Тепло не останавливают, а пускают в обход. Инженеры создали первый трехмерный плащ, защищающий от тепловизоров
На экране тепловизора теплый предмет виден сразу — как светлое пятно на более холодном фоне. Исследователи из США и Дании создали устройство, которое устраняет это пятно: тепло обтекает скрытый объект и движется дальше так, словно на пути ничего не было.
Это первый физически созданный трехмерный тепловой «плащ», скрывающий сложные объекты практически со всех сторон. Принцип его действия отличается от обычной теплоизоляции. Изоляция останавливает тепло, а здесь оно перенаправляется. Для тепловизора, наблюдающего со стороны, температурная картина остается практически неизменной.
Работа была выполнена в Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне: профессор Шелли
Тепловые «плащи» создавали и раньше, но они работали либо на плоской поверхности, либо только для одного заранее известного направления. Стоило теплу поступить с другой стороны — и скрытый объект тут же выдавал себя температурными искажениями.
«Настоящий тепловой плащ должен работать независимо от того, откуда исходит тепло, — говорит исследователь Шелли Чжан. — Наше устройство скрывает сложный трехмерный объект со множества направлений и одновременно поддерживает стабильную температуру внутри».
Теория того, как это должно выглядеть, существует давно: она рассчитывает путь, по которому должно распространяться тепло, чтобы окружающее температурное поле казалось невозмущенным. Примерно как пустить ток в обход препятствия и аккуратно соединить его с другой стороны.
Сложность заключалась не в математике, а в производстве. Различные участки плаща должны проводить тепло с разной скоростью и в разных направлениях. Найти готовый материал с такими свойствами невозможно.
Решение нашли в решетчатой структуре, геометрию которой можно изменять независимо по всем трем осям. Меняешь форму и расположение ячеек — меняется то, как участок проводит тепло.
Далее используются два материала с резко различающимися свойствами. Алюминиевую решетку напечатали на 3D-принтере: она хорошо проводит тепло и работает как скоростные «магистрали». Пустоты между элементами решетки заполнили резиноподобным материалом, который практически не пропускает тепло. В результате получился управляемый маршрут: поток где-то ускоряется, где-то замедляется — и в итоге обходит спрятанный объект.
В лаборатории конструкцию поместили между горячей и холодной зонами и наблюдали за ней с помощью тепловизора. Со стороны казалось, что объекта не существует: тепловой поток обтекал защищенный участок и смыкался за ним без характерных искажений. Внутри же температура оставалась стабильной и не зависела от того, что происходило снаружи.
Затем задачу усложнили: прятали уже причудливые трехмерные формы, в частности детализированные фигуры, напоминающие человеческие головы. Метод справился и с неровной геометрией.
Однако у этой технологии есть существенное ограничение. Нынешний плащ рассчитан на тепло, поступающее извне. Скрыть предмет, который нагревается сам, гораздо сложнее: его собственное тепло будет накапливаться внутри и рано или поздно выдаст его местоположение.