плащ невидимка миф или реальность

Плащ-невидимка от мира науки: прототипы и разработки

Вы наверняка размышляли о том, чем бы можно было заняться, имея возможность стать невидимым. Автор вообще осуждает Гарри Поттера за столь бездарное использование плаща-невидимки… Впрочем, мы живём во времена, когда фантастика становится явью, и возможно уже сейчас плащ-невидимка или его аналоги используются в реальной жизни.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Итоги

Пока полноценный плащ-невидимка, как в Гарри Поттере, не существует. Но благодаря оптическим приспособлениям действительно можно заставить исчезнуть объект. Однако к мантии или одежде эти свойства не применимы, т.к. система линз должна быть неподвижна по отношению к наблюдателю. В будущем для невидимости можно будет использовать метаматериалы, хотя в подвижных условиях их тоже сложно применять.

Источник

Плащ невидимка миф или реальность

Моя исследовательская работа по физике «Плащ-невидимка: миф или реальность?» посвящена исследованию возможности создания реального плаща-невидимки, поиска технических решений данной задачи. В процессе своего исследования я постараюсь понять, как работает «невидимость», проведу эксперимент.

В исследовательском проекте по физике на тему «Плащ невидимка: миф или реальность?» я проведу анкетирование обучающихся нашей школы о знаниях в области создания плаща-невидимки в современном мире.

Оглавление

Введение
1. Опрос о плаще-невидимке.
2. Как работает «Невидимость»
1.1. Способ стать невидимым №1.
1.2. Способ стать невидимым №2.
1.3. Способ стать невидимым №3.
1.4. Способ стать невидимым №4.
3. Эксперимент «Камуфляж»
Заключение
Литература

Введение

Возможность по своему желанию становиться невидимым столетиями входила в первую тройку величайших человеческих желаний наряду с полетами и способностью видеть то, что далеко.

Созданием реального плаща-невидимки учёные занялись лишь четверть века назад, однако за столь короткий промежуток времени они успели найти сразу несколько технических решений этой задачи.

Цели и задачи:

План работы:

1. Опрос о плаще-невидимке

Ученикам нашей школы были заданы вопросы:

Результаты опроса:

1. «Хотели бы вы иметь плащ-невидимку?»
Был ответ «Да».

Но есть и те, которые не хотят иметь плащ-невидимку.

2. На вопрос «Зачем нужен им плащ-невидимка» школьники ответили:

Ну а другие не сказали зачем он им нужен.

3. На последний вопрос «Как вы думаете в современном мире при техническом прогрессе есть ли возможность создания плаща-невидимки?» школьники ответили, что в нашем мире недостаточно технологий для изобретения плаща, ну а кто-то, надеясь на это ответил, что возможность есть.

Источник

Плащ-невидимка: действительно ли существует материал, способный сделать человека невидимым?

Научные технологии шагнули далеко вперед. Поэтому, времена, когда плащ-невидимка существовал только в сказках, остались в прошлом. Сегодня ученые знают, как сделать объект невидимым. Это совершенно новый уровень маскировки. Теперь костюм-невидимка – это не просто одежда из ткани, имитирующей цветовую гамму местности. Это изделия, которые на самом деле делают объекты невидимыми человеческому глазу.

Невидимая ткань – реальность?

Свойства невидимых для человеческого глаза материалов известны ученым довольно давно. Их описал еще в 1967 году советский и российский физик Виктор Георгиевич Веселаго. Он признан пионером в области оптики материалов. На основе работ Мандельштамма Веселаго теоретически предположил, что если создать материал с отрицательным показателем преломления, то он может стать невидимым.

Реализована на практике эта теория была лишь в 2000 году группой американских ученых под руководством Дэвида Смита. Был создан первый материал со свойствами, описанными Веселаго. С этого момента стало активно развиваться направление физики, изучающее искусственные структуры, получившие название метаматериалы.

Профессору калифорнийского университета в Беркли Чжан Сяну удалось создать настоящую невидимую ткань. Доказательством тому стал, нашумевший в социальных сетях ролик, где показано на практике, как работает это изобретение. Прозрачная мантия из квантового материала полностью делает невидимым человека. Некоторые утверждают, что такой плащ-невидимка уже нашел применение для экипировки военных в китайской армии. Скептики же, ищут подвох в кадрах видео-ролика.

Плащ-невидимка из ткани Quantum Stealth

Компания Hyperstealth (Канада) начала выпускать специальную камуфляжную ткань Quantum Stealth. Этот особый материал невидим для человеческого глаза, так как имеет свойство обводить световые лучи вокруг объекта, на которого надет плащ-невидимка из него. Более того, живой объект становится невидим для тепловизоров и приборов ночного видения. Также он не отбрасывает тени.

Считаете, что такое невозможно? Кто знает. Ведь эти разработки не попали в широкое производство. Плащ-невидимка предназначен исключительно для американских, а также британских и канадских военных, поэтому купить его нельзя.

Плащ-невидимка для морских пехотинцев

По другому принципу работает плащ-невидимка, который создали для военных морских пехотинцев ученые университета Дьюка. В основе ткани этих изделий содержится белок рефлектин, который присутствует у морских обитателей – кальмаров, осьминогов. Именно он позволяет этим существам маскироваться. Рефлектин умеет подстраиваться под лучи света разной длины и преломлять их особым образом, делая объект невидимым.

Где купить плащ-невидимку?

К сожалению, купить плащ-невидимку пока что нельзя нигде. Разве что детскую игрушку Wizarding World Harry Potter. Это реплика мантии-невидимки из Гарри Потера. Она пошита из серебристой ткани. Но, увы, делает невидимым человека лишь для фото- или видеосъемки через специальное приложение. К тому же, цена такого плаща-невидимки в обычных магазинах довольно высока. Дешевле можно купить мантию-невидимку в китайском магазине Алиэкспресс.

Но, не стоит терять надежды. Все секреты когда-нибудь раскрываются. Возможно, и эта технология вскоре станет доступной для широкого производства, и вы сможете купить костюм-невидимку в ближайшем магазине для охотников и рыболовов.

Источник

Плащ-невидимка становится реальностью

Ученые нескольких стран близки к созданию такого материала, который делает человека или любой иной объект незаметным для окружающих. Однако в нынешних условиях мало создать визуальную обманку для человеческого глаза. Настоящий плащ-невидимка должен маскировать объект по десяткам различных параметров. И ученые-изобретатели работают над этим.

В свое время японцы пытались решить задачу создания плаща-невидимки, что называется, в лоб. Они создали специальный плащ, на одной стороне которого располагались сотни мини-видеокамер, а на другой — сотни маленьких экранов. В активированном состоянии камеры снимают пространство за спиной скрываемого объекта и передают картинку на экраны впереди него. В итоге, покрытый таким плащом объект как бы закрывают телевизионной картинкой пустоты. Однако этот путь является тупиковым. Да и сама идея плаща-невидимки подменялась идеей телевизионной иллюзии.

Параллельно ученые ряда стран занимаются поиском и созданием материалов с особыми свойствами, которые должны работать со светом и учитывать его природу. Ученые из Сингапура представили свою версию невидимых технологий. На конференции TED в Лос-Анджелесе они показали прозрачный куб. Кристаллы оптического кальцита позволяют преломлять лучи таким образом, что находящийся за кубом объект становится незаметным. Сингапурцы, впрочем, уверены, что кальцит скорее будут использовать для для улучшения качества передачи по оптоволокну, а также при создании новых цифровых фотокамер.

Волновая природа света подтолкнула ученых к идее создать такой материал, который эти волны будут вынуждены обтекать. Он позволяет волнам визуально скрывать объекты, создавая эффект невидимости. При этом лучи должны сходиться вновь за объектом, сохраняя свое первоначальное направление. Для этого необходимо использовать метаматериалы с необычными свойствами. Первые подобные материалы появились в 2006 году. Ученые из университета Техаса заявляют о том, что им удалось создать одну из версий подобного материала, которому они дали название «метаэкран». Этот сверхтонкий и гибкий материал создан из нитей медной и поликарбонатной пленки.

При этом в Техасе применили иной подход. Волны не обтекают материал, ультратонкая пленка рассеивает и нейтрализует ультракороткие волны: сам материал оказывается тоньше длины волны. Пока такая накидка делает невидимым относительно небольшие объекты. В ходе опытов ученые скрывали керамический цилиндр высотой 18 сантиметров, который оборачивали «метаэкраном». Невидимым объект становился при просмотре его через микроволновый сканер. Именно микроволновое электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм (частота 300 ГГц) до 1 м (300 МГц) используется в большинстве радаров.

Тем не менее, развивая модель техасские ученые смогут закрыть объект от видимого излучения, которое аналогично микроволнам и инфракрасным волнам. Скорее всего именно этот подход станет магистральным в деле создания современных маскировочных материалов. В Массачусетском технологически университете работают над аналогичным материалом, который воздействует на электромагнитное поле. Пока создана только компьютерная модель специальных наночастиц.

Предполагается, что созданный из них материал не будет заставлять частицы обтекать его, а просто пропустит электроны сквозь себя, как будто препятствия не существует вовсе. И в этом случае «невидимость» является скорее дополнительным свойством. С этой технологией предполагается улучшать материалы, используемые в термоэлектрических устройствах, соединив в них качества высокой электропроводностью с низкой теплопроводностью.

Также эти наработки можно будет использовать для создания переключателей в электронных средах. И кстати, невидимость объекта для невооруженного человеческого глаза в современных условиях сама по себе мало чего стоит. Объект может быть засвечен волнами другого типа, вычислен по излучению мобильного телефона и т. д. Работающих технических устройств различного типа разработано достаточно.

Поэтому актуальным становится создание материала, который способен маскировать носителя по десяткам, если не сотням параметров. Нечто подобное, но пока на основе собственных скромных возможностей создает дизайнер Адам Харви из Нью-Йорка. Он пытается использовать поднимающееся в Штатах беспокойство по поводу применения беспилотников для тотальной слежки за людьми. В прошлом году в ходе разбирательств по иску от Фонда электронных рубежей (EFF) правительство США признало наличие на территории страны уже 64 работающих баз беспилотников.

Харви представил линию одежды Stealth Wear из никель-металлизированной ткани, которая скрывает тепловой излучение тела, позволяет прятаться от инфракрасных камер беспилотников. Ранее Адам работал над различными видами причесок, которые позволяют обмануть камеры видеонаблюдения. Также он представил чехол для мобильного телефона, блокирующий радиосигналы, которые могут выдавать местоположение владельца телефона.

Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника»

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен

Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.

Источник

Магия в реальной жизни: ученые создали плащ-невидимку

Любой, у кого есть доступ к зеленому экрану, может легко сделать себе плащ-невидимку, и этим активно пользуются при производстве фильмов. Поэтому отношение к устройствам, которые делают вас невидимыми в реальной жизни, обычно скептическое. Однако теперь у фанатов Гарри Поттера есть отличный повод для радости — создан настоящий работающий «плащ-невидимка». Хотя, как это обычно бывает, на деле все не так радужно.

Называется этот амбициозный проект Quantum Stealth, и занимается им канадская компания Hyperstealth Biotechnology Corp., основной род деятельности которой — военный камуфляж. Ее генеральный директор, Гай Крамер, целое десятилетие смутно намекал про свои достижения в области невидимости, однако не предоставлял публике ничего, кроме компьютерных рендеров. Все уже начинали считать его обычным шарлатаном, однако недавно он опубликовал видео, показывающее реально рабочий прототип «плаща-невидимки».

Да, как видите, заходя за специальное пластиковое покрывало, Крамер становится почти полностью невидимым — остается лишь смутная тень. В телефонном интервью изобретатель сказал, что люди после просмотра этого были либо впечатлены, либо предполагают, что он притворяется. Он воспринимает скептицизм как комплимент. «Если это работает настолько хорошо, что вы думаете, что я притворяюсь, то я выполнил свою задачу», — говорит Крамер.

Вообще говоря, в «плаще-невидимке» Quantum Stealth нет ничего квантового. Обычно этот термин относится к микроскопическим структурам на уровне атомного ядра, где перестают корректно работать законы привычной нам классической физики. Так вот — здесь работает именно последняя. «Это классика с точки зрения Галилея», — отмечает Дункан Стил, физик из Мичиганского университета.

Какой же ключ к этой невидимости? Обыкновенные линзы. Ну ладно, не совсем обыкновенные — их научное название «лентикулярный растр».

Если вы или ваши дети учились в школе в конце 90-ых или начале нулевых, вы скорее всего знакомы с ними. Помните такие шершавые голографические наклейки, которые давали разные картинки под разными углами? Вот это они и есть. На самом деле, на этих наклейках не одно изображение, а несколько, разделенных на тонкие полоски, перемежающиеся друг с другом. А сам лентикулярный растр представляет собой массив плоско-выпуклых собирающих цилиндрических линз, который позволяет под углом увидеть только те полоски, которые относятся к одному определенному изображению. В итоге, поворачивая такую наклейку или постер, вы можете увидеть сразу несколько изображений, которые обычно складываются в какое-либо движение для наглядности.

Крамер понял, что прозрачный лентикулярный растр может искривлять весь спектр видимого света (он также может искривлять ближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны). Он со смехом рассказал, что физики скептически относились к тому, что нечто подобное возможно. «Физики говорили: мы знаем, что можно искривлять свет одной определенной длины волны. Но вы не можете делать это с двумя длинами волн одновременно, если одна красная, а другая синяя. И уж точно не со всем видимым спектром», — говорит он.

На гифке, облетевшей весь интернет, показаны уложенные вместе цветные карандаши, на которые смотрят как раз через лентикулярный растр. Когда он расположен горизонтально, то через него видны только горизонтальные карандаши. Но стоит повернуть его на 90 градусов, как горизонтальные карандаши размываются, а вертикальные наоборот, становятся четкими. Магия и трюки, скажете вы? Нет, это просто физика.

Линзы преломляют свет при прохождении через них. Вместо того, чтобы продолжать движение по прямой линии, свет замедляется и рассеивается под разными углами, создавая пятна, через которые свет больше не проходит (Крамер называет их «мертвыми точками»). Если человек или вертикальный объект находятся в мертвой точке вертикальной цилиндрической линзы, то свет не попадет на них — иными словами, они станут практически невидимыми.

Заметьте, что Крамер стратегически верно выбрал фон на первой гифке: что размытый зеленый фон, что не размытый — они выглядят одинаково. А вот горизонтальная лепнина и плинтус в вертикальных линзах остаются четкими, что усиливает эффект невидимости.

Действительно, лепнина и плинтус, которые видны через «плащ-невидимку», на деле прижатые в центре к друг другу изображения левой и правой частей экрана, объясняет Джозеф Чой, инженер по оптическим технологиям в Raytheon. Крамер это хорошо показывает на гифке ниже, где он светит лазером через лентикулярный растр.

Свет, проходя через него, рассеивается и создает две полоски по бокам от непрозрачного объекта. И, двигая лазер, можно добиться такого эффекта, что обе полоски света соединятся на стене сзади — то есть там, куда по сути свет не может добраться из-за непрозрачного объекта.

Первая версия «плаща-невидимки» была максимально проста: огромный лентикулярный растр из вертикальных линз. Он позволял Крамеру скрываться от глаз на однородном фоне без вертикальных предметов, но все-таки маскировка была размытой и слегка искаженной.

Вторая версия была уже куда лучше: Крамер добавил еще один кусок лентикулярного растра за первым. Это позволило создать гораздо более четкое изображение, особенно если скрывающийся человек находится на расстоянии около 8 метров от наблюдателя. Всего он создал более десятка версий, и в последней на данный момент, 13-ой, «плащ» представляет собой два листа лентикулярного растра, слегка сдвинутых друг от друга. Но общая суть остается та же: вы не становитесь невидимым, просто фоновые изображения по обе стороны экрана, слева и справа от человека за ним, сжимаются и размываются посередине, тем самым скрывая его.

Будучи аспирантом, Чой из Raytheon работал в команде, которая разработала «Рочестерский плащ» (гифка ниже) — устройство, которое направляет свет вокруг объекта с помощью четырех маленьких линз и источника света. Оно вполне успешно работает со всеми длинами волн видимого света (это видно на гифке ниже), но только на очень маленькой площади. К тому же линзы для каждого объекта приходилось смещать — в общем, до практического применения этой технологии было далековато.

Чой утверждает, что Quantum Stealth на самом деле не является «плащом-невидимкой» в чисто научном смысле. «Когда мы говорим про невидимость, это означает, что вы посылаете свет через среду с предметом, и он получается именно таким, как если бы этого предмета не было», — говорит он. «Это на самом деле очень трудно сделать».

«Идеальный плащ», по его словам, будет создавать такое изображение, которое можно просматривать со всех сторон, без смещений, искажений или изменений по сравнению с реальным фоном. По мнению Чоя, Quantum Stealth больше похож на умный фильтр для Photoshop в режиме реального времени — тот, который размывает объекты. «По сути, это стирает вас. Вы не исчезаете полностью — вы размываетесь», — говорит он.

«Не будет идеального плаща-невидимки в том смысле, что он не будет работать всегда, во всех местах, на всех длинах волн», — добавляет Чой. «Но если вы сможете заставить его скрыть вас хотя бы от видимого света, то он уже станет практичным».

Основная цель изобретения Крамера — это военный камуфляж. Он считает, что в полевых условиях Quantum Stealth может эффективно замаскировать цель и, в некоторой степени, ее движение. И, по его словам, если такой «плащ» и не сможет что-то скрыть, то он, по крайней мере, исказит изображение, чтобы цель перестала идентифицироваться.

Ключ к потенциальному успеху новой технологии лежит в простоте дизайна. Quantum Stealth не требует источника питания, он легкий, тонкий и простой в использовании. «Вы просто вручаете его солдату и говорите держать его перед собой, и это все, что им нужно знать», — говорит Крамер.

Источник