Дослідники розробили перший у світі тривимірний тепловий «плащ-невидимку», здатний приховувати об’єкти від інфрачервоних камер незалежно від кута спостереження. Нова технологія не просто блокує теплове випромінювання, а змушує тепло обходити об’єкт, створюючи ілюзію, ніби всередині нічого немає.
Розробкою займалася міжнародна команда науковців з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейні та Технічного університету Данії. Результати роботи опубліковані в журналі Nature Communications.
Тепловий слід більше не видаватиме об’єкти?
Інфрачервоні камери давно використовують для виявлення об’єктів у темряві або складних погодних умовах. Люди, транспорт, дрони чи електронні пристрої мають власний тепловий підпис — характерний розподіл температури, який легко помітити за допомогою тепловізора. Новий матеріал може змінити цей принцип. Він здатний «стерти» тепловий слід, перенаправляючи потоки тепла навколо прихованого об’єкта.
«Справжній тепловий плащ має працювати незалежно від того, звідки надходить тепло. Наш пристрій може приховати складний тривимірний об’єкт у нескінченній кількості напрямків, зберігаючи стабільну температуру всередині», — пояснила професорка цивільної та екологічної інженерії Університету Іллінойсу Шеллі Чжан.
Попередні спроби створити подібні матеріали мали суттєві обмеження: вони працювали лише у двох вимірах або вимагали певного кута огляду. Новий пристрій позбавлений цих недоліків.
Як працює технологія
Основою теплового плаща стала складна 3D-друкована структура, схожа на високотехнологічну бджолину соту. Вона складається з алюмінієвої решітки з високою теплопровідністю, заповненої спеціальним матеріалом із низькою теплопровідністю.
Змінюючи геометрію цієї решітки, вчені змогли точно керувати рухом тепла.
Коли тепло потрапляє на поверхню плаща, воно не проходить крізь нього до прихованого об’єкта, а плавно огинає його та відновлює початковий температурний малюнок позаду. Для інфрачервоної камери навколишнє середовище виглядає так, ніби об’єкта всередині просто не існує. За словами дослідників, пристрій зберігає ефект навіть за складних умов і при зміні кута спостереження.
Тестування на складних формах
Під час експериментів матеріал перевіряли в умовах значних температурних перепадів. Інфрачервоні камери показали, що теплове поле навколо замаскованого об’єкта залишалося природним.
Більше того, дослідники змогли приховати об’єкти зі складною геометрією, зокрема тривимірну модель людської голови. Водночас внутрішня частина плаща залишалася захищеною від зовнішніх температурних впливів, що відкриває можливості не лише для маскування, а й для захисту чутливих компонентів.
Від військової техніки до смартфонів
Потенційні сфери застосування технології дуже широкі. У військовій галузі подібні матеріали можуть допомогти зменшити помітність техніки, дронів або військового обладнання для тепловізорів та систем повітряного спостереження.
Втім, розробники наголошують, що технологія має значно ширший потенціал. Її можна використовувати в електроніці для управління теплом усередині компактних пристроїв. Наприклад, вона може допомогти відводити надлишкове тепло від перегрітих ділянок мікросхем, підвищуючи їхню надійність.
«Будь-яка сфера, де потрібно точно контролювати тепло або захищати щось від теплового виявлення, може отримати користь від цієї технології. У ширшому сенсі йдеться про приховування та захист інформації, яку несе тепло», — зазначила Шеллі Чжан.
Наступний крок — «розумний» тепловий плащ
У майбутньому команда планує створити більш складні версії матеріалу, які зможуть самостійно реагувати на зміни температури. Такі «розумні» теплові плащі могли б визначати, коли об’єкт починає перегріватися, і автоматично змінювати властивості для ефективнішого відведення тепла.
Нова розробка демонструє, що контроль над тепловими потоками поступово переходить із області теорії у практичні технології. Те, що ще недавно здавалося елементом наукової фантастики, може стати інструментом для майбутньої електроніки, промисловості та систем безпеки.