ВІДЕО У спробі створити мис Гаррі Поттера вчені виявляють все більше можливостей
автор: I.C., субота, 4 січня 2014 р., 21:46
Хоча Святий Грааль метаматеріалів залишається здатністю робити предмети та людей невидимими для людського ока, вони також можуть мати більш відчутний комерційний вплив, використовуючи їх у більш приземлених цілях - від супутникових антен до бездротової зарядки мобільних телефонів.
Метаматеріали - це просто матеріали, що мають властивості, яких немає в природі, вони мають силу відхиляти електромагнітне випромінювання навколо предметів. Головне в тому, як вони зроблені. Складаючи матеріал - від фотонних кристалів до дроту та піни - на масштабі, меншому за довжину хвилі, якою потрібно маніпулювати, хвилю теоретично можна відхилити.
Ці властивості роблять метаматеріали найкращим інструментом вчених, які беруть участь у побудові пристроїв, що дозволяють маскуватись, включаючи так званий "плащ невидимості" - екран, який забезпечить невидимість речей, які вони охоплюють.
"Плащ невидимості був лише однією з речей, яку ми виявили - що ми маємо всю цю гнучкість у цьому матеріалі, і це ще одна річ, яку ми можемо зробити", - сказав Девід Сміт з Reuters в телефонному інтерв'ю Reuters. в університеті Дьюка, який вважається одним із батьків-основоположників метаматеріалів. "Ми однаково зацікавлені побачити цей перехід і змінити життя людей", - додав Девід Сміт.
Справді, подорож Сміта від лабораторії до фабрики показує, що хоча деякі метаматеріали стали синонімами накидок "Гаррі Поттер", їх переваги можна відчути в багатьох галузях промисловості та використання, починаючи з менша комунікація до будівель, захищених від землетрусів.
Девід Сміт, Розмова про метаматеріали 2013
Центральна точка метаматеріалів і пошук невидимості представлений хвилями. Якщо електромагнітні хвилі - будь то видиме світло, мікрохвилі або інфрачервоні хвилі - можуть відхилятися навколо об'єкта, то вони не були б видимі на цих довжинах хвиль. Довгий час вважалося, що світлом не можна управляти таким чином за допомогою природних матеріалів, оскільки їх оптичні властивості залежать від хімії атомів, з яких вони утворені.
Наприкінці 1990-х Сміт та його колеги експериментували із зміною геометрії матеріалів, виявивши, що вони можуть змінити спосіб взаємодії зі світлом або іншими типами хвиль - створюючи таким чином метаматеріали. За їх допомогою Андреа Алу, доцент Техаського університету в Остіні, заявив агентству Reuters, що вчені виявили, що "можливо, можна оскаржити правила та обмеження, які століттями вважалися кам'яним письмом".
В останнє десятиліття стався вибух у дослідженнях, заснованих на відкриттях Сміта, в спробі зробити об'єкти невидимими хоча б у якійсь формі світла.
"Наразі було кілька демонстрацій камуфляжу на видимих довжинах хвиль, тому насправді можливо замаскувати об'єкт, і все готово", - сказав Джейсон Валентин з Університету Вандербільта, який виконав одну з перші такі "плащі-невидимки". Однак вони мають обмеження, наприклад, що вони працюють лише на певних довжинах хвиль і лише під певними кутами. Але ці бар'єри швидко усуваються, говорить Джейсон Валентин.
Наприклад, у 2012 році Ярослав Уржумов з Університету Дьюка виготовив пластиковий плащ, відхилений мікрохвильовою піччю, за допомогою звичайного 3D-принтера, тоді як Alu побудував надтонкий плащ на електромобілі.
Лекція Ньютона 2013: професор сер Джон Пендрі з Імперського коледжу Лондона
Невидима армія?
Більша частина фінансування досліджень у цій галузі в США надходить від американських військових.
Уржумов заявив в інтерв'ю цитованому інформаційному агентству, що Міністерство оборони "є одним з найбільших американських спонсорів метаматеріалів та досліджень невидимості". з 2000 року дослідження метаматеріалів, показує веб-сайт установи.
Військовий інтерес до метаматеріалів в основному був зосереджений на створенні мантії для камуфляжу, сказав Мігель Наварро - Сіа з Імперського коледжу в Лондоні, який досліджував цю тему за фінансування Європейського оборонного агентства та армії США.
Але плащ-невидимка не повинен бути зловісним інструментом війни, пише Reuters.
Валентин Вандербільт пропонує архітектурне використання. "Ви можете використати цю технологію, щоб приховати колони опору від очей, щоб простір виглядав повністю відкритим", - говорить учений.
Інше можливе використання включає маскування частин літака, щоб пілоти могли бачити під кабіною або рятувати водіїв від сліпої зони машини.
"Більшість камуфляжних пальт по суті все ще перебувають на стадії досліджень", - сказав Онг Чонг Кім, директор Центру надпровідних та магнітних матеріалів Сінгапурського національного університету.
Зосередьтеся на тому, де
Неурядові організації та інші заявляють, що, хоча метаматеріали ще не можуть повністю замаскувати об’єкти, вони можуть бути використані для перенаправлення інших типів хвиль, включаючи механічні хвилі, такі як звукові та океанічні хвилі. Наприклад, на початку минулого року французькі дослідники відхиляли сейсмічні хвилі навколо спеціально розміщених отворів у землі, відбиваючи хвилі.
Громадська організація обговорила можливість того, що все те, що було отримано з реконфігурації геометрії матеріалів, може бути застосовано для відволікання цунамі навколо стратегічних будівель.
Олена Семучкіна з Мічиганського технологічного університету, піонерка камуфляжних пристроїв, зазначає, що антени можна маскувати, щоб вони не заважали одна одній, щоб люди могли бути захищені від такого шкідливого випромінювання або звукового тиску і запобігати руйнуванню будівель внаслідок землетрусів.
Метаматеріали також можуть поглинати та випромінювати світло з надзвичайно високою ефективністю - наприклад, ультразвуком з високою роздільною здатністю - або переорієнтувати світло на дуже невелику відстань. Це, за словами Ентоні Вікарі з Lux Research, "може бути використано для вдосконалення волоконно-оптичних мереж зв'язку або навіть для оптичного зв'язку в мікросхемах для підвищення швидкості обчислень".
Що таке метаматеріали
Комерційне використання
Дійсно, явно зростає апетит до комерціалізації унікальних властивостей метаматеріалів.
Однією з перших компаній, яка перейшла на комерційну, була компанія Rayspan Corp, компанія з Каліфорнії, яка вже не існує, антени якої включені в маршрутизатори WiFi від мережевого виробника Netgear Inc. та у додатковий смартфон, що випускається. від LG Electronics Inc.
Антени були меншими, рівними та ефективнішими за інші, але їх інтеграція в решту телефону виявилася складною, заявили колишні керівники компанії Rayspan. Представник LG заявив, що проект більше не активний і що LG не має наміру використовувати метаматеріали в інших продуктах.
"Одне, що я дізнався зі свого досвіду підприємця, полягає в тому, що технологічна галузь дуже схвильована тим, що відбувається в лабораторіях", - сказала Маха Ахур, співзасновник пізнього Райспана. "Але реальність, коли ви продаєте речі, зовсім інша", - додав Ачур. З тих пір патенти компанії були продані покупцеві, ім’я якого залишається невідомим.
Уроки засвоєні. Зараз акцент перенесено на використання метаматеріалів у продуктах та на ринках, де комерційну перевагу можна отримати легше.
Сміт, який побудував перші метаматеріали в 1999 році, очолив економічний наступ, працюючи з Intellectual Ventures, компанією з патентним портфелем, щоб запустити дві компанії: Kymeta Corp., яка виробляє плоскі панельні антени для зв'язку. та Evolv Technologies, яка сподівається випустити швидший, простіший та портативніший сканер аеропорту. Kymeta у партнерстві з супутниковими операторами Inmarsat та O3b Networks сподівається розпочати доставку на початку 2015 року.
Ці дві області були обрані з короткого списку з 20 потенційних ринків, пояснив Сміт, додавши, що "це однакові метаматеріали, що стоять за мантією, але ми шукали короткострокові програми".
Наступним ймовірним використанням споживачами може стати бездротова зарядка пристроїв - область, яка привертає увагу галузі, показує Reuters.
Марк Госток з ISIS Innovation Ltd, комерційної дослідницької фірми Оксфордського університету, заявив, що веде переговори з декількома виробниками технологій ISIS. Samsung Electronics також подала кілька патентів, пов’язаних з метаматеріалами та бездротовою зарядкою.
Інші компанії, які згадують метаматеріали в патентній інформації, включають Harris Corp., NEC Corp., Hewlett-Packard Co. та Panasonic Corp.
Врешті-решт матеріали будуть включені в повсякденне використання без зайвої суєти, каже Віль Маккарті, директор з технологій у виробництві смарт-вікон Денвера RavenBrick LLC та власник патенту, який, як він сподівається, зробить метаматеріалами використовувати для поляризації вікон.
"Люди, які купують ці товари, не матимуть уявлення про те, як вони працюють, і вони не будуть знати чи турбуватися про те, що вони роблять те, що раніше вважалося неможливим", - сказав Маккарті.
TEDxTalks: Андреа Алу, про метаматеріали та невидимість