美科學家打造新型隱形斗篷 首次實現完美遁形

2012-11-13 9:54:41 | tags | views

 據國外媒體報道,無論是科學家還是哈利-波特迷都希望擁有一件和小哈利一樣的隱形斗篷。現在,我們距離這一夢想更近一步。美國 杜克大學的一支研究小組揭開了一款新型現實版隱形斗篷的神秘面紗,聲稱這是當前最棒的隱形斗篷。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。現在,美國杜克大學的研究人員研制出迄今為止性能最高的隱形斗篷魔幻片《哈利-波特》劇照。現在,美國杜克大學的研究人員研制出迄今為止性能最高的隱形斗篷
杜克大學的研究員內森-蘭迪展示新研制的隱形裝置,首次讓物體實現完美隱形
杜克大學的研究員內森-蘭迪展示新研制的隱形裝置,首次讓物體實現完美隱形
采用超材料的隱形斗篷,能夠讓微波束發生彎曲,繞過物體,進而達到隱形效果采用超材料的隱形斗篷,能夠讓微波束發生彎曲,繞過物體,進而達到隱形效果

 

  新型隱形斗篷允許杜克大學的研究人員第一次實現物體的完美遁形。實驗中,他們讓一個幾厘米的圓柱體在微波環境下隱形。目前,全世界有多個研究團 隊正在研發隱形斗篷,希望讓這項因小魔法師哈利而越發受人追捧的技術早日成為現實。不過,研發隱形斗篷面臨很多挑戰,當前還很難做到完全不反射光線。

  杜克大學的研究人員在《自然-材料》雜志發表的一篇研究論文描述了如用利用一個菱形斗篷實現完美隱形。不過,這項技術距離哈利使用的隱形斗篷仍 有一段距離,只能在一個方向實現隱形。研究小組指出他們很難做到在可見光環境下隱形。2006年,杜克大學的研究人員報告稱研制出世界上第一個功能性隱形 斗篷,但并不完美。現在,杜克實驗室的一名科學家提出了一種新設計,能夠解決原型面臨的一個重大問題。

  杜克大學在研發超材料方面擁有豐富的經驗。所謂的超材料就是指具備天然材料特性的人造材料。采用超材料的結構在設計上可以引導電磁波繞過物體,只讓它們在物體的另一側出現,就好像穿過一個空無的空間,達到讓物體隱形的效果。

  參與隱形斗篷研制項目的研究生內森-蘭迪表示:“為了研制隱形斗篷,我們必須采用很多近似值,以便將錯綜復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致的波流失現象。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 標是驗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構設計。蘭迪抑制了反射現象的發生。最初的隱形斗篷由相互交叉的平衡玻璃纖維帶構成,玻璃纖維經過銅蝕刻。蘭迪的斗篷采用類 似的設計,但增加了銅帶以形成更復雜,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)見方,形成菱形,中間為空區。光線等任何類型的波 都能被表面反射或者吸收,或者兩種現象同時發生。

  在早期的隱形斗篷實驗中,微波中少數能量被吸引,但還不足以影響整體隱形性能。杜克大學研制的隱形斗篷被分為4個象限。蘭迪指出早期隱形斗篷的 反射往往發生在超材料邊緣和內部及周邊角落。他說:“斗篷的每一個象限往往在交叉點和角落出現空區或者盲點。經過大量計算,我們認為我們可以通過移動每一 條帶,與每一個界面的鏡像相融合的方式來修正這種現象。采用這種設計研制的隱形斗篷達到很好的隱形效果。這種斗篷將光線分割成兩種波,在中央繞過物體,而 后再次結合。每一種因反射出現的流失降至最低。”

  蘭迪指出這種設計不僅可以用于隱形斗篷,同時還有其他很多應用。例如,超材料能夠消除光纖的扭曲和旋轉,提高光纖的直度。這一點非常重要,因為 每一次彎曲都會削弱光纖內的波。目前,研究人員正在進行實驗,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。

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