Как Работят Наметалата За Невидимост

{h1}

С оптико-камуфлажната технология наметалото за невидимост е реалност. Научете какво е.

Признай го. Бихте искали да притежавате наметало за невидимост. Да си кажеш неудобно фалшиво парти на парти? Просто хвърлете вълшебната си дреха и изчезнете от смрадливия поглед на вашите колеги. Искате ли да чуете какво наистина казва вашият шеф за вас? Влезте право в неговия офис и вземете стоката.

Такива фантастични модни аксесоари станаха нелепо стандарт в света на научната фантастика и фентъзи. Всеки, от магьосниците до интергалактичните ловци на сафари, има поне една невидима блуза в гардероба си, но какво ще кажете за нас, бедните сокове в реалния свят?

Е, Мъгли, науката има някои добри новини за вас: наметалата за невидимост са реалност. Технологията далеч не е перфектна, но ако влезете в нашия високотехнологичен бутик за изчезващо облекло, ще ви преведем през вашите възможности за наметало за невидимост.

Първо, ще разгледаме някои прекрасни модели на въглеродни нанотръби - свежи от колекцията на UTD NanoTech Institute есен 2011 г. Тази нова технология е вдъхновена от същите природни явления, отговорни за пустинните миражи. Загрят чрез електрическа стимулация, острият температурен градиент между наметалото и околността предизвиква стръмен градиент на температурата, който огъва светлината далеч от потребителя. Уловката: Носителите трябва да обичат водата и да могат да се поберат в чиния на Петри.

Или може би предпочитате нещо, направено от метаматериали. Тези малки структури са по-малки от дължината на вълната на светлината. Ако са правилно конструирани, те насочват лъчи светлина около обект - подобно на скала, отклоняваща вода в поток. Засега обаче технологията работи само в две измерения и се предлага само в ултрапетитен размер от 10 микрометра.

Ако сте повече в ретро модата, има и оптичната камуфлажна технология, разработена от учени от Токиоския университет. Този подход работи на същите принципи на синия екран, използван от телевизионните прогнози за времето и холивудските филмови дейци. Ако искате хората да виждат през вас, тогава защо просто не снимате това, което е зад вас, и да го прожектирате върху тялото си? Ако пътувате с антураж от видеографи, това може да е наметалото за вас.

Готови ли сте да опитате някои от тези модели за размер?

Ефектът на мираж: въглеродни нанотръби

Тук виждаме превключването на многостенни въглеродни нанотръби (MWCT) от неактивен към активен, изчезващ от погледа в процеса.

Тук виждаме превключването на многостенни въглеродни нанотръби (MWCT) от неактивен към активен, изчезващ от погледа в процеса.

Първо, нека опитаме този плащ за невидимост на въглеродни нанотръби за размер и да опитаме чудесата на ефекта на миража.

Вероятно сте най-запознати с миражи от приказки за пустинни скитници, които гледат далечен оазис, но само за да откриете, че това беше само мираж - няма чудотворно езеро с питейна вода, само още горещ пясък.

Горещият пясък е ключов за ефект на мираж (или фототермално отклонение), като твърдата разлика в температурата между пясък и въздух се огъва или пречупва светлинни лъчи. Пречупването замахва светлинните лъчи към очите на зрителя, вместо да ги отскача от повърхността. В класическия пример за пустинния мираж, този ефект причинява появата на „локва“ на небето на земята, която логичният (и жаден) мозък интерпретира като басейн с вода. Вероятно сте виждали подобни ефекти върху горещи повърхности на пътното платно, като отдалечените участъци от пътя изглеждат да блестят с обединена вода.

През 2011 г. изследователи от Тексаския университет в Далас NanoTech Institute успяха да се възползват от този ефект. Използваха листове от въглеродни нанотръби, листове от въглерод, увити в цилиндрични тръби [източник: Aliev et al.]. Всяка страница е едва толкова дебела като една молекула, но въпреки това е здрава като стомана, тъй като въглеродните атоми във всяка тръба са свързани невероятно плътно. Тези листове са също отлични проводници на топлина, което ги прави идеални производители на мираж.

В експеримента изследователите нагряват листовете електрически, което пренася топлината в околността (петриева чаша с вода). Както можете да видите от снимките, това накара светлината да се огъне от листата на въглеродния нанотръб, като ефективно прикрива всичко зад себе си с невидимост.

Излишно е да казвам, че няма много места, на които бихте искали да носите мъничко, супер нагрято облекло, което трябва да стои потопено във вода, но експериментът показва потенциала на такива материали. След време изследванията могат да позволят не само наметала за невидимост, но и други устройства за огъване на светлината - всички те са с удобен превключвател за включване / изключване.

Метаматериали: огъване на светлинни вълни

На следващо място, нека се пъхне в наметало за невидимост, направено от метаматериали.

Метаматериалите предлагат по-завладяваща визия на технологията за невидимост, без да са необходими множество прожектори и камери. Първо концептуализирани от руския физик Виктор Веселаго през 1967 г., тези мънички изкуствени структури са по-малки от дължината на вълната на светлината (те трябва да бъдат, за да ги отклонят) и проявяват отрицателни електромагнитни свойства, които влияят върху това как един обект взаимодейства с електромагнитните полета.

Всички естествени материали имат a положителен рефракционен индекс, и това диктува как светлинните вълни взаимодействат с тях. Рефракционната способност произтича отчасти от химическия състав, но вътрешната структура играе още по-важна роля. Ако променим структурата на материал в достатъчно малък мащаб, можем да променим начина, по който пречупват входящите вълни - дори принуждавайки преминаване от положително към отрицателно пречупване.

Запомнете, изображенията достигат до нас чрез светлинни вълни. Звуците достигат до нас чрез звукови вълни. Ако можете да канализирате тези вълни около обект, можете ефективно да го скриете от изглед или звук. Представете си малък поток. Ако залепите торбичка, пълна с червено багрило, в течащата вода, нейното присъствие ще бъде видимо надолу по течението, благодарение на начина, по който променя оттенъка, вкуса и миризмата на водата. Но какво ще стане, ако можете да отклоните водата около чаената торбичка?

През 2006 г. Дейвид Смит от университета на Дюк взе по-ранна теория, представена от английския теоретичен физик Джон Пендри и я използва за създаване на метаматериал, способен да изкриви потока на микровълните. Метаматериалната тъкан на Смит се състоеше от концентрични пръстени, съдържащи електронни микровълнови изкривявания. Когато се активират, те насочват микровълните, специфични за честотата, около централната част на материала.

Очевидно хората не виждат в микровълновия спектър, но технологията демонстрира, че енергийните вълни могат да се движат около обект. Представете си наметало, което може да отклони сламата топка на третокласник, преместете я около носителя и я оставете да продължи от другата страна, сякаш нейната траектория я е поела, без да се движи, направо през човека в наметалото. Сега колко повече от участък би било да се отклони скала? Куршум?

Метаматериалите на Смит доказаха метода. Рецептата за невидимост се състои в адаптирането й към различни вълни.

Повече за метаматериалите следващи.

Най-малката граница

Метаматериалите, създаване на науката, не се срещат естествено. За да създадат минутните структури, необходими за пренасочване на електромагнитни вълни, учените използват нанотехнологии. Прочетете как работи нанотехнологиите, за да научите всичко за най-малките машини в света.

Метаматериали: невидими резервоари

Това оптично изображение показва метаматериалите на Университета в Мериленд в действие, насочващи светлинни вълни далеч от всеки централен кръг. Стрелките показват посоката на светлинните вълни.

Това оптично изображение показва метаматериалите на Университета в Мериленд в действие, насочващи светлинни вълни далеч от всеки централен кръг. Стрелките показват посоката на светлинните вълни.

През 2007 г. Игор Смолянинов от университета в Мериленд поведе екипа си още по-надолу по пътя към невидимостта. Включвайки по-ранни теории, предложени от Владимир Шалеев от университета в Пърдю, Смолянинов конструира метаматериал, способен да огъва видима светлина около обект.

Само 10 микрометра широк, наметалото на Purdue използва концентрични златни пръстени, инжектирани с поляризирана цианова светлина. Тези пръстени насочват входящите светлинни вълни далеч от скрития обект, ефективно го правят невидим. Китайските физици от Университета Ухан взеха тази концепция в звуковата гама, като предложиха създаването на плащ за акустична невидимост, способен да отклонява звукови вълни около обект.

Засега наметалата за метаматериална невидимост са малко ограничени. Те не са само малки; те са ограничени до две измерения - едва ли това, което ще трябва да изчезнете в пейзажа на 3-D военна зона. Плюс това полученото наметало щеше да тежи повече, отколкото дори един пълнолетен магьосник можеше да се надява да се нахвърли. В резултат на това технологията може да бъде по-подходяща за приложения като скриване на неподвижни сгради или превозни средства, като например резервоар.

Оптичен камуфлаж: променена реалност

Оптичната камуфлажна технология няма да ви направи невидими за многооките чудовищни ​​чудовища - или дори за бездомните котки и катерици.

Оптичната камуфлажна технология няма да ви направи невидими за многооките чудовищни ​​чудовища - или дори за бездомните котки и катерици.

Готови ли сте да се вмъкнете в някои старомодни оптически камуфлажни модели?

Тази технология се възползва от нещо, наречено технология с разширена реалност - вид технология, първоначално въведена през 60-те години от Иван Съдърланд и неговите студенти от Харвардския университет и Университета в Юта.

Оптичният камуфлаж доставя подобно изживяване като наметалото за невидимост на Хари Потър, но използването му изисква леко сложна подредба. Първо, човекът, който иска да бъде невидим (нека го наречем Хари), носи дреха, наподобяваща дъждобран с качулка. Облеклото е изработено от специален материал, който ще разгледаме по-подробно след малко.

На следващо място, наблюдател (нека го наречем професор Снейп) застава пред Хари на определено място. На това място, вместо да види Хари да носи дъждобран с качулка, Снейп вижда право през наметалото, което прави Хари да изглежда невидим. Горната снимка ви показва какво би видял Снейп. И ако Снейп отстъпи встрани и погледне Хари от малко по-различно място? Защо просто би видял магьосника магьосник, който носи сребърна дреха. Вероятно биха последвали извращения и задържания. За късмет на Хари, измисленото му наметало осигурява 360-градусова защита.

Оптичният камуфлаж не работи чрез магия. Той работи, като се възползва от нещо наречено технология с увеличена реалност - вид технология, първоначално въведена през 60-те години от Иван Съдърланд и неговите студенти от Харвардския университет и Университета в Юта. Можете да прочетете повече за разширената реалност в Как работи усъвършенстваната реалност, но тук ще бъде полезно бързо резюме.

Системите с усъвършенствана реалност добавят компютърно генерирана информация към сетивните възприятия на потребителя. Представете си например, че вървите по градска улица. Докато гледате към сайтове по пътя, се появява допълнителна информация, която да подобри и обогати нормалния ви изглед. Може би това е специалността за деня в ресторант или шоута в театър или автобусния график на гарата. Важното е да се разбере, че разширената реалност не е същата като виртуалната. Докато виртуалната реалност има за цел да замени света, разширената реалност просто се опитва да я допълни с допълнително полезно съдържание. Мислете за това като head-up дисплей (HUD) за ежедневието.

Повечето системи с разширена реалност изискват от потребителя да погледне през специален апарат за гледане, за да види сцена в реалния свят, подобрена със синтезирана графика. Те също така призовават за мощен компютър. Оптичният камуфлаж изисква и тези неща, но също така изисква и няколко други компонента. Ето всичко необходимо, за да изглежда човек невидим:

  • дреха, изработена от силно отразяващ материал
  • цифрова видеокамера
  • компютър
  • проектор
  • специално, полу-сребристо огледало, наречено комбиниране

На следващата страница ще разгледаме по-подробно всеки от тези компоненти.

Оптичен камуфлаж: Компоненти на плащ за невидимост

Оптичният камуфлаж работи, като се възползва от нещо, наречено технология с увеличена реалност. Научете как работи и разберете какво влиза в наметалото.

Оптичният камуфлаж работи, като се възползва от нещо, наречено технология с увеличена реалност. Научете как работи и разберете какво влиза в наметалото.

Добре, така че имате вашата видеокамера, компютър, проектор, комбайнер и чудесен светлоотразителен дъждобран. Как технологията с добавена реалност превръща този странен списък за пазаруване в рецепта за невидимост?

Първо, нека разгледаме по-подробно дъждобранът: Той е направен от светлоотражателен материал. Тази високотехнологична тъкан е покрита с хиляди и хиляди малки мъниста. Когато светлината удари едно от тези мъниста, светлинните лъчи отскачат обратно точно в същата посока, от която са дошли.

За да разберете защо това е уникално, погледнете как светлината се отразява от други видове повърхности. Грапавата повърхност създава дифузно отражение, защото падащите (входящи) светлинни лъчи се разпръскват в много различни посоки. Идеално гладка повърхност, като тази на огледалото, създава това, което е известно като зрително отражение - отражение, при което падащите светлинни лъчи и отразените светлинни лъчи образуват абсолютно същия ъгъл с огледалната повърхност.

В ретро-отражението стъклените топчета действат като призми, огъвайки светлинните лъчи чрез пречупване. Това кара отразените светлинни лъчи да се движат обратно по същия път като падащите светлинни лъчи. Резултатът: Наблюдател, разположен при източника на светлина, получава повече от отразената светлина и следователно вижда по-ярко отражение.

Ретроотражателните материали всъщност са доста често срещани. Пътните знаци, пътните маркировки и отражателите за велосипеди се възползват от отражението, за да бъдат по-видими за хората, шофиращи през нощта. Филмовите екрани, намиращи се в повечето съвременни търговски театри, също се възползват от този материал, тъй като той позволява висок блясък при тъмни условия. В оптичния камуфлаж използването на светлоотражателен материал е от решаващо значение, тъй като може да се види отдалеч и отвън на ярка слънчева светлина - две изисквания за илюзията за невидимост.

Оптичен камуфлаж: Компоненти на плащ с повече невидимост

Както можете да видите на това изображение, преживяването наподобява ходенето директно пред екрана на филмова прожекция, само с реален фон.

Както можете да видите на това изображение, преживяването наподобява ходенето директно пред екрана на филмова прожекция, само с реален фон.

За останалата част от настройката видеокамерата трябва да бъде разположена зад обекта, за да заснеме фона. Компютърът взема заснетото изображение от видеокамерата, изчислява подходящата перспектива и трансформира заснетия образ в картината, която ще се проектира върху светлоотражателния материал.

След това проекторът свети промененото изображение върху дрехата, като свети светлинен лъч през отвор, управляван от устройство, наречено диафрагма на ириса, Тази диафрагма е направена от тънки, непрозрачни плочи, а завъртането на пръстен променя диаметъра на централния отвор. За да работи правилно оптичният камуфлаж, този отвор трябва да е с размерите на отвор. Защо? Това гарантира по-голяма дълбочина на полето, така че екранът (в този случай наметалото) може да бъде разположен на всяко разстояние от проектора.

И накрая, цялостната система изисква специално огледало, което да отразява проецираното изображение към наметалото и да остави светлинните лъчи, отскачащи от наметалото, да се върнат към окото на потребителя. Това специално огледало се нарича a разделител на гредатаили a комбинатор - полуосилено огледало, което едновременно отразява светлината (сребърната половина) и предава светлина (прозрачната половина).

Ако е разположен правилно пред очите на потребителя, комбайнерът позволява на потребителя да възприема изображението, подобрено от компютъра, и светлината от заобикалящия свят. Това е изключително важно, тъй като компютърно генерираното изображение и реалната сцена трябва да бъдат интегрирани изцяло, за да изглежда илюзията за невидимост да изглежда реалистична. Потребителят трябва да погледне през вдлъбнатина в това огледало, за да види разширената реалност.

На следващата страница ще разгледаме как се събира цялата тази система.

Оптичен камуфлаж: Цялостната система за невидимост

Един от начините да направите човек да изглежда прозрачен

Един от начините да направите човек да изглежда прозрачен

Сега нека да съберем всички тези компоненти заедно, за да видим как изглежда наметалото за невидимост, за да направи човек прозрачен. Диаграмата по-долу показва типичното подреждане на всички различни устройства и части от оборудването.

След като човек сложи наметалото, направено със светлоотражателен материал, ето последователността на събитията:

  1. Цифрова видеокамера заснема сцената зад човека, който носи наметалото.
  2. Компютърът обработва заснетото изображение и прави необходимите изчисления, за да коригира неподвижното изображение или видео, така че да изглежда реалистично, когато се проектира.
  3. Проекторът получава подобреното изображение от компютъра и свети изображението през отвор с размер на отвор на комбайнера.
  4. Сребрената половина на огледалото, която е напълно отразяваща, отскача проецираното изображение към човека, който носи наметалото.
  5. Плащът действа като филмов екран, отразяващ светлината директно обратно към източника, който в случая е огледалото.
  6. Светлинните лъчи, отскачащи от наметалото, преминават през прозрачната част на огледалото и попадат върху очите на потребителя. Не забравяйте, че светлинните лъчи, отскачащи от наметалото, съдържат образа на сцената, която съществува зад човека, който носи наметалото.

Човекът, който носи наметалото, изглежда невидим, тъй като фоновата сцена се изобразява върху светлоотражателния материал. В същото време светлинните лъчи от останалия свят са позволени да достигнат до окото на потребителя, което прави сякаш невидим човек съществува в иначе нормално изглеждащ свят.

Оптичен камуфлаж: Приложения за невидимост в реалния свят

Докато наметалото за невидимост е интересно приложение на оптичен камуфлаж, то вероятно не е най-полезното. Научете за някои приложения в реалния свят.

Докато наметалото за невидимост е интересно приложение на оптичен камуфлаж, то вероятно не е най-полезното. Научете за някои приложения в реалния свят.

Думите „наметало за невидимост“ са склонни да призовават образи на фантастично приключение, вълшебно шпионаж и измама от друг свят. Реалните приложения за оптичен камуфлаж обаче са далеч по-малко. Можете да забравите да скриете своя румънски кораб или да се мотаете в спалното помещение на дамските магьосници, но това не означава, че няма редица жизнеспособни приложения за технологията.

Например, пилотите, които кацат самолет, биха могли да използват тази технология, за да направят прозрачните подове в пилотската кабина. Това би им позволило да видят пистата и колесника само с поглед към пода (което би показвало гледката от външната страна на фюзелажа) По същия начин шофьорите не би трябвало да се справят с огледала и слепи петна. Вместо това те можеха просто да "погледнат" цялата задна част на автомобила. Технологията дори може да се похвали с потенциални приложения в областта на медицината, тъй като хирурзите могат да използват оптичен камуфлаж, за да видят през ръцете и инструментите си за безпрепятствен изглед на подлежащата тъкан.

Интересното е, че едно възможно приложение на тази технология всъщност се върти около правенето на обекти по-видими. Концепцията се нарича взаимно телесъществуване и по същество включва проектиране на външен вид на потребител върху робот, покрит със светлоотражателен материал. Кажете, че хирург е оперирал пациент чрез дистанционна контролирана роботизирана хирургия. Взаимното телесъществуване би осигурило на хората лекари, подпомагащи процедурата, с възприемането, че те работят с друг човек, вместо с машина.

В момента взаимното телесъществуване е научна фантастика, но учените продължават да натискат границите на технологията. Например, всепроникващите игри вече се превръщат в реалност. Всеобхватна игра разширява игралните преживявания навън в реалния свят, независимо дали на градските улици или в далечната пустиня.Играчите с мобилни дисплеи се движат по света, докато сензорите улавят информация за тяхната среда, включително тяхното местоположение. Тази информация предоставя игрово изживяване, което се променя в зависимост от това къде се намират потребителите и какво правят.

Не изчезвайте от нас. Имаме много повече връзки за вас, за да проучите следващия.


Видео Добавка: My new Minecraft House is EPIC! - LWIAY #0086.




Изследване


Едмонд Анри Фишер
Едмонд Анри Фишер

Как Парашутът Скача Без Парашут (И Оцелява)
Как Парашутът Скача Без Парашут (И Оцелява)

Наука Новини


"Дишащи" Ковчези На Ковчези На Мама, Иззети В Израел

Какво Причинява Обриви?
Какво Причинява Обриви?

Проучване На Лекарите Разкрива Лечението С „Най-Ниска Стойност“
Проучване На Лекарите Разкрива Лечението С „Най-Ниска Стойност“

Нов Начин Да Разгледате Старите Картини: Направете Рентгенови Лъчи, Ще Пътувате
Нов Начин Да Разгледате Старите Картини: Направете Рентгенови Лъчи, Ще Пътувате

Тази Птица Еволюира В Съществуване Два Пъти - Хиляди Години Освен
Тази Птица Еволюира В Съществуване Два Пъти - Хиляди Години Освен


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com