guò)物體，而后再次結(jié)合。每一種因反射出現(xiàn)的流失降至最低。” 蘭迪指出這種設(shè)計(jì)不僅可以用于隱形斗篷，同時(shí)還有其他很多應(yīng)用。例如，超材料能夠消除光纖的扭曲和旋轉(zhuǎn)，提高光纖的直度。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槊恳淮螐澢紩?huì)削弱光纖內(nèi)的波。目前，研究人員正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，了解如何將這種原理用于研制三維裝置，與研制兩維裝置相比，三維裝置面臨更大挑戰(zhàn)。 “隱身斗篷”---光波繞著走 美國(guó)研究人員制出一款升級(jí)版“隱身斗篷”，成功地讓一個(gè)小型圓柱體避過(guò)微波探測(cè)。這是研究人員首次讓物體在微波頻段完全隱于無(wú)形，標(biāo)志著隱身技術(shù)更上一層樓。 “隱身”原理 視覺(jué)隱身技術(shù)原理研究始于2006年。當(dāng)年，美國(guó)杜克大學(xué)的戴維·舒里希和戴維·史密斯以及英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院的約翰·彭德里在《科學(xué)》雜志提出“變換光學(xué)”理論，通過(guò)引導(dǎo)光波等“轉(zhuǎn)向”實(shí)現(xiàn)隱身。 人之所以能看到物體，是因?yàn)槲矬w阻擋了光波通過(guò)。如果有一種材料敷在物體表面，能引著被物體阻擋的光波“繞著走”，那么光線就似乎沒(méi)有受到任何阻擋。在觀察者看來(lái)，物體變得“不存在”，即實(shí)現(xiàn)視覺(jué)隱身。 這一理論稍后獲得證實(shí)。科學(xué)界隨即掀起“隱身斗篷”研究熱，開(kāi)發(fā)各種能夠“扭曲”光線的超材料。不過(guò)，理論上的完全隱身一直未獲實(shí)現(xiàn)，所有“斗篷”均反射一些入射光，致使“斗篷”下的物體不是隱于無(wú)形，而是呈現(xiàn)一片陰影。 “斗篷”升級(jí) 如今，史密斯教授和同事內(nèi)森·蘭迪開(kāi)發(fā)出一款新型“隱身斗篷”，呈鉆石形，蓋住一個(gè)直徑7.5厘米、高1厘米的圓柱體，使微波“繞著走”，沒(méi)有絲毫光線反射。 英國(guó)廣播公司（BBC）12日援引史密斯的話報(bào)道：“據(jù)我們所知，這是第一件完美‘扭曲’光波、讓你完全隱身的‘斗篷’。” “我們2006年制作的‘隱身斗篷’作為一件微波裝置可以說(shuō)非常差，但這一件可能相當(dāng)有用。” 研究報(bào)告由英國(guó)學(xué)術(shù)期刊《自然—材料》發(fā)表。 并不完美 不過(guò)，這種“隱身斗篷”并不完美。首先，物體隱身效果只能就一個(gè)方向而言，如果從另一側(cè)看，仍能見(jiàn)到物體。 “這就像《愛(ài)麗絲夢(mèng)游仙境》中的撲克人一樣，”史密斯說(shuō)，“當(dāng)他們轉(zhuǎn)一個(gè)方向，你看不見(jiàn)他們，但如果你從另一個(gè)方向看去，就能發(fā)現(xiàn)他們。” 此外，這件“斗篷”在微波頻段才起隱身作用，無(wú)法運(yùn)用于所有頻段的光波。 微波在不少領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，包括移動(dòng)通信和雷達(dá)。改進(jìn)隱身材料，更好地扭曲微波，軍事上可以讓軍事設(shè)施、部隊(duì)等從敵人眼前“徹底消失”，移動(dòng)通信領(lǐng)域中則有助減少某些物體對(duì)通信的阻礙。 |
