新型3D打印“隱身”斗篷能讓物體在紅外相機(jī)下消失無(wú)蹤

該裝置通過(guò)操控?zé)崃W(xué)來(lái)欺騙紅外傳感器，且可從任意方向發(fā)揮作用。

研究人員開發(fā)出首個(gè)三維全向熱“隱身”斗篷，能夠從任何方向讓物體在紅外相機(jī)下遁形。

以往的設(shè)計(jì)只能在二維或單一角度下工作，與之相比，這種新裝置會(huì)引導(dǎo)熱量繞過(guò)物體，而非僅僅阻擋熱量，使其“看起來(lái)仿佛那里空無(wú)一物”。

“一個(gè)真正的熱隱身斗篷，不論熱量來(lái)自哪個(gè)方向都應(yīng)有效。我們的裝置能在無(wú)限多個(gè)方向上隱藏復(fù)雜的三維物體，同時(shí)保持內(nèi)部溫度穩(wěn)定并受到保護(hù)。”伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校土木與環(huán)境工程教授 Shelly Zhang 說(shuō)道。

熱信號(hào)終結(jié)者？

通常情況下，士兵、無(wú)人機(jī)或過(guò)熱的微芯片等物體會(huì)發(fā)出明顯的熱信號(hào)，使其在黑暗中極易被探測(cè)到。然而，這種創(chuàng)新材料通過(guò)改變熱量發(fā)射和探測(cè)的方式，從紅外屏幕上徹底抹除了熱信號(hào)。

為了解決這個(gè)困擾材料科學(xué)家多年的難題，團(tuán)隊(duì)回歸到熱傳遞的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)原理。市面上的標(biāo)準(zhǔn)材料并不勝任，斗篷需要一種全新的結(jié)構(gòu)。最終成果是一個(gè)復(fù)雜的三維打印網(wǎng)格框架，形似高科技蜂巢。

這一混合裝置已通過(guò)物理制造并成功測(cè)試，它采用三維打印的鋁制網(wǎng)格以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性，并借助模具澆鑄填充了一種低導(dǎo)熱性的類橡膠材料。

對(duì)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行三維調(diào)整，就能精確調(diào)節(jié)局部的導(dǎo)熱能力。當(dāng)熱量觸及斗篷時(shí)，它不會(huì)穿透到內(nèi)部物體上，而是像溪流中的水流繞過(guò)光滑石頭那樣，沿著外殼滑過(guò)，并在另一側(cè)平滑匯合。

對(duì)于觀測(cè)此裝置的紅外相機(jī)而言，熱學(xué)圖景看起來(lái)完全未受干擾。物體從視野中消失了。

一旦環(huán)境改變或觀察角度變化，舊有技術(shù)便會(huì)失效，而這項(xiàng)創(chuàng)新能在復(fù)雜表面和動(dòng)態(tài)環(huán)境中始終保持其幻象。

廣泛用途

測(cè)試中，這種材料被置于極端溫度梯度下，并使用紅外相機(jī)追蹤熱流。

在外界觀察者看來(lái)，溫度場(chǎng)顯得完全正常，仿佛隱藏的物體根本不存在。而隱身區(qū)域內(nèi)部則保持在安全、均勻的溫度下，免受外界極端條件影響。

為了挑戰(zhàn)極限，研究人員甚至成功隱藏了極不規(guī)則的幾何形狀，包括一個(gè)精細(xì)的人類頭部三維模型。

未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，這種斗篷可以改變我們?cè)诓粩嗫s小的微芯片內(nèi)部管理熱量的方式，將破壞性熱點(diǎn)完美地引導(dǎo)離開脆弱的電子元件。在國(guó)防領(lǐng)域，其軍事價(jià)值顯而易見。坦克、無(wú)人機(jī)和作戰(zhàn)人員有望在敵對(duì)區(qū)域行動(dòng)時(shí)，完全避開熱追蹤傳感器或空中熱監(jiān)視。

“任何需要精確控制熱量，或需要保護(hù)某物免受熱探測(cè)的領(lǐng)域，都能從這項(xiàng)工作中獲益，”Zhang 表示，“但我們看得更廣：它還關(guān)乎隱藏和保護(hù)由熱量攜帶的信息。”

他們下一步的目標(biāo)是打造“智能”斗篷。團(tuán)隊(duì)希望制造出能夠感知物體自身產(chǎn)生內(nèi)部熱量，并按需動(dòng)態(tài)耗散這些能量的材料。

這項(xiàng)工作是一項(xiàng)國(guó)際合作成果，與丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）共同開發(fā)。

研究成果已發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

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