Учёные создали первый в мире трёхмерный тепловой «плащ-невидимку», который скрывает предметы от инфракрасных камер с любого направления. В отличие от предыдущих разработок, работавших только в двух измерениях или под одним углом, новое устройство не блокирует тепло, а направляет его вокруг объекта. В результате на тепловизоре кажется, будто на этом месте ничего нет.
«Настоящий тепловой плащ должен работать независимо от того, откуда приходит тепло. Наше устройство может скрыть сложный трёхмерный объект в бесконечном числе направлений, сохраняя при этом стабильную температуру внутри», — объясняет Шелли Чжан (Shelly Zhang), профессор гражданского и экологического строительства Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне.
Как устроена технология
Обычные предметы — солдаты, дроны или перегревающиеся микрочипы — излучают характерный тепловой след, который легко заметить в темноте. Новый материал полностью стирает этот след, изменяя то, как тепло распространяется и регистрируется датчиками.
Чтобы решить задачу, над которой материалыведы бились годами, команда вернулась к фундаментальной математике теплопередачи. Стандартных материалов оказалось недостаточно, поэтому пришлось создать принципиально новую структуру. В итоге получилась сложная 3D-печатная решётка, напоминающая высокотехнологичные соты.
Устройство представляет собой гибрид: алюминиевый каркас с высокой теплопроводностью, напечатанный на 3D-принтере, заполняют формованием резиноподобным материалом с низкой теплопроводностью. Трёхмерная настройка размеров ячеек позволяет точно управлять локальной теплопроводностью в разных частях плаща.
Когда тепловой поток встречается с устройством, он не проходит внутрь, а обтекает внешнюю оболочку — примерно как вода обходит гладкий камень в реке — и снова смыкается с другой стороны. Для инфракрасной камеры тепловая картина выглядит совершенно ненарушенной. Объект просто исчезает.
Что показали испытания
Исследователи проверяли плащ в условиях сильных температурных перепадов. Инфракрасная камера фиксировала, что внешнее тепловое поле остаётся ровным, словно скрытого предмета не существует. При этом внутри зоны маскировки температура держалась стабильной и безопасной.
Особенно впечатляет способность устройства работать со сложными формами. Учёным удалось успешно скрыть даже детализированную 3D-модель человеческой головы. В отличие от более ранних технологий, которые «ломались» при изменении угла обзора или условий окружающей среды, новый плащ сохраняет эффект на сложных поверхностях и в динамичных условиях.
Работа выполнена в сотрудничестве с Техническим университетом Дании (DTU) и опубликована в журнале Nature Communications.
Где это может пригодиться
В потребительской электронике технология способна изменить управление теплом внутри всё более плотных микрочипов, отводя опасные горячие точки от чувствительных компонентов. В военной сфере потенциал ещё заметнее: танки, дроны и личный состав теоретически смогут передвигаться, оставаясь невидимыми для тепловизионных датчиков и воздушной тепловой разведки.
«Любая область, где требуется точный контроль тепла или защита от теплового обнаружения, может выиграть от этой работы, — отмечает Чжан. — Но мы видим и более широкую перспективу: речь идёт о том, чтобы скрывать и защищать информацию, которую несёт тепло».
Следующий шаг команды — создание «умных» плащей. Исследователи хотят разработать материалы, которые смогут сами чувствовать внутреннее тепло объекта и динамически рассеивать его по мере необходимости. Пока технология находится на стадии лабораторных демонстраций, но уже показывает, что управление тепловыми потоками в трёх измерениях возможно.
