211service.com
Kinesiska forskare gör en osynlighetsmantel på 15 minuter
När det kommer till osynlighetskappor är ett av de svåraste problemen hur man gör sakerna.
De valda materialen är kända som metamaterial som skapas genom att montera ett återkommande mönster av strukturer som interagerar med ljuset de är designade för att täcka. Denna typ av detaljerad montering gör att tillverkning av metamaterial är en dyr och tidskrävande process. Dessutom är de resulterande osynlighetskapporna aldrig perfekta
Så fysiker har börjat undra om de kan klara sig lika bra med andra material som är enklare och enklare att göra.
Deras tillvägagångssätt skiljer sig helt från den teoretiska ljusböjande matematik som fysiker har använt fram till nu. Detta nuvarande tillvägagångssätt fungerar genom att försöka styra elektromagnetiska fält runt ett föremål på ett sätt som döljer det. Det nödvändiga materialet måste kunna upprepa denna typ av ljusförvrängning i verkligheten.
Det nya tillvägagångssättet är att skapa en datormodell av kappan i form av ett konventionellt material med fasta ljusböjningsegenskaper.
Modellen simulerar hur detta konventionella material förvränger ljus när det passerar förbi. Datorn ändrar sedan materialets form och topologi för att minska denna distorsion.
Genom att upprepa denna process många gånger är det möjligt att hitta en topologi som minimerar förvrängningen av ljus så att det förblir mer eller mindre oförändrat när det passerar förbi. Resultatet är en osynlighetsmantel; inte en perfekt men en som kan hålla sig mot många av de som är gjorda av metamaterial.
Åtminstone är det teorin. Så kallad topologisk optimering har varit lite mer än ett glimt i ett fåtal tillämpade fysikers ögon. Tills nu.
Idag har Lu Lan vid Zhejiang University i Kina och några kompisar faktiskt skapat den första osynlighetsmanteln designad med topologioptimering. De skar ut det ur teflon och det tog dem alla 15 minuter med en datorstyrd gravyrmaskin. Tillverkningsprocessen för ett prov är avsevärt förenklad, säger de.
Den resulterande Teflon-ögonlockets osynlighetsmantel döljer en cylindrisk skiva av metall på storleken av pokerchips från mikrovågor. Men avgörande är att dess prestanda stämmer överens med förutsägelsen av datorsimuleringen.
Det är viktigt eftersom det för med sig osynlighetskappor till massproduktionens rike. Det finns ingen anledning till varför Teflon-ögonlock inte skulle kunna tryckas eller formas en masse.
Vad mer, Lu och co, så det finns ingen anledning till varför samma tillvägagångssätt kan fungera i optiska våglängder. En sådan cloaking-inställning kommer inte att vara ett stort problem att replikera i THz eller ens optiska spektrum, säger de.
Naturligtvis finns det utmaningar framför oss. Lu och co vill utveckla tekniken för att skapa kappor som fungerar över en rad frekvenser och i en rad vinklar. Om de kan tillverka dem billigt och enkelt för en kostnad som mäts i ören, finns det ingen anledning till att osynlighetskappor inte snart kommer att bli vardagliga föremål.
Ref: arxiv.org/abs/1308.6049 : Experimentellt demonstrerade en enkelriktad elektromagnetisk mantel designad av topologioptimering