「Invisibility Caps」はまだ見えません

「透明マント」シリーズの最新作は、ロチェスター大学で誕生したもの (1) で、適切な光学系を使用しています。 しかし懐疑論者は、巧妙なレンズシステムが光を屈折させ、観察者の視覚を欺く、ある種の幻想的なトリックまたは特殊効果と呼んでいます.

すべての背後にはかなり高度な数学があります。科学者はそれを使用して、15 つのレンズを設定し、オブジェクトを直接背後に隠すことができるように光を屈折させる方法を見つける必要があります。 このソリューションは、レンズを直接見ているときだけではなく、XNUMX 度程度の角度で十分です。

1. ロチェスター大学の「インビジビリティ キャップ」。

車内でミラーや手術室の死角をなくすために使用でき、外科医は手を通して見ることができます。 これは、についての啓示の長いシリーズのもう XNUMX つです。 目に見えない技術それは近年私たちにもたらされました。

2012 年には、アメリカン デューク大学から「Cap of Invisibility」についてすでに耳にしました。 マイクロ波スペクトルの小さな断片にある小さな円柱の不可視性に関するものであると当時最も興味深く読んだ人だけでした。 XNUMX 年前、デュークの当局者は、一部の業界では有望と思われるソナー ステルス技術について報告しました。

残念ながら、そうでした 不可視 特定の観点からのみ、狭い範囲でのみ使用されたため、テクノロジーはほとんど役に立ちませんでした。 2013 年、Duke のたゆまぬエンジニアは、構造に微細な穴を開けて内部に配置されたオブジェクトをカモフラージュする 3D プリント デバイスを提案しました (2)。 ただし、これも限られた範囲の波で、特定の観点からのみ発生しました。

インターネットで公開された写真は、2012 年に Quantum Stealth (3) という興味深い名前で宣伝されたカナダの会社、Hyperstealth の有望な会社のように見えました。 残念ながら、動作するプロトタイプは実証されておらず、どのように機能するかについても説明されていません. 同社はセキュリティ上の問題を理由として挙げており、秘密裏に軍向けに製品の秘密バージョンを準備していると報告しています。

フロントモニター、リアカメラ

ファーストモダン不可視キャップ» 4年前に日本人エンジニアのProf. 東京大学の舘 進です。 彼は、モニターでもあるコートを着た男性の後ろに配置されたカメラを使用しました。 リアカメラの映像が映し出されました。 マントをまとった男は「見えなかった」。 同様のトリックは、BAE Systems (XNUMX) によって過去 XNUMX 年間に導入された Adaptiv 車両カモフラージュ デバイスによって使用されます。

戦車の装甲に「後ろから」赤外線画像を表示します。 そのような機械は、照準器には見られません。 オブジェクトをマスキングするというアイデアは、2006 年に形になりました。 インペリアル・カレッジ・ロンドンのジョン・ペンドリー、デューク大学のデビッド・シュリッグとデビッド・スミスは、サイエンス誌に「変換光学」の理論を発表し、それがマイクロ波 (可視光よりも長い波長) の場合にどのように機能するかを提示しました。

2. 立体的にプリントされた「透明キャップ」。

適切なメタマテリアルの助けを借りて、周囲の物体を迂回して電流経路に戻るように電磁波を曲げることができます。 媒質の一般的な光学反応を特徴付けるパラメータは屈折率です。屈折率は、この媒質中の光の移動が真空中の何倍遅いかを決定します。 相対透磁率と透磁率の積の根として計算します。

相対透磁率; 特定の物質の電気的相互作用力が真空中の相互作用力よりも何倍小さいかを決定します。 したがって、物質内の電荷が外部電場にどれだけ強く反応するかの尺度です。 ほとんどの物質は正の誘電率を持っています。つまり、物質によって変化した電界は、外部電界と同じ意味を持ちます。

相対透磁率 m は、同じ外部磁場源で真空中に存在する磁場と比較して、特定の材料で満たされた空間で磁場がどのように変化するかを決定します。 すべての天然物質の比透磁率は正です。 ガラスや水などの透明な媒体の場合、XNUMX つの量はすべて正です。

次に、真空または空気 (空気パラメーターは真空とわずかに異なるだけです) から媒質に入る光は、屈折の法則に従って屈折し、入射角の正弦と屈折角の正弦の比は次のようになります。この媒質の屈折率に等しい。 値がゼロ未満です。 m は、媒体内の電子が電場または磁場によって生成された力とは反対方向に移動することを意味します。

これはまさに、自由電子ガスが独自の振動を起こす金属で起こることです。 電磁波の周波数が電子のこれらの自然振動の周波数を超えない場合、これらの振動は波の電場を効果的に遮蔽するため、金属の奥深くまで侵入することはできず、反対方向の電場を作成することさえできません。外部フィールドへ。

その結果、そのような材料の誘電率は負になります。 金属の奥深くまで浸透することができず、電磁波が金属の表面から反射され、金属自体が特徴的な光沢を獲得します。 両方のタイプの誘電率が負の場合はどうなりますか? この質問は、1967 年にロシアの物理学者ヴィクトル ヴェセラゴによって提起されました。 このような媒質の屈折率は負であり、光は通常の屈折の法則とはまったく異なる方法で屈折することがわかります。

5. メタマテリアルの表面における負の屈折 - 視覚化

次に、電磁波のエネルギーは前方に伝達されますが、電磁波の最大値はインパルスの形状と伝達されたエネルギーの反対方向に移動します。 そのような物質は自然界には存在しません（透磁率が負の物質は存在しません）。 上記の 2006 年の出版物と、その後数年間に作成された他の多くの出版物でのみ、負の屈折率を持つ人工構造を記述し、構築することができました (5)。

それらはメタマテリアルと呼ばれます。 ギリシャ語の接頭辞「メタ」は「後」を意味します。つまり、これらは天然素材で作られた構造です。 メタマテリアルは、材料の磁気的または電気的特性を模倣する小さな電気回路を構築することによって、必要な特性を獲得します。 多くの金属は負の透磁率を持っているため、負の磁気応答を与える要素の余地を残しておくだけで十分です。

均質な金属の代わりに、立方格子の形に配置された多数の細い金属ワイヤが絶縁材料のプレートに取り付けられています。 ワイヤの直径とワイヤ間の距離を変更することにより、構造が負の透磁率を持つ周波数値を調整することができます。 最も単純なケースで負の透磁率を得るために、設計は、良導体（たとえば、金、銀、または銅）でできており、別の材料の層で分離されたXNUMXつの壊れたリングで構成されています。

このようなシステムは、スプリットリング共振器と呼ばれます-英語からSRRと略されます。 スプリットリング共振器 (6)。 リング内のギャップとそれらの間の距離により、コンデンサのような特定の静電容量があり、リングは導電性材料で作られているため、特定のインダクタンスもあります。 電流を生成する能力。

電磁波による外部磁場の変化により、リングに電流が流れ、この電流が磁場を作ります。 適切な設計により、システムによって作成された磁場は外部磁場とは反対に向けられることがわかります。 これにより、そのような元素を含む材料の透磁率が負になります。 メタマテリアル システムのパラメーターを設定することにより、かなり広い範囲の波動周波数で負の磁気応答を得ることができます。

メタ - 構築

設計者の夢は、波が物体の周りを理想的に流れるようなシステムを構築することです (7)。 2008 年、カリフォルニア大学バークレー校の科学者は、史上初めて、可視光と近赤外光に対して負の屈折率を持ち、光を本来の方向とは反対の方向に曲げる XNUMX 次元材料を作成しました。 彼らは、銀とフッ化マグネシウムを組み合わせて新しいメタマテリアルを作成しました。

次に、ミニチュア針で構成されるマトリックスにカットされます。 負屈折の現象は、1500 nm (近赤外) の波長で観測されています。 2010 年初頭、カールスルーエ工科大学のトルガ エルギンとインペリアル カレッジ ロンドンの同僚は、 見えない 光のカーテン。 研究者は、市場で入手可能な材料を使用しました。

彼らは、表面に配置されたフォトニック結晶を使用して、金プレート上の微細な突起を覆いました。 そのため、メタマテリアルは特殊なレンズから作成されました。 プレートのこぶの反対側にあるレンズは、光波の一部を偏向させることによって、こぶでの光の散乱をなくすように配置されています。 可視光に近い波長の光を使用して顕微鏡でプレートを観察すると、科学者は平らなプレートを見ました。

その後、デューク大学とインペリアル カレッジ ロンドンの研究者は、マイクロ波放射の負の反射を取得することに成功しました。 この効果を得るには、メタマテリアル構造の個々の要素が光の波長未満でなければなりません。 したがって、屈折するはずの光の波長に一致する非常に小さなメタマテリアル構造の製造が必要な技術的課題です。

可視光 (紫から赤) の波長は 380 ～ 780 ナノメートル (ナノメートルは 620 億分の XNUMX メートル) です。 スコットランドのセント・アンドリュース大学のナノテクノロジー学者が助けに来ました。 彼らは、非常に高密度にメッシュ化されたメタマテリアルの単層を手に入れました。 New Journal of Physics のページには、約 XNUMX ナノメートルの波長 (橙赤色光) を曲げることができるメタフレックスが記載されています。

2012 年、テキサス大学オースティン校のアメリカ人研究者グループが、マイクロ波を使ったまったく異なるトリックを思いつきました。 直径 18 cm の円柱は、プロパティの操作を可能にする負インピーダンス プラズマ材料でコーティングされました。 隠されたオブジェクトと正反対の光学特性を持っている場合、一種の「ネガティブ」が作成されます。

したがって、XNUMX つの波が重なり合い、オブジェクトは見えなくなります。 その結果、マテリアルは波のいくつかの異なる周波数範囲を曲げて、オブジェクトの周りを流れ、オブジェクトの反対側に収束します。これは、外部の観察者には気付かれない場合があります。 理論的な概念が増えています。

約 XNUMX か月前、Advanced Optical Materials は、セントラル フロリダ大学の科学者による画期的な研究についての記事を発表しました。 既存の制限を克服できなかったかどうかは誰にもわかりません」見えない帽子» メタマテリアルから構築されています。 彼らが発表した情報によると、可視光範囲での物体の消失は可能です。

7. 目に見えない物体で光を曲げる理論的方法

Debashis Chanda と彼のチームは、XNUMX 次元構造を持つメタマテリアルの使用について説明しています。 いわゆるおかげで手に入れることができました。 金属誘電体テープを製造するナノトランスファープリンティング (NTP)。 屈折率は、ナノエンジニアリング手法によって変化させることができます。 光の伝搬経路は、電磁共鳴法を用いて材料の三次元表面構造で制御する必要があります。

科学者は結論に非常に慎重ですが、彼らの技術の説明から、そのような材料のコーティングが電磁波を大幅に偏向できることは明らかです。 さらに、新しい素材を入手する方法により、大規模な領域の生産が可能になり、そのようなカモフラージュで覆われた戦闘機を夢見る人もいます。 不可視 レーダーからデイライトまで。

メタマテリアルまたは光学技術を使用した隠蔽デバイスは、オブジェクトの実際の消失を引き起こしませんが、検出ツール、そしておそらくすぐに目に見えなくなるだけです。 しかし、すでにもっと急進的なアイデアがあります。 台湾国立清華大学の Jeng Yi Lee と Ray-Kuang Lee は、視野からだけでなく現実全体からも対象を取り除くことができる量子「不可視のマント」の理論的概念を提案しました。

これは上で説明したものと同様に機能しますが、マクスウェルの方程式の代わりにシュレディンガーの方程式が使用されます。 ポイントは、オブジェクトの確率フィールドを引き伸ばしてゼロに等しくすることです。 理論的には、これはマイクロスケールで可能です。 ただし、そのようなカバーを製造する技術的可能性を待つには、長い時間がかかります。 どんな "不可視キャップ「彼女は本当に私たちの視界から何かを隠していたと言えます.