Voel je de hitte? Naar een thermische camera, die infraroodstraling meet, de warmte die we kunnen voelen is zichtbaar, zoals de hitte van een reiziger op een luchthaven met koorts of de kou van een lekkend raam of deur in de winter.

In een paper gepubliceerd in Proceedings van de Royal Society A:Mathematisch, Fysische en technische wetenschappen , een internationale groep van toegepaste wiskundigen en natuurkundigen, waaronder Fernando Guevara Vasquez en Trent DeGiovanni van de Universiteit van Utah, rapporteer een theoretische manier om thermische objecten na te bootsen of objecten onzichtbaar te maken voor thermische metingen. En het vereist geen Romulaans verhulapparaat of de onzichtbaarheidsmantel van Harry Potter.

De methode maakt fijnafstemming van de warmteoverdracht mogelijk, zelfs in situaties waarin de temperatuur in de tijd verandert, zeggen de onderzoekers. Een toepassing zou kunnen zijn om een ​​onderdeel te isoleren dat warmte genereert in een circuit (bijvoorbeeld een voeding) om te voorkomen dat het interfereert met warmtegevoelige onderdelen (bijvoorbeeld een thermische camera). Een andere toepassing zou kunnen zijn in industriële processen die nauwkeurige temperatuurregeling in zowel tijd als ruimte vereisen, bijvoorbeeld het regelen van de koeling van een materiaal zodat het op een bepaalde manier kristalliseert.

Verhulsels of onzichtbaarheidsapparaten zijn lange tijd elementen geweest van fictieve verhalen, maar de afgelopen jaren hebben wetenschappers en ingenieurs onderzocht hoe sciencefiction werkelijkheid kan worden. een benadering, metamaterialen gebruiken, buigt licht zodanig dat een object onzichtbaar wordt.

Net zoals onze ogen objecten zien als ze licht uitstralen of reflecteren, een thermische camera kan een object zien als het infraroodstraling uitzendt of reflecteert. In wiskundige termen, een object kan onzichtbaar worden voor een thermische camera als warmtebronnen eromheen warmteoverdracht kunnen nabootsen alsof het object er niet is.

Nieuw in de aanpak van het team is dat ze warmtepompen gebruiken in plaats van speciaal vervaardigde materialen om de objecten te verbergen. Een eenvoudig huishoudelijk voorbeeld van een warmtepomp is een koelkast:om de boodschappen te koelen pompt hij warmte van binnen naar buiten. Het gebruik van warmtepompen is veel flexibeler dan het gebruik van zorgvuldig vervaardigde materialen, zegt Guevara. Bijvoorbeeld, de onderzoekers kunnen één object of bron laten verschijnen als een heel ander object of bron. "Dus in ieder geval vanuit het oogpunt van thermische metingen, "Guevara zegt, "ze kunnen een appel als een sinaasappel laten lijken."

De onderzoekers voerden het wiskundige werk uit dat nodig was om aan te tonen dat, met een ring van warmtepompen om een ​​object, het is mogelijk om een ​​object thermisch te verbergen of de hittesignatuur van een ander object na te bootsen.

Het werk blijft theoretisch, Guevara zegt, en de simulaties gaan uit van een "indringende" puntwarmtebron die zou reflecteren of rond het object zou buigen - het thermische equivalent van een zaklamp in een donkere kamer.

De temperatuur van die sondeerbron moet van tevoren bekend zijn, een nadeel van het werk. De aanpak ligt echter binnen het bereik van de huidige technologie door gebruik te maken van kleine warmtepompen, Peltier-elementen genaamd, die warmte transporteren door een elektrische stroom over een metaal-metaalverbinding te leiden. Peltier-elementen worden al veel gebruikt in consumenten- en industriële toepassingen.

De onderzoekers stellen zich voor dat hun werk kan worden gebruikt om de temperatuur van een object in ruimte en tijd nauwkeurig te regelen, die toepassingen heeft bij het beschermen van elektronische schakelingen. De resultaten, zeggen de onderzoekers, kan ook worden toegepast op nauwkeurige medicijnafgifte, omdat de wiskunde van warmteoverdracht en diffusie vergelijkbaar is met die van de overdracht en diffusie van medicijnen. En, zij voegen toe, de wiskunde van hoe licht zich gedraagt ​​in diffuse media zoals mist kan ook leiden tot toepassingen in visuele verhulling.

Naast Guevara en DeGiovanni, Maxence Cassier, CNRS Onderzoeker aan het Fresnel Instituut in Marseille, Frankrijk en Sébastien Guenneau, CNRS-onderzoeker, UMI 2004 Abraham de Moivre-CNRS, Imperial College Londen, Londen, UK was co-auteur van het onderzoek.