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Ricercatori sviluppano un nuovo sistema basato su metamateriali Cloaking per nascondere gli oggetti in luce visibile

Published on January 27, 2011 at 6:07 AM

L'idea di poter diventare invisibili, soprattutto con la semplice copertura di una persona o un oggetto con un manto speciale, ha un fascino perenne di fantascienza e della letteratura fantasy.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno trovato il modo di fare molto esotici "metamateriali", che può eseguire una versione molto grezza di questo trucco, mantenendo un oggetto da essere rilevato da una certa frequenza specifica di radiazioni, come i forni a microonde, e solo lavorando su scale microscopiche . Ma un sistema che funziona a normale luce visibile e per gli oggetti abbastanza grande per essere visto ad occhio nudo è rimasto evasivo.

Questa immagine mostra un cristallo di calcite di cui sopra un documento, causando tutte le lettere per mostrare doppia rifrazione.

Ora, un team di ricercatori del MIT di Singapore-Alleanza per la Ricerca e la Tecnologia (SMART) Centro ha trovato un relativamente semplice, poco costoso sistema che può nascondere un oggetto grande come un grano di pepe alla vista normale luce visibile. La scoperta del team è stato pubblicato online su Physical Review Letters e sarà presto in versione cartacea della rivista.

A differenza delle altri tentativi di produrre invisibilità con la costruzione di materiali sintetici a strati, il nuovo metodo utilizza un normale, comune minerale chiamato calcite - una forma cristallina di carbonato di calcio, l'ingrediente principale di conchiglie. "Molto spesso, la soluzione più ovvia è appena seduto lì", dice MIT, professore di ingegneria meccanica George Barbastathis, uno dei nuovo rapporto co-autori.

Il documento è stato co-autore di SMART colleghi postdoctoral Baile Zhang, MIT colleghi postdoctoral Luo Yuan, e SMART ricercatore Xiaogang Liu, e la ricerca è stata finanziata da Singapore National Research Foundation (NRF) e il National Institutes of Health (NIH).

Nell'esperimento riportato in questo documento, il sistema funziona in un ambiente molto attentamente controllata: l'oggetto deve essere nascosto (un cuneo di metallo nell'esperimento, o qualcosa di più piccolo di esso) è posto su una superficie piana, specchio orizzontale, e uno strato di calcite cristallo - composto da due pezzi con cristallo orientamenti opposti, incollati tra loro - è posto su di esso. Quando è illuminato dalla luce visibile e visti da una certa direzione, l'oggetto sotto lo strato di calcite "scompare", e l'osservatore vede la scena come se non ci fosse nulla in cima allo specchio.

Per la loro dimostrazione, hanno messo il logo del MIT a testa in giù sulla parete verticale dietro l'apparecchio, posizionato in modo che una delle lettere possono essere visualizzati direttamente tramite lo specchio, mentre gli altri due erano dietro l'area con un 2 millimetri di altezza cuneo (l'altezza di un grano di pepe) e il suo strato nascondendo di calcite. Poi, l'intero setup è stato sommerso in un liquido. Essi hanno dimostrato che il logo appariva normale, come se non c'era cuneo ma un pezzo specchio piano, quando è illuminato con luce verde visibile. Qualsiasi imperfezione l'effetto di occultamento avrebbe mostrato come un disallineamento delle lettere, ma non c'era nessuna anomalia quali: così, l'operazione di occultamento è stata dimostrata. Con illuminazione blu o rosso, l'occultamento era ancora efficace, ma con qualche leggero disallineamento.

Calcite è nota da tempo per avere uniche proprietà ottiche, tra cui la possibilità di piegare (o rifrangere) un raggio di luce in modo diverso in base alla polarizzazione della luce (l'orientamento del suo campo elettrico); queste proprietà possono causare il fenomeno della doppia rifrazione, o vedere "raddoppia" quando si guarda attraverso calcite con regolare luce non polarizzata. In questa ricerca, i due pezzi di calcite sono state orientate a piegare la luce in modo tale che il raggio emergente, dopo aver attraversato molteplici riflessioni e rifrazioni, sembrava provenire direttamente dallo specchio originale alla base della configurazione, piuttosto che dal punto effettivo più alto sopra l'oggetto nascosto. Il percorso totale ottico è stato anche conservato, il che significa che nessuno strumento scientifico ottica può forse scoprire il cuneo mantello.

Sommergendo l'apparecchio in un liquido con un grado di rifrazione scelti con cura conserva l'illusione. Barbastathis dice la configurazione potrebbe funzionare senza il liquido, ma di transizione della luce in aria causerebbe qualche sfocatura che renderebbe l'effetto meno convincente.

In linea di principio, Barbastathis dice lo stesso metodo potrebbe essere utilizzato in situazioni di vita reale per nascondere un oggetto alla vista - e l'unico limite alle dimensioni dell'oggetto nascosto è la dimensione dei cristalli di calcite che è disponibile. Il team pagato circa $ 1.000 per il piccolo cristallo usato, dice, ma quelle molto più grandi potrebbero essere usate per nascondere oggetti molto più grandi. (Il più grande cristallo di calcite noto naturale misura 7 metri per 7, o più di 21 metri di diametro).

Per ora, il sistema è essenzialmente bidimensionale, limitando l'effetto di occultamento di una gamma ristretta di angoli; di fuori di questi angoli, l'oggetto mascherato è ben visibile. "Abbiamo alcune idee su come renderla pienamente tridimensionale", dice Barbastathis, il Professore Singapore ricerca di Ottica e Professore di Ingegneria Meccanica. Inoltre, il team vorrebbe eliminare la necessità di immergere il sistema a liquido e farlo funzionare in aria.

A parte le sue ovvie applicazioni potenziali nelle forze di difesa o di diritto, la capacità di rendere qualcosa di invisibile potrebbe avere usi nella ricerca, Barbastathis suggerisce, come fornire un modo per monitorare il comportamento degli animali, senza alcuna distrazione visibile. "La cosa importante è che ora questo è alla luce del sole, la gente comincerà a pensare a" come potrebbe essere utilizzato.

Casualmente, un altro gruppo di ricerca indipendente, con sede presso l'Università di Birmingham nel Regno Unito, ha pubblicato anche un articolo di questo mese che descrive un metodo simile per ottenere un luce visibile mantello dell'invisibilità usando calcite.

I risultati del MIT e Birmingham "sono due esperimenti belle. Mi piace particolarmente la loro semplicità ", afferma Ulf Leonhardt, cattedra di fisica teorica presso l'Università scozzese di St. Andrews, che fu l'autore di uno dei primi saggi che descriveva un metamateriale sistema basato cloaking. "Cloaking è stato ispirato da una ricerca su metamateriali", aggiunge, "ma, ironia della sorte, questi dispositivi di occultamento sono quasi 'fatti in casa.' Invece di sofisticati metamateriali ottici che sono difficili da fare e molti problemi di loro, usano cristalli di calcite semplice. "

Rispetto alle versioni precedenti di sistemi di occultamento che funzionava solo per gli oggetti microscopici, e solo quando visualizzati mediante radio o lunghezze d'onda infrarosse, il nuovo approccio è "più vicina alla fantascienza", Barbastathis dice. "La scienza è di solito un po 'deludente quando lo si confronta con sci-fi", dice, ma in questo caso "siamo arrivati ​​un passo più vicini" alla visione immaginativa.

Fonte: http://web.mit.edu/

Last Update: 5. October 2011 18:46

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