D’fhéadfadh an cumas solas a lúbadh timpeall ar réad agus an cúlra a thaispeáint, solas ag teacht isteach ó aon uillinn agus fad a bheith fíor mar gheall ar dhul chun cinn comhcheangailte i metamaterials, nanolenses, agus optics claochlaithe. Creidmheas íomhá: Ollscoil Rochester.

An bhfuil Feistí Cloak ag Teacht? Féadfaidh Solas Múnlaithe Meiteashonraí an Bealach a threorú

D’fhéadfadh sé gurb é an t-athróir cluiche a shamhlaigh muid i gcónaí é nanaitheicneolaíocht de dhá chineál éagsúla a chomhcheangal.

Fad is a bhí daoine ag scríobh faoi fantaisíocht, miotas agus ficsean eolaíochta, bhí aisling na dofheictheachta mar thosaíocht i gcónaí. Cé gur thug Star Trek an smaoineamh maidir le feiste clóca a chur ar an eolas coitianta, is é an rud is gaire a tháinig muid trí theicneolaíocht stealth a fhorbairt. B’fhéidir gurbh é an chéad chéim an dofheictheacht do radar, ar radaíocht leictreamaighnéadach tonnfhaid fhada é, ach chuir forbairtí le déanaí i metamaterials é seo níos faide fós, ag lúbadh solais timpeall ar réad agus á dhéanamh fíor-neamh-intomhaiste. Níos luaithe an tseachtain seo, tá ábhar nua ar a dtugtar meiteashonraí achromatacha leathanbhanda tar éis an speictream solais infheicthe iomlán a chlúdach den chéad uair. D’fhéadfadh comhcheangal na teicneolaíochta seo le clóca metamaterial an chéad ghaireas clóca solais infheicthe a chumasú. Seo an scéal.

Trí solas a lúbadh timpeall ar réad, d’fhéadfadh eolaíocht na optice claochlaithe an chéad ghaireas clóca 3D a oibriú. D’fhéadfadh dul chun cinn nua i meiteashonraí, má chuirtear i bhfeidhm go rathúil é, clóca a leathnú go dtí an chuid solais infheicthe den speictream. Creidmheas íomhá: Biteicneolaíocht Hyperstealth.

Faoi ghnáththosca, nuair a dhéanann tú bombardú ar aon ábhar le solas aon tonnfhaid, is é an t-iompar tipiciúil ná ionsú nó machnamh. Má shúitear an solas, cuirfear aon solas cúlra agus comharthaí doiléir, ag tabhairt foláireamh duit go bhfuil sé i láthair. (Is é sin le rá, ní bheidh an réad trédhearcach.) Má léirítear an solas, preabfar ar ais aon chomhartha a chuirfidh tú amach, ag soilsiú an ruda agus ag ligean duit é a bhreathnú go díreach. Cé go n-íoslaghdaíonn teicneolaíocht stealth an fhrithchaiteacht, dhéanfadh “gaireas cloak” fíor an solas timpeall ar réad a atreorú ó gach treo, ionas nach bhfeicfeadh duine ar bith, ó aon áit, na comharthaí cúlra, amhail is nach raibh an réad clócaithe ann ar chor ar bith.

Beagán níos mó ná deich mbliana ó shin, forbraíodh na chéad chlóca 2D, ag cur rudaí i bhfolach nuair a bhreathnaítear orthu ó uillinn ar leith. Inniu, táimid ag obair i dtreo clóca fíor 3D. Creidmheas íomhá: Igor Smolyaninov / Ollscoil Maryland.

Forbraíodh sciath speisialta, ilchisealach de shubstaint ar a dtugtar metamaterial, rud a chuireann ar chumas radaíocht leictreamaighnéadach pas a fháil go saor timpeall ar réad. Tá sé seo difriúil ó thrédhearcacht, nuair a tharchuireann solas trí ábhar; treoraíonn struchtúr metamaterial solas timpeall ar réad, agus é a sheoladh amach gan cur isteach sa treo céanna agus a tháinig sé isteach. Ag tosú i 2006, thug eolaíocht na optice claochlaithe deis dúinn réimse leictreamaighnéadach a mhapáil ar eangach casta, spásúil; nuair a dhéantar an eangach a shaobhadh, déanann an réimse amhlaidh, agus sa chumraíocht cheart, is féidir réad istigh a chur i bhfolach go hiomlán. Trí solas a lúbadh agus ansin gan lúbadh faoin méid ceart, is féidir rudaí a chloí le tonnfhaid solais áirithe. Amhail 2016, tá clóca meiteashiseal 7 gciseal tar éis an raon a leathnú ón infridhearg an bealach ar fad trí chodanna raidió an speictrim.

Ar chlé: Trasghearradh de shorcóir PEC gan teorainn, faoi réir tonn eitleáin. Is féidir na páirceanna scaipthe a urramú. Ar dheis: úsáidtear clóca déthoiseach, deartha ag úsáid teicnící optice claochlaithe chun an sorcóir a chlóca. Níl aon scaipthe sa chás seo agus tá an sorcóir dofheicthe go leictreamaighnéadach. Creidmheas íomhá: Physicsch / Wikimedia Commons.

Tá réimse na metalenses bainteach le metamaterials. Tá an mhaoin scaipthe chéanna ag an gcuid is mó de na gnáthábhair ar féidir leat lionsa a chruthú as priosma: nuair a théann tú solas tríd, moillíonn solas. Ach maolaíonn solas tonnfhaid dhifriúla méideanna difriúla, agus sin an fáth go bhfaigheann tú éifeacht “tuar ceatha” nuair a théann solas trí mheán, de réir mar a bhíonn solas dearg ag taisteal ar luas difriúil seachas solas gorm. Is féidir bratuithe a chur ar lionsaí atá múnlaithe go cúramach chun iarracht a dhéanamh an éifeacht laghdaithe crómatach seo a íoslaghdú, ach bíonn méid áirithe ann i gcónaí. Baineann ceamaraí nua-aimseartha úsáid as lionsaí iolracha chun deireadh a chur le laghdú crómatach a oiread agus is féidir, ach tá sé trom, toirtiúil, costasach, agus ní éiríonn leis 100%.

Taispeánann iompar an tsolais bháin agus é ag dul trí phriosma an chaoi a ngluaiseann solas fuinneamh éagsúil ar luasanna éagsúla trí mheán, ach ní trí fholús. Creidmheas íomhá: Ollscoil Iowa.

Go hidéalach, chruthódh meiteashonraí na tonnfhaid beag beann ar thonnfhad, rud a ligfeadh díriú síos go pointe amháin ar na scálaí is lú fiú. Is féidir le meiteashonraí a bheith an-tanaí (ar ord tonnfhaid solais amháin), tá siad furasta a dhéanamh, agus is féidir leo solas tonnfhaid éagsúla a dhíriú ar an bpointe céanna. Déantar an dul chun cinn le déanaí, a foilsíodh in Nature Nanotechnology, trí nanofins atá bunaithe ar tíotáiniam a chur i bhfeidhm. Bunaithe ar thonnfhad an tsolais theagmhais, treoróidh na nanafáin seo an solas trí chuid dhifriúil den ábhar, rud a ligfidh dó lúbadh faoin méid ceart, riachtanach chun go ndéanfar é a fhoirceannadh san áit a dteastaíonn sé uainn.

Tríd an teicneolaíocht núíosach a bhaineann leis an meiteashonraí nua seo, is féidir solas ó gach cearn den speictream a dhíriú ar phointe amháin, agus deireadh a chur le laghdú crómatach beagnach. Creidmheas íomhá: Jared Sisler / Harvard SEAS.

Láithreach, déanann sé seo lionsa níos saoire, níos éadroime, níos éifeachtaí. Mar a mhíníonn Wei Ting Chen:

Trí dhá nanafín a chomhcheangal in aon eilimint amháin, is féidir linn luas an tsolais san ábhar nanachstruchtúraithe a thiúnadh, chun a chinntiú go bhfuil gach tonnfhad san infheicthe dírithe san áit chéanna, ag úsáid meiteashonraí amháin. Laghdaíonn sé seo tiús agus castacht dearaidh go mór i gcomparáid le lionsaí ilchodacha caighdeánacha ilchodacha.

Cé gur cheart go mbeadh ceamaraí, gairis VR, micreascóip, agus teicneolaíochtaí míochaineacha agus méadaitheacha eile san áireamh i bhfeidhmiú láithreach na meiteashonraí seo, d’fhéadfadh go mbeadh comhleá níos fadtéarmaí de choincheap na metalens / nanofin le metamaterials díreach mar an greille naofa a éilíonn feiste clóca.

Trí chumhacht metalens, is féidir solas ag teacht isteach ó gach cearn den speictream feadh limistéar leathan a dhíriú síos go pointe. Más féidir an solas sin a lúbadh timpeall ar réad, a dhí-dhíriú, agus a sheoladh amach ina threo tosaigh, bheadh ​​fíorghléas cloakála againn. Creidmheas íomhá: WT Chen et al., Nanaitheicneolaíocht an Dúlra (2018), doi: 10.1038 / s41565–017–0034–6.

Ba é an dúshlán is mó atá roimh chlóca fíorshaoil ​​ná éagsúlacht mhór tonnfhaid a ionchorprú, toisc go gcaithfidh ábhar an chlóca a bheith éagsúil ó phointe go pointe go lúb (agus ansin gan lúbadh) an solas faoin méid ceart. Bunaithe ar na hábhair a aimsíodh go dtí seo, níor éirigh linn an chuid solais infheicthe den speictream a threá le clóca. Dealraíonn sé, áfach, go léiríonn an dul chun cinn nua seo i meiteashonraí más féidir leat é a dhéanamh ar feadh tonnfhaid chúng amháin, is féidir leat an teicneolaíocht nanafin seo a chur i bhfeidhm chun an tonnfhad atá clúdaithe go mór a leathnú. Chlúdaigh an chéad fheidhmchlár seo ar lionsaí achromatacha beagnach an speictream solais infheicthe iomlán (ó 470 go 670 nm), agus dá ndéanfaí é seo a chomhcheangal le dul chun cinn i metamaterials, dhéanfaí feistí clóca solais infheicthe a fhíorú.

Is eochairchéim amháin i dtreo fíorfheiste clóca é solas a lúbadh agus a dhíriú go pointe, beag beann ar thonnfhad nó an áit a dtarlaíonn sé ar do dhromchla. D’fhéadfadh an teaglaim de metalenses agus metamaterials an aisling sci-fi seo a thabhairt i gcrích. Creidmheas íomhá: M. Khorasaninejad et al., Nano Lett., 2017, 17 (3), lgh 1819–1824.

Cúpla bliain ó shin, rinneadh tuairimíocht nach bhféadfaí clóca dofheictheachta fíor-saoil a chur i bhfeidhm ach ar shraith tonnfhaid an-chúng ar feadh cúpla cumraíocht ar leith. Ceapadh go raibh sé dochreidte go bhféadfaí rudaí móra macrascópacha a chloí le héagsúlacht tonnfhaid. Sa lá atá inniu ann, b’fhéidir gurb é dul chun cinn i meiteashonraí, trí sholas tonnfhaid éagsúla a threorú chuig an áit cheart chun an toradh saor ó shaobhadh a theastaíonn uainn chomh géar sin a fháil, ach an fhionnachtain a theastaíonn uainn chun teacht ar fhíorghléas cloíte a chur in iúl. Mar a shamhlaigh Star Trek é den chéad uair, thóg sé na céadta bliain teicneolaíocht na clóca a dhéanamh foirfe. Anseo ar an Domhan, b’fhéidir nach mbeidh ach deich mbliana nó dhó ag teastáil uaidh. Más féidir an t-airleacan meiteashonraí is déanaí seo a chur i bhfeidhm go tapa ar chlóca metamaterial, d’fhéadfadh feiste clóca optúil, 3D a bheith ina réaltacht i dtodhchaí an chine dhaonna.

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.