Ожившая фантастика

Шапка-невидимка хорошо знакома всем нам по сказочным сюжетам. А кто не зачитывался знаменитым романом Герберта Уэллса «Человек-невидимка»? В последние годы ученые активно работают над возможностью делать объекты невидимыми для разных целей. Для этого они разрабатывают специальные маскирующие материалы. Недавно журнал Physical Review Letters сообщил сразу о двух таких разработках.

В основе «плащей-невидимок», как их все дружно окрестили, как правило, лежат метаматериалы с тонкой структурой, имеющей свойства отрицательного коэффициента преломления электромагнитных волн, в том числе и световых. В итоге световые лучи как бы огибают объект, и сторонний наблюдатель видит только то, что находится позади него, а сам объект остается невидимым.
Первый шаг к созданию «плаща-невидимки» был сделан еще в середине 90‑х годов прошлого века физиком Имперского колледжа в Лондоне Джоном Пендри. Ученый предложил использовать для этой цели метаматериалы, в состав которых входят проводящий электричество металл, а также диэлектрик.
В 2012 году группа ученых из Барселонского университета (Испания) во главе с Альваро Санчесом совместно с коллегами из Словацкой академии наук предложила систему защиты объектов от воздействия магнитного поля при помощи ферромагнитного покрытия: из этого материала делаются, к примеру, обычные магнитики на холодильник. Предмет, находящийся под покрытием, становится непроницаемым для магнитных лучей. Таким образом, можно будет сделать более безопасной процедуру МРТ и… «обманывать» магнитные рамки, расположенные на вокзалах и в аэропортах.
В 2014 году команде физиков из Бирмингема удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке из оксида кремния. В кристаллах проделали нанометровые отверстия, что превратило материал в гладкое оптическое зеркало, способное скрывать объекты в видимом диапазоне.
Несколько лет назад канадская компания Hyperstealth, специализирующаяся на изготовлении камуфляжа, разработала мягкий материал Quantum Stealth, позволяющий «обводить» свет вокруг объекта, что делает его невидимым.
Исследователи из Университета Техаса в Далласе разработали технологию «стирания» объектов при помощи углеродных нанотрубок. В основе технологии лежит фототермическое преломление, или эффект миража. Правда, есть одна проблема: для того чтобы исчезнуть, объект непременно должен быть помещен в контейнер с водой.
В свою очередь британской компании Surrey Nanosystems удалось создать «самый темный материал на Земле». Он отражает всего 0,035% световых лучей.
Поверхность материала под названием Vantabalck состоит из графитовых нанотрубок в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Их диаметр настолько мал, что просто не пропускает фотоны света. В итоге они попадают в пространства между трубками и уже не могут «выбраться» оттуда. Разработчики надеются, что материал найдет применение в оптических устройствах, различной электронике и системах тепловой защиты.
Ученых уже давно удивляла способность таких морских животных, как каракатицы, кальмары и осьминоги, оставаться невидимыми в воде. Группа исследователей из Университета Калифорнии и Университета Дьюка решила использовать это свойство при разработке камуфляжа для морских пехотинцев. В коже кальмара Loligo pealeii они обнаружили белок рефлектин, способный подстраиваться под световое излучение с разной длиной волны. Выяснилось, что в тканях этого морского обитателя чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления света. Увеличивая и сокращая расстояния между ними, кальмар «отражает» световые лучи разных диапазонов и мимикрирует.
Выделив из клеток кальмара рефлектин с высоким показателем преломления, исследователи поместили слой белка на пленки из оксида графена и диоксида силикона. Затем они принялись попеременно обрабатывать материал то водяным паром, то раствором кислоты, заставляя слой белка то расширяться, то опадать, изменяя при этом цвет.
А что, если сделать объекты «невидимыми» не только для электромагнитных, но и для других видов волн, включая акустические, сейсмические и даже водяные?
Одно из таких решений нашли специалисты из Пекинского и Сямэньского университетов (Китай). Они установили на дне водоема вдоль направления распространения волны пару узких рельсов, которые постепенно повышались к середине рельефа. В результате волны на центральном участке дна водоема полностью исчезли.
В свою очередь физики Сеульского национального университета построили кольцо, состоящее из 523 вертикально установленных цилиндров, отклоняющих водяные волны от расположенного в центре предмета. По мнению экспертов, подобные технологии помогут предотвратить разрушение береговой инфраструктуры и снизить энергозатраты на судоходство. Возможно, они также будут способствовать снижению ущерба от цунами.