science >> Wetenschap > >> Fysica

Is het mogelijk om een verhul apparaat te maken?

Het Duke-verhulapparaat omvat: een groep concentrische cirkels. Afbeelding met dank aan Dr. David R. Smith

Onder de vele stijlfiguren die te vinden zijn in sciencefiction en fantasie, weinigen zijn populairder dan het verhulapparaat. In de echte wereld, wetenschappers zijn al lang bezig met onderzoek dat op zijn minst de camouflagetechnologie zou verbeteren, vliegtuigen verbergen voor radar of onze kennis vergroten over hoe licht en elektromagnetische golven werken. In 2006, een groep wetenschappers van Duke University demonstreerde een vereenvoudigd verhulapparaat. In oktober 2006, een onderzoeksteam van Duke, geleid door Dr. David R. Smith, publiceerde een studie in het tijdschrift "Science" waarin een vereenvoudigd verhulapparaat werd beschreven. Terwijl hun apparaat slechts een object maskeerde van één golflengte van microgolflicht, het geeft wel meer informatie die ons zal helpen om te overwegen of een echt verhulapparaat mogelijk is.

Dit verhulapparaat is gemaakt van een groep concentrische cirkels met een cilinder in het midden, waar een object kan worden geplaatst. Toen onderzoekers microgolflicht op het apparaat richtten, de golf spleet, rond het apparaat stromen en aan de andere kant weer bij elkaar komen. Dave Schurig, een onderzoeker in het team van Dr. Smith, vergeleek het effect met "rivierwater dat rond een gladde rots stroomt" [Bron:Duke University]. Alles wat in de cilinder wordt geplaatst, is verhuld , of effectief onzichtbaar voor het microgolflicht.

Het apparaat is niet perfect. Het creëert enige vervorming en "schaduwen van de microgolven" [Bron:New York Times]. Het werkt ook voor slechts één golflengte van microgolflicht.

Om hun verhullende effect te bereiken, het Duke-team gebruikte een relatief nieuwe klasse materialen genaamd metamaterialen . De eigenschappen van metamaterialen zijn gebaseerd op hun structuur in plaats van hun chemie. Voor het verhulapparaat, onderzoekers maakten mozaïekachtige constructies van glasvezelplaten die waren gestempeld met draadlussen, enigszins vergelijkbaar met een printplaat. De opstelling van de koperdraden bepaalt de interactie met elektromagnetische velden. Het unieke voordeel van metamaterialen is dat ze kunnen worden gebruikt om objecten te maken met elektromagnetische eigenschappen die in de natuurlijke wereld niet voorkomen.

De sleutel tot het verhulapparaat is profiteren van een concept dat bekend staat als de brekingsindex . De brekingsindex van een object, of brekingsindex , bepaalt hoeveel licht buigt als het er doorheen gaat. De meeste objecten hebben overal een uniforme brekingsindex, dus licht buigt alleen wanneer het de grens in het materiaal overschrijdt. Dit komt voor, bijvoorbeeld, wanneer licht van lucht in water overgaat.

Als de brekingsindex van een materiaal groter is dan 1, het zorgt ervoor dat het licht naar binnen buigt. Hier zijn enkele brekingsindices voor veelvoorkomende materialen:

Lucht - 1.0029
IJs - 1.31
Water - 1.33
Glas - 1.52
Saffier - 1.77
Diamant - 2.417

Metamaterialen worden gebruikt om objecten te maken met brekingsindices tussen nul en 1. Het Duke-team gebruikte metamaterialen om hun verhulapparaat geleidelijk variërende brekingsindices te laten hebben -- van 1 aan de buitenkant van het apparaat, in het centrum tot nul afnemend. Het resultaat is dat microgolflicht zich subtiel om het apparaat buigt en aan de andere kant kan hervormen, zij het met enige waarneembare vervorming.

Hoewel metamaterialen en cloaking opwindende technologieën zijn, ze hebben veel beperkingen. Laten we er enkele op de volgende pagina bespreken.