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3D界的魔法师 打造神奇隐形斗篷

日期:2015/02/05浏览:114075分享3D的世界:
隐形斗篷开始出现于微波领域中,利用各种超颖材料在物体周围曲折光线,从而使其隐身于微波中。尽管这将有助于隐藏导弹之类的物体免于雷达侦测,但截至目前为止,还没有人能成功地开发出一款能像哈利波特(Harry Potter)一样隐身于可见光谱中的隐形斗篷。

如今,美国利桑那大学(University of Arizona)以微波验证了这个概念,采用低成本的3D打印技术制造出隐形斗篷,并宣称可扩展到可见光谱的范围。此外,美国罗彻斯特大学 (University of Rochester)的研究人员也在同一天发表利用一般透镜就能在可见光波长下达到隐形的效果。

“我们正致力于解决一些超颖材料的根本挑战,而我们的结果将有助于未来的隐形斗篷研究与开发,”亚利桑那大学教授Hao Xin表示。


新式隐形斗篷利用主动式元件与被动式超颖材料,可望进一步缩减斗篷尺寸,使其更适合个人使用。当其他研究人员正致力于解决仅使用被动超颖料打造隐形斗篷的问题时,亚利桑那大学的研究人员们则采取一种将主动式半导体(以电池供电的穿隧二极体)整合于3D打印斗篷的途径。

Hao Xin利用3D打印机,以结合金属、塑料以及专用物质的超颖材料制造出带有细微铜导线电路板的多孔塑料球体,证实了这一概念的可行性。在以精确的几何图案进行配置时,研究人员利用负向折射曲折物体周围的波形。

“我们将主动式半导体元件整合于可补偿损耗甚至提供增益的被动结构中,从而扩展了频宽以及提供更多的设计自由度,”Xin表示。

截至目前为止,Xin仅利用一些具有增益的超颖材料电池,在3D印表机打造出小型的隐形斗篷原型。下一步,他打算研究如何利用增益提高超颖材料电池的数量,从而使大型的物体得以遁形,最终打造出实际的应用。

“我们最终希望能利用这种技术打造出大规模的物件,但其中的一项挑战是如何确保这种超颖材料的稳定性,特别是针对使用几百颗或更多电池单元的大规模物件,”Xin表示,“未来我们将进一步探索提高这种超颖材料频宽的可能性。”

除了目前仅能用于美国国防部作为隐形材料以外,Xin希望该技术也能在其他领域开启更多应用。“我们希望找到其他现实应用并加以建置,例如精巧且高性能的天线、生物医学成像设备,以及其他有关无线通讯与感测领域的诸多应用。”Xin预计在他的有生之年将能看到可见波长的隐形斗篷。

另一组在罗彻斯特大学的研究人员则迫不及待地希望尽快开发出可见光隐形斗篷,他们利用的是一般透镜来达到隐形的效果。



罗彻斯特大学的研究人员利用普通透镜,开发出隐身于可见光谱中的隐形斗篷。

以罗彻斯特大学教授John Howell、博士候选人Joseph Choi为主导的这项研究,利用了4片透镜打造出所谓的“多向完美近轴”(perfect paraxial)隐形斗篷。研究人员们表示其设计概念来自于《哈利波特》小说中隐形斗篷的启发。但是,研究人员们能够以更低的成本达到类似采用超颖材料的效果。

“我们利用了现成的材料,开发出首款多方向的隐形元件,”Choi在以下的视讯中表示。

研究人员们将这款隐形斗篷称为“罗彻斯特斗篷”(Rochester Cloak),只需曲折隐形物体周围的光线,就能使这款隐形斗篷伸缩成任意尺寸,而且能够隐形于所有的可见光波长范围。不过有一个缺点是它必须密集聚焦于透镜的中央传送光线,显示在轴线上的区域可能无法被覆盖掉。



利用超透镜在可见光波长下实现隐形斗篷

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