ВИДЕО В опит да създадат нос Хари Потър, учените откриват повече приложения
от I.C., събота, 4 януари 2014 г., 21:46
Въпреки че Свещеният Граал на метаматериалите остава способността да правят обектите и хората невидими за човешкото око, те също могат да имат по-осезаемо търговско въздействие, като се използват за по-светски цели - от сателитни чинии до безжично зареждане на мобилни телефони.
Метаматериалите са просто материали, които имат свойства, които не се срещат в природата, те имат силата да отклоняват електромагнитното излъчване около обектите. Ключът е как са направени. Чрез сглобяване на материала - от фотонни кристали до тел и пяна - в мащаб, по-малък от дължината на вълната, която трябва да се манипулира, вълната на теория може да бъде отклонена.
Тези свойства превръщат метаматериалите в предпочитания инструмент на учените, включени в конструкцията на устройства, които позволяват камуфлаж, включително т. Нар. „Наметало на невидимост“ - екран, който би осигурил невидимостта на нещата, които покриват.
"Плащът на невидимостта беше само едно от нещата, които открихме - че имаме цялата тази гъвкавост в този материал и това е друго нещо, което можем да направим", каза Дейвид Смит от Ройтерс в телефонно интервю за Ройтерс. в университета Дюк, считан за един от бащите основатели на метаматериалите. „Ние сме еднакво заинтересовани да видим този преход и да променим живота на хората“, добави Дейвид Смит.
Всъщност пътуването на Смит от лабораторията до фабриката показва, че докато за някои метаматериали са станали синоним на носовете "Хари Потър", ползите от тях могат да се усетят в редица индустрии и употреби, от по-малка комуникация със защитени от земетресения сгради.
Дейвид Смит, Metamaterials Talk 2013
Централната точка на метаматериалите и търсенето на невидимост е представена от вълните. Ако електромагнитните вълни - било то видима светлина, микровълни или инфрачервени вълни - могат да бъдат отклонени около обект, то те не биха били видими при тези дължини на вълните. Отдавна се смята, че светлината не може да се контролира по този начин с естествени материали, защото оптичните им свойства зависят от химията на атомите, от които са образувани.
В края на 90-те години Смит и колегите му експериментират с промяна на геометрията на материалите, откривайки, че могат да променят начина си на взаимодействие със светлината или други видове вълни - като по този начин създават метаматериали. С тяхна помощ Андреа Алу, доцент в Тексаския университет в Остин, заяви пред Ройтерс, учените установиха, че „може да е възможно да се оспорят правилата и ограниченията, които от векове се считат за писане на камъни“.
През последното десетилетие имаше експлозия в изследванията, основани на откритията на Смит, в опит да направят обектите невидими поне под някаква форма на светлина.
„Досега има няколко демонстрации на камуфлаж при видими дължини на вълните, така че наистина е възможно да се маскира обект и това е готово“, каза Джейсън Валентин от университета Вандербилт, който направи едно от първите подобни „наметала на невидимост“. Те обаче имат ограничения, като например, че работят само в определени дължини на вълните и само от определени ъгли. Но тези бариери бързо се премахват, казва Джейсън Валентин.
През 2012 г., например, Ярослав Уржумов от университета на Дюк направи пластмасово наметало, отклонено от микровълнова фурна, използвайки обикновен 3D принтер, докато Alu построи ултратънко наметало с електрическо захранване.
Лекция на Нютон 2013: Професор сър Джон Пендри от Имперския колеж в Лондон
Невидима армия?
По-голямата част от финансирането на научните изследвания в тази област в САЩ идва от американската армия.
В онлайн интервю за цитираната агенция Уржумов заяви, че Министерството на отбраната е „един от най-големите американски спонсори на метаматериали и изследвания на невидимостта“. от 2000 г. изследването на метаматериали, показва уебсайтът на институцията.
Военният интерес към метаматериалите беше фокусиран предимно върху създаването на наметало за камуфлаж, каза Мигел Наваро - Сиа от Имперския колеж в Лондон, който изследва темата с финансиране от Европейската агенция по отбрана и американската армия.
Но наметалото от невидимост не трябва да бъде зловещ инструмент на войната, пише Ройтерс.
Валентин Вандербилт предлага архитектурна употреба. „Бихте могли да използвате тази технология, за да скриете колоните на съпротива от погледа, така че едно пространство да изглежда напълно отворено“, казва ученият.
Други потенциални приложения включват камуфлажни части на самолета, които пилотите могат да видят под пилотската кабина или да извадят шофьорите от мъртвото петно на колата.
„Повечето камуфлажни палта по същество все още са в етап на изследване“, каза Онг Чонг Ким, директор на Центъра за свръхпроводящи и магнитни материали в Сингапурския национален университет.
Фокусирайте се върху това къде
НПО и други казват, че докато метаматериалите все още не могат напълно да маскират обекти, те могат да бъдат използвани за пренасочване на други видове вълни, включително механични вълни, като звукови вълни и/или океански вълни. Например, в началото на миналата година френски изследователи отклониха сеизмични вълни около специално поставени дупки в земята, отразяващи вълни.
НПО обсъди възможността всички неща, научени от преконфигурирането на геометрията на материалите, да бъдат приложени за отклоняване на цунами около стратегически сгради.
Елена Семучкина от Мичиганския технологичен университет, пионер в камуфлажните устройства, посочва, че антените могат да бъдат маскирани, така че да не си пречат помежду си, да могат хората да бъдат защитени от такова вредно излъчване или звуково налягане и да могат предотвратяват разрушаването на сгради поради земетресения.
Метаматериалите също могат да абсорбират и излъчват светлина с изключително висока ефективност - например при ултразвук с висока разделителна способност - или да преориентират светлината на много кратко разстояние. Това, казва Антъни Викари от Lux Research, „може да се използва за подобряване на оптични комуникационни мрежи или дори за оптични комуникации в микрочипове, за да се подобри изчислителната скорост“.
Какво представляват метаматериалите
Търговски цели
Всъщност очевидно има нарастващ апетит за комерсиализиране на уникалните свойства на метаматериалите.
Една от първите компании, които преминаха към търговска дейност, беше Rayspan Corp, базираната в Калифорния компания, която вече не съществува, чиито антени са включени в WiFi рутери от производителя на мрежи Netgear Inc. и в произведения допълнителен смартфон. от LG Electronics Inc.
Антените са по-малки, по-плоски и по-ефективни от другите, но интеграцията им в останалата част на телефона се оказва трудна, казаха бивши ръководители на Rayspan Говорител на LG заяви, че проектът вече не е активен и че LG не възнамерява да използва метаматериали в други продукти.
„Едно нещо, което научих от моя опит като предприемач, е, че технологичната индустрия е много развълнувана от това, което се случва в лабораториите“, каза Маха Ачур, съосновател на покойния Rayspan. "Но реалността, когато продаваш нещата, е съвсем различна", добави Ачур. Оттогава патентите на компанията са продадени на купувач, чието име остава неизвестно.
Уроци са научени. Сега акцентът е изместен към използването на метаматериали в продукти и пазари, където търговското предимство може да бъде получено по-лесно.
Смит, който създава първите метаматериали през 1999 г., води икономическата офанзива, като работи с Intellectual Ventures, компания с патентно портфолио, за да стартира две компании: Kymeta Corp., която произвежда плоски панелни антени за комуникации. и Evolv Technologies, която се надява да произведе по-бърз, лесен и преносим летищен скенер. Kymeta, в партньорство със сателитните оператори Inmarsat и O3b Networks, се надява да започне доставка в началото на 2015 г.
Двете области бяха избрани от кратък списък с 20 потенциални пазара, обясни Смит, добавяйки, че "те са едни и същи метаматериали зад мантията, но ние търсихме краткосрочни приложения.".
Следващата вероятна употреба от потребителите може да бъде безжичното зареждане на устройства, област, която привлича вниманието на индустрията, показва Ройтерс.
Марк Госток от ISIS Innovation Ltd, търговска изследователска фирма към Оксфордския университет, заяви, че води преговори с няколко производители за технология ISIS. Samsung Electronics също е подала няколко патента, свързани с метаматериали и безжично зареждане.
Други компании, които споменават метаматериалите в патентната информация, включват Harris Corp., NEC Corp., Hewlett-Packard Co. и Panasonic Corp.
В крайна сметка материалите ще бъдат включени в ежедневната употреба без много суетене, казва Уил Маккарти, главен технологичен директор в производителя на интелигентни прозорци в Денвър RavenBrick LLC и притежател на патент, който се надява да направи метаматериалите да се използва за поляризиране на прозорци.
„Хората, които купуват тези продукти, няма да имат представа как работят и няма да знаят или да се интересуват, че правят неща, които преди се смятаха за невъзможни“, каза Маккарти.
TEDxTalks: Андреа Алу, за метаматериалите и невидимостта