211service.com
Chinese onderzoekers maken een onzichtbaarheidsmantel in 15 minuten
Als het gaat om onzichtbaarheidsmantels, is een van de lastigste problemen hoe je de dingen moet maken.
De materialen van keuze staan bekend als metamaterialen die worden gemaakt door het samenstellen van een herhalend patroon van structuren die interageren met het licht dat ze moeten verhullen. Door dit soort gedetailleerde assemblage is het maken van metamaterialen een kostbaar en tijdrovend proces. Bovendien zijn de resulterende onzichtbaarheidsmantels nooit perfect
Dus beginnen natuurkundigen zich af te vragen of ze net zo goed kunnen doen met andere materialen die gemakkelijker en eenvoudiger te maken zijn.
Hun benadering is geheel anders dan de theoretische lichtbuigende wiskunde die natuurkundigen tot nu toe hebben gebruikt. Deze huidige benadering werkt door te proberen elektromagnetische velden rond een object te sturen op een manier die het verbergt. Het benodigde materiaal moet dit soort lichtvervorming in het echt kunnen herhalen.
De nieuwe aanpak is om een computermodel van de mantel te maken in de vorm van een conventioneel materiaal met vaste lichtbuigende eigenschappen.
Het model simuleert hoe dit conventionele materiaal licht vervormt terwijl het voorbijgaat. De computer verandert vervolgens de vorm en topologie van het materiaal om deze vervorming te verminderen.
Door dit proces vele malen te herhalen, is het mogelijk een topologie te vinden die de vervorming van licht minimaliseert, zodat het min of meer onveranderd blijft als het voorbijgaat. Het resultaat is een onzichtbaarheidsmantel; niet een perfecte, maar een die zich kan meten met veel van die gemaakt van metamaterialen.
Tenminste, dat is de theorie. Zogenaamde topologische optimalisatie was in de ogen van enkele toegepaste natuurkundigen niet veel meer dan een twinkeling. Tot nu.
Vandaag hebben Lu Lan van de Zhejiang University in China en een paar vrienden de eerste onzichtbaarheidsmantel gemaakt die is ontworpen met behulp van topologie-optimalisatie. Ze sneden het uit teflon en het kostte ze allemaal 15 minuten met behulp van een computergestuurde graveermachine. Het fabricageproces van een monster is aanzienlijk vereenvoudigd, zeggen ze.
De resulterende Teflon-ooglidonzichtbaarheidsmantel verbergt een cilindrische schijf van metaal ter grootte van een pokerchip voor microgolven. Maar cruciaal is dat de prestaties nauw aansluiten bij de voorspelling van de computersimulatie.
Dat is belangrijk omdat het onzichtbaarheidsmantels in de wereld van massaproductie brengt. Er is geen reden waarom Teflon-oogleden niet massaal zouden kunnen worden bedrukt of gegoten.
Wat meer is, Lu en co, dus er is geen reden waarom dezelfde benadering kan werken in optische golflengten. Zo'n verhulopstelling zal geen groot probleem zijn om te repliceren in het THz of zelfs optische spectrum, zeggen ze.
Natuurlijk liggen er uitdagingen in het verschiet. Lu en co willen de techniek ontwikkelen om mantels te maken die over verschillende frequenties en onder verschillende hoeken werken. Als ze ze goedkoop en gemakkelijk kunnen maken voor een prijs die in centen wordt gemeten, is er geen reden waarom onzichtbaarheidsmantels niet snel alledaagse voorwerpen zullen zijn.
Referentie: arxiv.org/abs/1308.6049 : Experimenteel aangetoond dat een unidirectionele elektromagnetische mantel is ontworpen door topologie-optimalisatie