Как сделать iPhone полностью невидимым
9 ноября 2022 г.Представьте себе смартфон, который остается «замаскированным», пока его владелец не прошепчет парольную фразу. Это невероятная концепция, но может ли быть так, что главная функция безопасности смартфона — невидимость?
Если вы думаете, что это звучит безумно, как насчет того, чтобы сделать невидимым целый автомобиль или космический корабль? Что еще более безумно, это быстро становится научным фактом, а не научной фантастикой. И это потому, что не только было показано, что это возможно в рамках законов физики, но и над этим работают ученые и исследователи прямо сейчас.
Так было не всегда. Еще 10 лет назад маскирующие устройства все еще были прочно прикованы к области научной фантастики и считались противоречащими законам оптики.
Но в 2006 году ученые из Великобритании и США создали невероятный новый материал, который, как оказалось, делает именно это.
А на этой неделе исследователи из Кембриджского университета объявили об об открытии новой техники, которая однажды можно будет использовать для того, чтобы сделать невидимым что угодно, от iPhone до космической станции.
Итак, какие методы мы могли бы использовать, чтобы сделать объекты невидимыми, и когда мы можем ожидать появления невидимого смартфона?
«Ключ к любому эффекту «невидимости» заключается в том, как свет взаимодействует с материалом. Когда свет попадает на поверхность, он либо поглощается, либо отражается, что позволяет нам видеть объекты». Самый очевидный способ сделать что-то невидимым — использовать то, что часто называют оптическим или активным камуфляжем. Сфотографировав пейзаж позади объекта и спроецировав это изображение на его переднюю часть, вы сделаете его частично невидимым. Это была концепция невидимого Aston Martin Джеймса Бонда в фильме «Умри, но не сейчас». Но хотя этот метод может быть довольно эффективным с одного ракурса, есть очевидные недостатки, когда дело доходит до просмотра «невидимого объекта» с позиций. Тем не менее, эта технология все еще находит отличное практическое применение. Например, вы можете спроецировать вид из под самолета на кабину пилота. этаж, чтобы пилот мог лучше понять, где находится взлетно-посадочная полоса. Точно так же вы можете спроецировать землю под автомобилем на капот, чтобы водители бездорожья могли более эффективно перемещаться по сложной местности. Идея прозрачной кабины также может быть использована для устранения слепых зон автомобиля. Эта технология уже рассматривалась для практического использования такими компаниями, как Land Rover, которая еще в апреле продемонстрировала свою концепцию виртуального изображения Transparent Bonnet. Камеры, расположенные в решетке радиатора автомобиля, собирают данные, которые используются для передачи данных на проекционный дисплей, эффективно создавая обзор местности через капот и моторный отсек. Это реалистичный и многообещающий метод наблюдения сквозь объекты, но он почти полностью бесполезен для того, чтобы сделать невидимыми такие объекты, как iPhone. Для этого вам понадобится понимание квантовой механики и способность манипулировать материалами в самых малых масштабах...
Если ключом к невидимости являются атомы, логично, что нам нужно будет манипулировать ими новыми и инновационными способами. И мы впервые разработали возможность делать это еще в начале 1980-х годов. Используя сканирующий туннельный микроскоп 1981 года, удостоенный Нобелевской премии, ученые могут не только фотографировать, но и также манипулировать отдельными атомами. В 1990 году эта технология произвела фурор и попала в международные средства массовой информации, когда ее использовали для by-atom.html">обозначьте «IBM», используя 35 отдельных атомов ксенона — переломный момент для нанотехнологий. Используя эту технику, ученые пытаются создавать материалы и даже машины, используя отдельные атомы в качестве строительных блоков. И именно исследования в этой области, похоже, окупятся, когда дело доходит до невидимости.
Безусловно, самое многообещающее применение нанотехнологий, когда речь идет о невидимости, — это производство того, что ученые называют метаматериалами. Считалось, что это запрещено законами оптики менее чем через десять лет. назад метаматериалы обладали свойствами, которых нет нигде в мире природы, и потенциально могут однажды сделать объекты полностью невидимыми даже для человеческого глаза. Метаматериалы создаются путем перестановки строительных блоков материала в сложные массивы, так что его общий показатель преломления (степень, в которой свет преломляется при прохождении) был отрицательным, а не положительным. Делая это, вы потенциально можете направить свет вокруг объекта и выйти с другой стороны — краеугольный камень в поисках плаща-невидимки. В 2006 году ученые из США и Великобритании создали материал из меди и других металлы, способные преломлять свет вокруг цилиндра таким образом, что он становится почти полностью невидимым для микроволнового излучения. Этот ошеломляющий эксперимент подтвердил концепцию и спровоцировал новую гонку по созданию метаматериалов, способных манипулировать различными видами света. Натан Мирволд, бывший технический директор Microsoft, говорит о метаматериалах «полностью изменит наш подход к оптике и почти ко всем аспектам электроники. [Они] могут совершать подвиги, которые несколько десятилетий назад казались чудом». Итак, законы физики не запрещают свету преломляться вокруг объекта, но как создать материал, который сделает iPhone невидимым? Проблемы возникают из-за того, что кристаллы внутри метаматериалов должны быть меньше длины волны света, который вы пытаетесь преломить. При длине волны около 3 см создание материала для взаимодействия с микроволнами оказывается довольно простым делом. Однако, играя с видимым светом таким же образом, вы говорите о множестве различных длин волн между 380 и 800 нм, где один нанометр равен одной миллиардной части метра — примерно длина пяти атомов, стоящих рядом. Довольно сложная задача.
Сейчас ученые всего мира стремятся первыми создать метаматериал, способный преломлять видимый свет, и многие надеются, что компьютерная индустрия имеет хорошие возможности помочь. Фотолитография — это сложный метод, который производители кремниевых микросхем, такие как Intel и AMD, уже используют для изготовления компонентов, содержащих миллиарды микроскопических транзисторов. Ультрафиолетовый свет используется для травления компонентов на кремниевых пластинах. Есть надежда, что новое поколение компьютерных чипов будет использовать свет вместо электричества для обработки информации, что сделает их быстрее и намного эффективнее. Этим новым чипам потребуются миллиарды кристаллических транзисторов, каждый из которых имеет немного отличающийся показатель преломления. А это значит, что исследования в области плащей-невидимок могут дополнять работу в этой области. В 2007 году ученые из США и Германии использовали этот процесс для создания многослойного материал, способный преломлять красный свет с длиной волны 780 нм (красный цвет является самой длинной и, следовательно, относительно легкой для искривления длиной волны в видимом спектре). «Метаматериалы могут однажды привести к разработке типа плоской суперлинзы, работающей в видимом спектре», — говорится Старший физик лаборатории Эймса Костас Сукулис. «Такой объектив будет предлагать более высокое разрешение по сравнению с традиционной технологией, захватывая детали, намного меньшие, чем одна длина волны света». Хотя прогресс в этой области продолжается, все еще предстоит преодолеть огромные препятствия. Было показано, что фотолитография способна складывать фотонные кристаллы, которые изгибают свет в двух измерениях, но процесс намного сложнее, когда дело доходит до искривления в трех измерениях, поскольку вам нужно скрыть реальный объект, такой как iPhone. Процесс может быть не способен на это. Плюс, конечно, искривление более чем одной длины волны света вокруг одного и того же объекта само по себе является еще одной огромной проблемой, потенциально требующей нескольких слоев различных типов метаматериалов.
Военные применения превращения объектов в невидимые довольно очевидны. И поэтому военные заказчики оплачивают часть исследований. Представьте страшное будущее, в котором АНБ может установить камеру в комнате, а затем скрыть ее — они смогут шпионить за людьми без их ведома. «Ага, — скажете вы, — но если вы направите свет вокруг объекта, чтобы сделать его невидимым, как свет попадет в объект, чтобы он мог наблюдать за своим окружением?» Это хороший вопрос, и ответом может быть плазмоника. Plasmonics — еще одна технология-кандидат для сверхэффективных компьютерных чипов завтрашнего дня, и она также помогает в исследованиях невидимости. Вместо того, чтобы использовать для вычислений только свет, как в чипах на основе фотонных кристаллов, плазмоника использует комбинацию света и электричества — фотонов и электронов. Один текущий плазмонный прототип состоит из кремниевых нанопроволок, покрытых тонким слоем чистого золота< /а>. А его родительские исследователи из Стэнфордского университета показали, что таким образом можно эффективно скрыть кремниевый провод, пропуская при этом небольшое количество света к детектору. Он работает, используя взаимодействие фотонов с электронами в металлических наноструктурах, чтобы индуцировать колебательные электрические токи на поверхности как металла, так и полупроводникового кремниевого слоя под ним, создавая рассеянные световые волны. Путем настройки структурной геометрии этих материалов световые волны от металла и полупроводников будут компенсировать друг друга, делая любой объект под ним невидимым. «Это кажется нелогичным, но вы можете покрыть полупроводник металлом — даже таким отражающим, как золото, — и свет все равно будет проникать на кремний», говорит доцент Марк Бронгерсма из Стэнфордского университета. «Как мы показываем, металл не только позволяет свету достигать кремния, где мы можем обнаружить генерируемый ток, но и делает провод невидимым».
На этой неделе прорыв в области невидимости в Кембриджском университете произошел благодаря новой технике, в которой используется несфокусированный лазер. свет проецируется в воду как заменитель миллиардов иголок, сшивающих наночастицы золота в длинные нити. Эти наноструны сложены в слои, как кирпичики Lego, и способны контролировать то, как через них проходит свет, что делает их идеальными для невидимости. Часть гениальности этого метаматериала заключается в том, что, эффективно создавая его из самого света, его гораздо легче производить в больших количествах, чем другие метаматериалы-кандидаты. «Мы контролировали размеры способом, который раньше был невозможен», — сказал д-р Валев, который работал с исследователями из Департамента химии, Департамента материаловедения и металлургии и Международного физического центра Доностиа в Испании. проект. «Этот уровень контроля открывает широкий спектр потенциальных практических приложений». Итак, мы увидели, что пока невидимость находится в зачаточном состоянии, прогресс уже есть. И однажды ученые смогут реально создать плащ-невидимку. Итак, когда мы увидим iPhone, который может становиться невидимым? Ну, очевидно, ответ, к сожалению, никогда. К тому времени, когда эта технология достигнет зрелости, мы, вероятно, уже далеко не будем использовать смартфоны в качестве повседневных гаджетов. Но последние новости из Кембриджского университета, по крайней мере, показывают, что есть регулярный прогресс в достижении того, что сейчас считается реалистичной целью. Невидимое будущее, кажется, уже не за горами.
Оригинал
