金魚游過(guò)放置在水中的隱身器件時(shí),，隱身效果很明顯,。 浙江大學(xué)供圖 披上一件隱身斗篷，在視野中瞬間遁形,，這是人類長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想,。日前，一只貓和一條金魚比人類提前“享用”了一種隱身衣,。浙江大學(xué)國(guó)際電磁科學(xué)院陳紅勝教授課題組與新加坡南洋理工大學(xué)張柏樂(lè)教授等研究團(tuán)隊(duì)合作,，使用玻璃制造出了可見光波段的生物隱形器件。這一最新成果發(fā)表在Nature Communications上,。 要隱身,，進(jìn)入隱身衣的光線必須跑得比外部光線快 在這個(gè)課題組的實(shí)驗(yàn)中，一只蹲在六邊形隱身裝置里的小貓,，在特定的某個(gè)角度,，光線可以直接繞過(guò)小貓，并回到原來(lái)的路徑出射,，產(chǎn)生小貓“隱身”的效果,。為了探究隱身衣對(duì)不同生命環(huán)境的適應(yīng)性，課題組還研發(fā)了一組適用于水中隱形的裝置：金魚游進(jìn)這件“隱身衣”,，身后的物體仍然一覽無(wú)余,。 “這意味著隱身器件不僅能夠隱藏像貓、魚這樣大的物體,，生物還能和隱身器件一起活動(dòng),，隱身效果并不會(huì)因此受到影響?！标惣t勝說(shuō),。 陳紅勝介紹說(shuō)，要研究“隱形”,，就要先明白物體為什么會(huì)“顯形”：當(dāng)電磁波照射到物體上時(shí)，會(huì)在物體上發(fā)生散射,。散射的電磁波被人眼等“感應(yīng)器”接收,，就能識(shí)別那里存在物體。 “目前應(yīng)用的隱身技術(shù),，大部分是通過(guò)吸收電磁波,，讓反射回去的電磁波達(dá)到最小，比如在可見光頻段,，這種技術(shù)就相當(dāng)于給物體穿了一件不反射光波的黑色的衣服一樣,，在黑暗的背景中不會(huì)被發(fā)現(xiàn),，但是在明亮的背景中卻反而更易被發(fā)現(xiàn)，因此這種隱身技術(shù)并不是人們通常所理解的隱身衣技術(shù),?！标惣t勝說(shuō)。 2006年,，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院研究者在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章,，提出了利用坐標(biāo)變換的方法設(shè)計(jì)隱身衣，既不反射也不吸收電磁波,，使電磁波能夠繞過(guò)被隱身的區(qū)域,，按照原來(lái)的方向傳播，從而使物體完全隱形,。這個(gè)隱身衣設(shè)計(jì)的“殿堂級(jí)”理論,，奠定了隱身衣研究的理論體系。它的核心思想是：通過(guò)材料表面折射率的改造,，讓光線“轉(zhuǎn)彎”繞過(guò)物體按原方向傳播,，就能將物體隱藏。此后,，隱身衣的研究得到飛速發(fā)展,，近年來(lái)成為電磁學(xué)、物理學(xué),、光學(xué),、材料科學(xué)及交叉學(xué)科非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。 陳紅勝打比喻說(shuō),，就像小溪里的流水,，經(jīng)過(guò)一塊石頭時(shí)，溪流會(huì)繞過(guò)石頭后再合攏了繼續(xù)向前,，如同沒有遇到過(guò)石頭一樣,。進(jìn)入隱身衣的光線要繞過(guò)物體，所以走過(guò)的路徑長(zhǎng),；沒有進(jìn)入隱身衣的光線是一條直線,，走過(guò)的路徑短。完美的隱身衣要求所有的光線保持相同相位,，因此進(jìn)入隱身衣的光線必須跑得比外部光線快,，這就要求隱身衣的材料對(duì)不同光線具有不同的折射率。 但要實(shí)現(xiàn)“完美隱身”的理想,，需要非常精密的納米加工技術(shù),，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，必須進(jìn)一步對(duì)理論進(jìn)行簡(jiǎn)化,，才有可能在一個(gè)頻帶較寬的電磁波頻段里研發(fā)出可以實(shí)用的隱身衣,。 從讓筷子隱形,，到隱身衣尺寸變大，隱身性能不斷提升 此次最新進(jìn)展,，源于陳紅勝課題組近兩年聚焦如何在可見光波段實(shí)現(xiàn)物體隱形的研究,。也就是說(shuō)，怎樣讓物體在人的肉眼前遁形,。他們提出了一種可見光波段多邊形隱身衣的設(shè)計(jì)方法,，通過(guò)均勻線性光學(xué)變換的方法，設(shè)計(jì)并簡(jiǎn)化了隱身衣的各個(gè)部分的參數(shù),，對(duì)于隱身衣從理論走向?qū)嵱闷鸬搅舜龠M(jìn)作用,。 “人眼對(duì)光線的相位和略微延時(shí)并不敏感，”陳紅勝說(shuō),，通過(guò)對(duì)理論體系進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化,，“隱身器件能夠使用更加易得的材料，也不需納米級(jí)工藝雕琢,，降低了隱身衣的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度,。” 在2012年,，陳紅勝課題組用一種自然界存在的雙折射晶體研發(fā)了一套柱形隱身器件,，實(shí)現(xiàn)讓一根筷子粗細(xì)的物體隱形。2013年,，課題組對(duì)隱身器件的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了全面的評(píng)估和設(shè)計(jì),，最終選用在工業(yè)上可以大規(guī)模制備的一種玻璃作為隱身衣的材料，將隱身衣的“尺寸”擴(kuò)增到直徑分米量級(jí)以上,，并且可以在任意極化的自然光下隱身,。 截至目前，這一可見光頻段的隱身器件還只能在特定的角度上取得理想的隱身效果,，如六邊形隱身器在正對(duì)六條棱角的角度具有較好效果,，而多邊隱身器僅有兩個(gè)角度能夠?qū)崿F(xiàn)隱身。 陳紅勝表示,，這一隱身器件將有望在安全,、娛樂(lè)和監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用。下一步將著力提升隱身的性能,，如增加隱身角度,、減輕裝置的重量等。 離應(yīng)用很遠(yuǎn),，但“哈里?波特”式的隱身衣有望成真 陳紅勝說(shuō)，由于隱身衣的研究存在幾個(gè)主要的技術(shù)瓶頸,，如材料參數(shù)苛刻,、不夠輕便等,，因此目前隱身衣的研究主要還處于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及測(cè)試階段，離應(yīng)用還有很長(zhǎng)的距離,。 據(jù)介紹,，目前隱身器件實(shí)驗(yàn)研究方面進(jìn)展主要可以歸為兩類：一類是地毯式隱身器件，物體躲在地毯式隱身器件下面,，對(duì)于上面的觀察者來(lái)說(shuō),，看到的效果就像平整的地面一樣，由此可以使物體得到隱身,，這一類地毯式隱身器件要求物體不能脫離地面,，主要是基于光線的反射，參數(shù)上相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)一些,。通過(guò)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的努力,，目前地毯式隱身器件已經(jīng)從微波段做到了光頻段，并且隱身的尺度也從幾個(gè)波長(zhǎng)的大小到達(dá)幾千個(gè)波長(zhǎng)的大小,。 第二類是人們通常所理解的“哈里?波特”式的隱身衣,，可以脫離地面移動(dòng)，這類隱身衣要求光線能夠繞過(guò)中間的隱身區(qū)域,，參數(shù)要求更加苛刻一些,。由于工藝設(shè)計(jì)的限制，目前國(guó)際上這部分的實(shí)驗(yàn)工作主要還是集中在微波波段,。 陳紅勝等人的工作屬于上述第二類型隱身器件的研究,。如從應(yīng)用的視角來(lái)看，可見光隱身如要能有較好的應(yīng)用,，必須要能夠?qū)掝l帶,、全方向、全極化工作,，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)最終目標(biāo)難度非常大,。 盡管如此，陳紅勝課題組和合作團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究可以工作在整個(gè)可見光頻段和任意極化的光波,，并選用了在工業(yè)上可以大規(guī)模制備的玻璃來(lái)實(shí)現(xiàn),，將這類隱身器件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的難度大大降低，預(yù)計(jì)未來(lái)這類隱身衣有望加速走入到人們的日常生活中,。 轉(zhuǎn)自人民網(wǎng)-科技 |