实现完美隐形!科学家创造世界上最简单的隐形衣装置
2014-06-16 10:27:00   来源:环球网
内容摘要
物理学家Wegener和Schittny发现雾、云或者霜化玻璃板等透光媒介,它们都会隐藏光源。科学家指出,理想的光学隐形衣在空气中有一种缺点。它们违反了爱因斯坦的相对论理论对于光速上限的规定。虽然真正的隐形衣尚未问世,在这种原理的帮助下,科学家有可能使用完整的金属条或者防盗传感器为浴室制作毛玻璃板。

据国外媒体报道,物理学家现在已经成功找到一种相当简单的隐形方法,并且测试了一种能够在雾和牛奶等散射光媒介中完美隐形的隐形衣。这项研究的结果已经发表在《科学》杂志上。

在散射光媒介中,光线不再直线传播,而是被媒介中的粒子永久性的散射。比如说雾、云或者霜化玻璃板等透光媒介,它们都会隐藏光源。研究的首席作者Robert Schittny称:“这种媒介光散射的特性能够用于隐藏内部的物体。这种新型隐形衣拥有一种相当简单的结构。”

实现完美隐形!科学家创造世界上最简单的隐形衣装置 科技世界网

科学家发现,光散射媒介可以实现物体隐形。

 

在试验中,Schittny使用一种扩展光源从背面照射一个几厘米宽的树脂玻璃箱。箱子中装满了白色的浑浊液体。几厘米直径的纯金属或者球体被用作测试物体,从内部在箱壁上投下一个清晰的阴影。

为了隐藏它们,研究人员首先使用一种白色的散光油漆,这样光线就会散射出去。为了让光线绕过物体,研究人员使用了一种透明硅材料PDMS制成的薄壳。这种硅壳散射光线的速度超过周围环境,因此就会让光绕过物体。箱内物体不再投下阴影,而阴影的消失意味着隐形衣的成功。

研究人员Martin Wegener指出:“理想的光学隐形衣在空气中有一种缺点。它们违反了爱因斯坦的相对论理论对于光速上限的规定。在弥散媒介中,光会出现多次散射,因此光速的效果就会降低。”

Wegener和Schittny进行的这项研究是由德国科学基金会(DFG)功能性纳米结构研究中心资助的,而且通过纯粹的基础研究来演示这种原理。Schittny解释道:“我们将不得不继续等待真正隐形衣的问世,但是在这种原理的帮助下,我们有可能使用完整的金属条或者防盗传感器为浴室制作毛玻璃板。这些传感器和金属条从内外来说都是隐形的。”

 

【未来“隐形衣”用啥面料?】

现今,功能性面料受到消费者热捧,提起这种面料,人们首先想到的往往是吸湿、快干等特性,可能在不久的将来,功能性面料又将添加一个新特性:隐形。

忽然出现,忽然消失,借助特技这也许不难在电影里实现,但放眼现实,这种事情不免让人匪夷所思。前不久,浙江大学信电系陈红胜教授团队完成的这项“在可见光波段实现大型物体的隐形——电磁波‘隐身衣’机理”的研究成果,发表在权威科学期刊《自然通讯》上。实现完美隐形!科学家创造世界上最简单的隐形衣装置 科技世界网

控制光路 实现隐身

该团队研发的“隐身衣”,目前是一个每条边大约5厘米的六边形柱状体,周围都是普通的有机玻璃,核心的“隐身通道”,由特殊光学玻璃构成。

而这种“隐形衣”,与现实中我们最熟悉的隐形飞机的隐形原理并不一样。郑斌博士表示,它能“控制”光的行走路线——一遇着隐身器,光就自然绕道,那么在这个器件区域内的物体,人们就看不到了。

传统的隐形飞机通过特殊涂料和机身构造来防止雷达电波的反射,从而达到隐形的目的,而陈红胜团队的成果则大大降低了隐身衣的设计和实现难度,这件隐身衣不但可以不被雷达发现,也能躲过肉眼的搜索。

郑斌解释道:“要隐身,进入隐身衣的光线必须跑得比外部光线快。”

在这个课题组的试验中,一只蹲在六边形隐身装置里的小猫,在特定的某个角度,光线可以直接绕过小猫,并回到原来的路径出射,产生小猫“隐身”的效果。为了探究隐身衣对不同生命环境的适应性,课题组还研发了一组适用于水中隐形的装置:金鱼游进这件“隐身衣”,身后的物体仍然一览无余。

“这意味着隐身器件不仅能够隐藏像猫、鱼这样大的物体、生物,还能和隐身器件一起活动,隐身效果并不会因此受到影响。”陈红胜说。

陈红胜介绍说,要研究“隐形”,就要先明白物体为什么会“显形”:当电磁波照射到物体上时,会在物体上发生散射。散射的电磁波被人眼等“感应器”接收,就能识别那里存在物体。

而此次最新进展,就是怎样让物体在肉眼前遁形。课题组提出了一种可见光波段多边形隐身衣的设计方法,通过均匀线性光学变换的方法,设计并简化了隐身衣的各个部分的参数,对于隐身衣从理论走向实用起到了促进作用。

“人眼对光线的相位和略微延时并不敏感。”陈红胜说,通过对理论体系进一步简化,“隐身器件能够使用更加易得的材料,也不需纳米级工艺雕琢,降低了隐身衣的设计和实现难度。”

早在2012年,陈红胜课题组用一种自然界存在的双折射晶体研发了一套柱形隐身器件,实现让一根筷子粗细的物体隐形。2013年,课题组对隐身器件的实现方案进行了全面的评估和设计,最终选用在工业上可以大规模制备的一种玻璃作为隐身衣的材料,将隐身衣的“尺寸”扩增到直径分米量级以上,并且可以在任意极化的自然光下隐身。

目前,该课题已经实现了特定角度下的隐身效果,陈红胜表示,下一步的研发重点将着力提升隐身的性能,如增加隐身角度、减轻装置的重量等。在改善到一定程度后,这一产品将有望在安全、娱乐和监控领域发挥作用。

量子隐形或已成功?

实际上,“隐身衣”在世界各地都有着无穷的魅力,吸引着科学家们不断探索,早在2012年,据英国《每日邮报》报道,加拿大一家生物科技公司的负责人首次向媒体承认他们早就研究出来了隐形面料,面料外表可形成折射投影,人躲在后面可与周围景物完全融为一体而不被发现。这项研究得到了美国国防部的支持。目前,隐形面料已经在加拿大和美国的军队中应用,用于制作隐形迷彩衣。

资料显示,负责研发的是加拿大生物公司Hyperstealth Biotechnology,这种面料被命名为“Quantum Stealth camou?age”(量子隐形伪装材料),通过弯曲光线达到隐形目的。研究人员并未透露是否借助了强电磁干扰光线路径,当光线照射到隐形面料的外表时,会在面料的外层形成折射投影,把周围的环境投影在其表面,从而实现与周围环境的完全融合。这家生物公司的CEO盖伊?克拉默教授声称,他们的材料隐形效果极佳,就像哈利?波特的隐形斗篷一样 ,甚至可以躲过夜视镜的观察。

不过出于保密原因,该公司拒绝对外提供实际样品,目前只在官网上刊登了数张演示效果的照片。

由于没有实物,也有人怀疑此事的真实性,对此,项目负责人盖伊教授解释说:“目前外界对隐形面料是否存在仍存质疑的声音,但由于公司和美国以及加拿大的军事部门达成了保密协议,不能对外界展示这种面料。但我可以确定地告诉大家,自从1999年公司成立以来就一直致力于研究新型隐形术,已经取得多项成果。隐形面料也已接受过两支美军部队和两支加拿大反恐部队的测试,可以骗过红外线和热成像技术的侦测。”

他还强调,这款面料并未使用相机、电池 、灯光或者镜子,所以足够轻便,而且选择的面料是非常普通的纤维织物,成本不高,如果这种隐形面料未来有机会推广,可用领域一定非常广泛。

多家外国媒体就此事向美国军方求证,至今没有得到回复。

除了对真实性的怀疑之外,还有一部分人对安全性产生了担忧,如果这种神奇的面料落入犯罪分子手中,是否会对公共安全产生极大危害呢?

其实人们完全不必对此担忧,科技向来是一把双刃剑,在给人类提供便利的同时也给人类带来了更多的机遇和挑战。

就浙江大学的研究成果而言,它虽然可以在视觉上达到隐形的效果,但穿上它总会有踪迹可循,比如热成像仪,可以轻松找到“隐形”的生物。

更重要的是,无论外国传言是否为真,我国相关领域的研究距离应用还有很长一段路要走。陈红胜说,由于隐身衣的研究存在几个主要的技术瓶颈,如材料参数苛刻、不够轻便等,因此目前隐身衣的研究主要还处于试验验证及测试阶段。

人们通常所理解的隐身衣要求光线能够绕过中间的隐身区域,参数相对“地毯式隐身器件”将会更加苛刻,可见光隐身如要有较好的应用,必须要能够宽频带、全方向、全极化工作,要实现这个最终目标难度非常大。

尽管如此,陈红胜课题组和合作团队的这项研究可以应用于整个可见光频段,并选用了在工业上可以大规模制备的玻璃来实现,将这类隐身器件的设计及实现的难度大大降低,预计未来这类隐身衣有望加速走入人们的日常生活中。

 

【“隐形衣”可成现实?揭秘隐形技术原理】实现完美隐形!科学家创造世界上最简单的隐形衣装置 科技世界网

看过007系列电影的观众,一定还记得在《择日而亡》中,詹姆斯·邦德驾驶着一辆可以隐形的汽车,在冰天雪地中与对手追逐的场面。邦德只需轻按键钮,汽车就能轻易“隐身”,影片中呈现的隐形技术令人神往。

隐形技术的准确说法是低可探测技术,指的是通过各种不同技术手段,如雷达隐形、红外隐形和可见光隐形等,来改变己方目标的可探测性信息特征,从而最大程度地降低被发现的概率。换句话说,隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸,主要应用于军事领域,是第二次世界大战以后重大的军事技术突破之一。

提到隐形技术,很多人会自然而然地想到隐形飞机。其实,隐形飞机并非真正意义上的视觉隐形,而是通过避开雷达等探测设备的电磁波等实现“相对隐形”。自上世纪50年代隐形技术问世以来,各国在隐形兵器的研发方面取得了长足进展:隐形飞机不断升级换代,隐形战舰相继问世。根据澳大利亚媒体的报道,美国军方与澳大利亚科学家最近正在研究“曲光隐形”技术,以提高隐形技术的实用性和扩大其应用范围。

人眼之所以能够看到各种物体,主要是依赖光的反射原理。如果光线能“绕过”物体,那么该物体在视觉上就是“不存在的”,自然也就达到了“隐形”目的。澳大利亚科学家利用的正是这一原理,通过模拟珍珠母(珍珠蚌)贝壳的表层结构来研究如何控制光线的传播方向,其理论基础是光线可以沿着物体被弯曲,从而达到隐形效果。

澳大利亚迪肯大学副教授蒂芙尼·沃尔什参与了此项技术研发,她表示:通过对自然界的研究,我们现在可以通过非常精确的方法,将极为微小的纳米粒子进行三维立体排列;经过三维立体排列之后,这些纳米粒子可以很好地折射特定波长的光线,实现光线的重新组合。

美国迈阿密大学相关研究人员透露,美国空军方面计划把“曲光隐形”技术用于飞机伪装。结合此前的“雷达波隐形”技术,或许在不久之后,飞机就有望实现在视觉观察和雷达探测下的双重隐形。除了应用在飞机上,美国军方还希望在未来的战场上,将“曲光隐形”技术有效应用于士兵装备,乃至坦克、军舰等大型作战设备。

除了在军事方面的应用,这项新技术在日常生活中也将拥有较广的应用前景。例如,大家憧憬的“隐身衣”就可以成为现实。当然,“曲光隐形”技术的应用并不仅仅局限于常规意义上的“隐身”,在电子领域,曲光技术也可以发挥神奇的作用。例如,用光线替代传统的电线,其能耗却远低于电互连,可以极大地提高各种电器的节能效果。

 

【隐形衣不再是梦想 能改变战争的五种未来武器】

每当我们看到科幻电影中的未来武器时,总是会禁不住想,如果有一天这些武器能变成真的,会怎么样。就在上个月,美国知名网站就公布了五款能改变战争的“未来武器”。

1、“超级隐形”或“量子隐形”材料

科学家已开始研究能使光波发生弯曲的材料,这些材料能大大减少目标物发出的热辐射以及可见光波。这种技术背后的科学道理比较明了,尽管持怀疑态度者对此并不信服,并称他们只有在亲眼“看不见”这种材料时才会信服:通过促使周边的光波发生弯曲,“自适应伪装”能把披上这种隐形材料的物体背后的场景呈现出来。

这种技术具有的军事意义不言自明,因为“不可视斗篷”使得军人——从普通士兵到特种部队人员——能够在敌方领土上执行任务而不被发现,或至少能给他们争取到足够采取行动的时间。这些能力将降低军事行动期间的伤亡风险,同时增强己方向对手发起外科手术式打击和突袭的能力,或提高实施破坏和暗杀行动的能力。实现完美隐形!科学家创造世界上最简单的隐形衣装置 科技世界网

据称,一家加拿大公司向美国军方两个军官团、加拿大军方两个军官团及联邦反恐团队演示了这种材料。

当然,倘若该技术落入游击队分子或恐怖组织等非政府组织之手,将对军方行动造成严重影响。

2、电磁轨道炮

电磁轨道炮发射装置采用磁场而非化学推进剂(例如火药或燃料)来远程投射炮弹,炮弹的飞行速度能达到每小时4500至5600英里(约合7200至9000公里)。演示显示,目前正在开发中的技术能够以32兆焦耳的能量将一枚炮弹投射至100海里(约185公里)之外。

电磁轨道炮发射的炮弹的速度和射程为进攻和防御提供了几大帮助,从精确打击(这种精确打击能应对最先进的地区防御系统)到针对来袭目标实施空中防御。这种技术的另一个优势是,它使得存储危险易爆品和易燃材料来发射常规炮弹的必要不复存在。

美国海军研究处自2005年以来一直在开发一种海军电磁轨道炮系统。该项目从2012年开始进入目前的阶段,目标是寻求论证持续发射或“重复频率”的能力。

美国海军希望最终把电磁轨道炮的射程提升至在耗能64兆焦耳的情况下达200海里,但由于单次发射所需电流达惊人的600万安培(大于产生极光的电流),因此或许要在多年以后科学家才能找到办法设计出能够产生如此强大电流的电容器,或找到材料设计出每次发射炮弹后不会被炸成碎片的发射装置。

3、太空武器

文章说,尽管存在反对将太空军事化的国际压力,但主要国家仍在继续探索将我们头顶上的天空变成下一个战场的技术。

其中一个可能性是用核或非核电磁脉冲武器装备太空飞行器。通过在高空引爆由卫星发射的电磁脉冲武器,交战一方可以对敌方电网以及敌方开展军事行动所需的自动化指挥系统(包括指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察,简称C4ISR)发起“斩首”袭击。根据所用电磁脉冲武器的大小,袭击可以席卷整个国家,也可以更倾向于外科手术式打击,即只针对某一作战区域。一款此类“杀手锏”武器理论上可以在对方未开一枪一炮的情况下结束战事,至少对严重依赖信息技术的敌人来说确实如此,例如美国。

另一种技术是利用基于太空的高能激光打击敌方发射的、正处于推进阶段的弹道导弹(称为“推进阶段拦截”)。数十年来,各国对这种技术的兴趣先是增强,随后又转弱。实施“推进阶段拦截”的优势是摧毁弹道导弹的行为发生在导弹飞行速度最慢的阶段,这样就更可能成功实施拦截。

4、高超音速巡航导弹

想具备打击任何地点以及迅速实施打击的能力的欲望,令一个被称为“快速全球打击”的计划问世。美国军方于2001年提出这一计划。

在一个联合团体的牵头下,美军的关注点是X-51A高超音速飞行器。这个联合团体涉及美国空军、波音公司和国防部高级研究项目局等机构。

俄罗斯、中国和印度在发展这项技术、采用常规弹头取得类似效果方面取得了大幅进展,导致一些防务分析师警告一场“快速全球打击”军备竞赛正在逼近。

据称美国海军目前正在探索开发潜射高超音速导弹的可能性。

5、“有感知能力”的无人驾驶载具

今天的无人机仍然很笨,在很大程度上需要人类进行一些干预。不仅大多数无人机由人类远程控制(尽管自动化程度不断提高),而且诸如获取目标以及向目标发射一枚“狱火”导弹等关键任务仍需人类监控。

随着科学家不断推进在人工智能方面的研究,这种情形可能很快就会发生变化,某一天这可能会开启制造能够独立作出生死攸关“决策”的无人机的大门。

当然,根据人类对无人载具或一般性机器人的看法,它们并不具备智能,也不能说它们具有感知能力。但计算机技术的提升正赋予机器人更高的情境意识和适应性。

随着这些能力继续提升,无人机某一天可能成为一种“发射后不管”的武器,无人机集中注意力的时长和耐久力都将强于人类。它们能在一个目标上空逗留数小时,在机会出现时瞬间作出决策发动袭击。

 

相关新闻:

大型隐形斗篷 在可见光下匿物于无形

美军研发隐形摩托 可长时间在崎岖路面行驶

隐形纹身 蕴藏着用户的健康信息