| 词条 | 隐身衣 |
| 释义 | 人之所以能看到物体，是因为物体阻挡了光波通过。如果有一种材料敷在物体表面，能引着被物体阻挡的光波“绕着走”，那么光线就似乎没有受到任何阻挡。在观察者看来，物体就似乎变得“不存在”了，也就实现了视觉隐身。 问世可能美国和英国科学家最近完成了视觉隐身技术的原理研究。科学家称，只要制造出性能合适的材料，实用的“隐身衣”完全可能在近期问世。 美国杜克大学和英国伦敦帝国学院科学家的这一成果发表在新一期《科学》杂志网络版上。他们说，视觉隐身的原理实际上是引导光波等“转向”，如果能在现实中实现，它将在诸多领域得到应用。 材料制作杜克大学教授戴维·史密斯等人说，要制造这种扭曲光波的材料，关键是材料的晶格结构特性，而不是其物质构成。他们从麦克斯韦方程出发，推导出了决定材料结构的一套方程式，人们可以按这套方程式来制造隐身材料。史密斯表示，他们有能力在18个月内制造出符合他们方程式描述的材料。 运用区域科学家说，视觉隐身材料可以用于军事领域，让军事设施、部队等从敌人眼前“彻底消失”。由于光波属于电磁波的一种，按他们的方程式也可以设计出能让其他波段电磁波“扭曲”的材料。比如，能让微波扭曲的材料如果用于无线电通信，就可以减少某些物体对通信的阻碍。 其他科学家在同一期杂志上评论说，所谓“隐身”，实际上躲不过多波段电磁波的探测，能扭曲一种波的材料，对其他波长的电磁波就无效了。但通过一些改进，可以将视觉隐身的效果提高。 视觉伪装2004年，日本东京大学教授推出了一款宽大外衣，人们只需穿上这件外衣，就可以让人“难以辨认”。 事实上，这款名为“隐身衣”的发明并非是真正的隐身，它只是利用“视觉伪装”而达到让人无法辨明的目的。 它是由回射性物质构成，具体的做法是在整个衣服上涂上了一层回射性物质，衣服上还装配了照相机。 原理是将衣服后面的场景由摄影机拍摄下来，然后将图像转换到衣服前面的放映机上，再将影像投射到由特殊材料制成的衣料上。 这套技术吸引了军事专家的极大注意，他们对是否能开发出一种帮助部队隐身的技术很感兴趣。 相关技术《科学》杂志刊登06届混合班刘若鹏院友成功实验实现宽频带隐身斗篷 发布人员：shenlm 发布时间：2009-01-20 10:17 浏览次数：7998 美国杜克大学及中国东南大学的科学家近日宣布，他们已研制出一种可以扭曲微波的隐身斗篷。看来，实现《哈利波特》小说中的隐身斗篷的日子已经不远。该成果在2009年1月16日的顶尖期刊美国《科学》杂志刊登。 这种斗篷的运作秘诀就在于它能令微波的路径变弯。它的设计如果完美，那么穿着的人或它覆盖的建筑物和工业用地都会隐身。这种斗篷其实以数千块细小的“特异材料”片制成。这种人造纤维玻璃般的物料能控制光线。研究员透过一系列复杂的计算辅助，把这些“特异材料”片排列成可以“抓取”微波和令它们的路径变弯。这种五十点八厘米乘以十厘米大、不足二点五厘米高、仿如一块浴垫的斗篷，在罩着物件时能令微波弹离表面射向镜面。斗篷能如水绕过鹅卵石而流般“愚弄”光波绕过一个物件。在正常情况下，光一照到物件，光就会弹离物件的表面，照射到肉眼去，从而令物件可见。而光的偏斜能令观者看透物件后方，因而令物件隐形。 在2006年公开这种斗篷的原型的研究员、美国杜克大学电机及电脑工程教授Smith说：“原来的设计和最新的模型具有天差之别。新设计所掩盖的波谱要广阔得多，几乎没有界限，而且更容易接触到红外线和看得到的光。” 文章第一作者，该项目的负责人刘若鹏说：“斗篷使物件隐形的能力，能发展出其他各种隐身功能。关键的技术在于复杂的特异材料的设计”这种复杂的设计得益于刘若鹏等研究员长时间合作开发出来的特异材料快速设计系统，才使得成千上万种复杂的电磁微结构在很短的时间内全部自动设计完成。“利用快速设计系统做出这件隐身斗篷只需要花几天的时间，但是开发所有和这个工作相关的技术基础，我们和东南大学崔铁军教授科研组合作开发了很多年。”刘若鹏说，“最终的突破更得益于来自杜克大学统计系的季春霖博士为我们引进了许多先进的Bayesian统计算法” 在同一领域进行研究的英国伦敦大学帝国学院理论物理学家约翰．彭德里爵士高度评价该工作的里程碑的地位并预期军方可望在五年内利用这种技术来避免船舰和坦克被雷达的微波探测系统成功发现行踪。普渡大学电子工程系教授Shalaeve说：“这种快速设计系统是一个极其关键的进展，如果没有了这样的系统，在这个领域里将无法继续开发这样的工作。” 该项研究得到了多个单位机构的资助，其中包括美国空军、InnovateHan Technology公司、中国自然科学基金、Raytheon Missile System公司等。 附：文章第一作者刘若鹏博士为浙江大学06届竺可桢学院混合班校友。 使用技术让光线改变方向 伦敦皇家大学物理学家帕德瑞是报告作者之一，目前他和同事需要进一步完善隐身衣材料的制造工艺，这种材料可以让所有可见光和电磁辐射绕路而行。使用这种材料制作的衣服可以让光线改变方向，光线照在它身上，既不会发生反射，也不会产生阴影。 美国杜克大学教授戴维·史密斯是报告的第二作者，他以流水为例来说明隐身衣的功能，“把一块石头放到小溪中，溪流会绕过石头继续向前，隐身衣的工作原理与其基本相似。隐身衣可以把照射过来的光线引导到其他方向，因此你根本看不到隐身衣以及藏在里面的东西”。 获得资助美国国防部曾大力支持。 此前，科学家一直认为光线的传播都是有规律的，很难令其发生改变。2000年，史密斯领导的研究小组研制出一种网格状材料，称它可以改变光的传播路线。2003年，全球数座实验室先后确认了史密斯小组的研究结果，随后《科学》杂志将其列为当年的10大科学研究突破之一。这一突破自然法则的发明为隐身衣的研制奠定了基础。 显然，军事是隐身衣的重要用途之一。正因为这个原因，美国国防部大力资助了史密斯小组的研究工作。据称隐身材料可以用来隐藏侦察机，也可以保护进入敌军阵地的特种部队。史密斯小组还声称，对于一些有碍景观的丑陋工厂或炼油厂等建筑物，也可以包上一层隐身材料。还可以研发一些其他类型的隐身材料，用来改变地震波的方向，或者阻止放射性物质的泄漏。 隐形条件但是，目前来说，这种材料在理论上也还存在诸多局限。例如，如果你躲在隐身衣里面，别人看不到你的同时也意味着你看不到外面的任何东西。史密斯小组正在全力解决这一问题。此外，史密斯也承认，要想不被发现，躲在隐身衣里面的人必须静止不动。史密斯解释说：“隐身衣以及里面的东西不能改变形状，如果穿上它挥舞手臂或者到处走，就无法做到隐身。” 有人担心，如果大型建筑物披上这种材料，那么岂不是很多人都会撞到墙壁。史密斯说：“这的确有点危险，但我想每个人可能都曾经撞到过透明的玻璃门吧。” 相关设想解决不能移动、里面的人看不到外面等一些技术难题，最终实现真正的“隐身衣”，并最终能够成功应用到各个领域。 衣服由无数小芯片组成，每个芯片有自己的处理器，并且可以调用所有人眼球的信息，可以成像，发光，散热，制冷，透气等(其他的还没想到，呵呵)。当穿着隐身衣的人出现的时候，衣服的每个芯片将观察者原来看到的影像(你后边的物体)按照观察者的视觉信息在你的位置成像(距离因素也计算出来)；一些芯片模拟发光，将穿衣者产生的阴影效果出去(或抵消)；穿衣者周围空气由体温带来的影响也由芯片的制冷功能抵消；透气散热，这样隐身衣可将整个人体都包括(当然其他的物体披上芯片组成的衣服也可以实现隐身效果)…… 不易实现的因素：小芯片的功能使它的制作工艺不简单，信息库不够发达不能将所有人每天每时每刻的视觉信息都考虑到。 人造海市蜃楼据报道，这件“隐身衣”主要材料为金属和电路板材料的混合物，比如陶瓷或光纤合成物等等。这种材料吸收了特定的光线，人的肉眼是感受不到比较微弱的光线，就好像物体不存在一样。 这就像是海市蜃楼，在海市蜃楼中，热量引起光线变化，隐去了天空中出现的影像后面延伸的道路。隐身衣的设计者大卫-施伊格称：“我们创造了一个人造的海市蜃楼。它可以隐藏一些物体，让观察者从各个方向都无法察觉它的存在。” 这件“隐身衣”可以阻止探测物体的微波。像光线和雷达波一样，微波遇到物体时通常会反射回来，所以仪器就会发现这种物体，形成一个可以探测到的影子。 而隐身衣使用的特殊材料，可以让雷达波、光线或者其他的波绕过物体而不会反弹回来，进而达到不可视的效果。这就像是小河中的水流能够绕过一块平滑的岩石继续向前流去而不会反弹回来一样。 下步计划下一步要消灭“阴影” 不过这只是科学家“偷天换日”的第一步，今后科学家们还将对其进行改造和发展，从而制造出可以使人和其他物体“消失”的隐身衣。设计者称：“这个隐身衣只是二维的，而且还投下了一个小小的阴影。我们下一步是做出三维的隐身衣并消灭所有阴影。” 人们能够看到物体，是因为物体会将照射到其表面的光线分散开，并反射到人的眼睛里。这个隐身衣既可以减少光线的反射，同时也可以减少物体的影子。不过，目前两者还都没有完全被隐藏起来。 据介绍，在理想情况下这两者可完全“消失”，人们无法察觉到“隐身衣”和它隐藏物体的存在。 设计者称：“目前，我们只是使物体的影子和它反射的光线不易被人眼发现。这意味着它的背影仍然能够看得见，只不过是变暗了。今后我们还要改进它的结构，让它成为彻底的隐身衣。”设计者还补充说，人们甚至可以想像这种材料能够隐藏声音，不会产生震动。 成功可能今晨，中科院物理研究所光物理实验室研究人员告诉本报记者说，根据物理学界此前对隐身材料的研究和应用来看，开发出文中这种可以隐藏物体的“隐身衣”还是有可能的。 光物理学上的“隐身”是指在物体表面涂上一层特定材料，通过吸收其对应的特定波长，从而达到无法探测的效果。此前，这种光学原理已经在军事上被广泛运用。 比如在飞机或者潜艇上涂上可以阻断红外线的材料，雷达就很难探测到它们的存在。 不过，这种使可见光“隐身”的实际应用此前并不多见。由于红外线具有更好的保密效果，目前利用比较广泛的多为红外线的隐身技术。 据了解，由于可见光中包含多种波长的光线，因此如果找到能够吸收各种波长光线的材料绝非易事。因此，科学家开发出让人类实现隐身的神奇斗篷尚需时日。 美国的隐身技术可以在人们的视线里隐藏物体，同时也使得物体里面的人无法观看外面。如今中国已经发明了一种称之为反隐身层，从而解决了隐身衣技术带来的物体内部对外屏蔽的问题。 在上海交通大学进行的性能测试中，理论上的反隐身可以适用于所有的物体当然也包括隐身衣内的物体，通过反隐身材料附在隐身衣上即可让物体内的人们看到外面。 中国的反隐身层使用了各向异性的与隐身衣折射率相阻抗匹配的超材料。将反隐身材料贴在隐身衣上，一些光线可以按照在指定的路径渗透进来，从而使得内部的观察者可以看到外边。 此项研究成果将在9月15日举行的Optics Express上在线公布。 技术研究纳米织造隐身衣纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。被超材料包裹的人，怎样在不被看到的情况下看到外面？美国的材料学家关于超材料的发现和中国物理学家的反隐形材料研究，让隐形不再遥不可及。 超材料的隐形把戏弗拉吉米尔·沙拉耶夫（Vladminr Shalaev）造出了隐身衣。他不会魔术，也不懂魔法，身为美国印地安那州普渡大学的材料学专家，他通晓材料反射光线的秘密：“假如一样东西反射的光线根本没有到达你的眼睛会怎样？就跟你背对着它一样吧。”但是我们都知道怎样看见背对着的东西——只要有一面镜子帮助光线反射到我们的眼睛就成。“不过，即使你面对隐身斗篷，你还是看不见它。不仅如此，你会看到本应被它阻挡的东西。因为只要没有光从它上面反射到你的眼睛，你就看不到它。” 所谓“超材料”就是超出自然界固有的普通性质，具有超常材料功能的人工复合材料。它们并不存在于自然界，而是完全由科学家们在实验室研制出来。因此，科学家们尽可能根据需要赋予它们天然材料所不具备的超常物理性质，最终突破某些自然规律表现的限制。事实上，在自然界中确实存在着让光反射异常的材料。例如天然蛋白石就因其具有不完全光子带隙结构而有着强烈的反光，并且向不同的角度发射出不同的颜色光彩。这种光子带隙结构在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛以及海老鼠的毛也存在，正是它们使本来无色的生物体由于结构的发光而呈现出闪烁斑斓的色彩。 隐形和反隐形隐形材料一直没有被发现过，直到沙拉耶夫用人造原子、中继原子等工程学方法制造出超材料。这种超材料具有在三维空间整齐布阵的微小粒子，而且它们的尺寸达到了纳米级，在扫描探针显微镜观察下呈现出有序的微观结构：“当微观结构的尺寸与光波的波长相当时，就能够表现出某些光学和电磁学上的特异性。而我的材料结构比光波波长还小。” 事实上，普通的材料无论如何看似光滑，对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上一样，总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光子还要小，才有可能做出足以让光线如同激流经过鹅卵石一般的流线体。沙拉耶夫正是这样完成了他的隐身衣的材料。随后，他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得围绕着隐身衣的光线发生弯曲，致使人们看不见斗篷。 2008 年10 月，沙拉耶夫在美国《科学》杂志上把隐身衣的秘密公诸于世，同时向人们宣布：“只有超材料才能织就隐身衣。” 然而他志得意满之际似乎忽略了一个事实：当隐身衣把他遮得严严实实的时候，他也成为一只被缝在布袋里的小白鼠。别人看不见他，而他也什么都看不见。除非他挖两个洞露出眼睛，但是两颗悬在空中眨巴眨巴的大眼睛也足够把观众们惊倒了。现在，必须再给隐身衣设计一副配套的墨镜，才能做到完全隐身。 如果说，让人看不到墨镜的里面就好比隐形技术；那么，让戴墨镜的人能清楚地看到外面则可以称为反隐形技术。沙拉耶夫所没有解决的反隐形技术其实早已开始被其他科学家关注。 2007 年11 月，上海交大的陈焕阳博士在美国《应用物理快报》上公布了他对抗隐形技术的研究结构。他和同事们设计出一种光学属性与那些隐形斗篷完美匹配的材料：“用术语来说，就是一种各向异性负折射率材料，它的阻抗与隐形斗篷的正折射率相匹配。” 事实上，它的原理有点像是给手枪装上消音器：用相同频率的声波的波峰来填补所发出的声音的波谷，最终完全抵消空气振动。其实，沙拉耶夫只要将这样的反隐形材料贴在隐身衣上，就可以让一些光线按照指定的路径渗透进来，从而部分抵消隐身衣的效应。 陈焕阳和同事们研究的反隐形技术在隐身衣内产生了破坏隐身性能的效果，这已经初步解决了隐身衣内外之间无法通讯的问题。事实上，陈焕阳也同时在进行着隐形技术的研究，只不过不是为了做衣服。在他的设想中，可以利用隐形技术做出一道隐藏之门的设计：用隐形技术制作的材料置于大门的中间，就能让门看上去像是和周围的墙一样；而在门内的人则能够通过反隐形技术观察到外面的人的一举一动。这项技术也许将被开发于军事领域，难怪美国前驻华武官在美《防务新闻》网站上援引此例惊呼未来中国将对美国的隐形武器构成巨大威胁。 |
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