ابداع موادي با قابليت نامرئي کردن اجسام
مبناي نامرئي شدن
بر چيست؟
اين پرسش مهمي است كه پيش از وارد شدن به هرگونه مقولهاي در زمينه
پوششهاي نامرئي بايد به آن پاسخ قانعكنندهاي داده شود. در اين فرآيند
مبنا و اصول كار بر استفاده از نوعي مواد به نام متا مواد گذاشته شده است.
اين مواد ساختار دوگانه پيچيدهاي از فلز و عايق دارند كه موجب ميشوند نور
در اطراف شيء مورد نظر دقيقا به شكلي عبور كند كه مشابه آن را در عبور
كردن هوا از اطراف بال يك هواپيما شاهد هستيم. در حقيقت متامواد به گونهاي
در طبيعت و محيط آزمايشگاهي عمل ميكند كه گويي در قوانين فيزيك نقضهاي
آشكاري انجام ميدهد.
در قالب فرآيندي به نام «انكسار» متا مواد با نور به شيوهاي برخورد
ميكنند كه طي آن اجازه ميدهند نور در مقايسه با گذشتن از خلا، سريعتر از
درونشان عبور كند و اين دقيقا همانc معروف معادله نسبيت ارائه شده از سوي
اينشتين است. نتيجه اين فرآيند چيزي نيست جز عبور پرتوهاي نوري از اطراف
جسم، گويي كه هيچ جسم خاصي در محيط وجود ندارد. اين فرآيند دقيقا همان چيزي
است كه در سري فيلمهاي هري پاتر به تصوير كشيده شده است، البته با اين
تفاوت كه در آنجا از ترفندهاي سينمايي استفاده شده نه متامواد! اكنون
دانشمندان و گروههاي تحقيقاتي مختلف از سراسر جهان به استفاده از
تكنيكهاي مختلفي روي آوردهاند تا با استفاده از آنها پوششهاي
نامرئيكننده را به واقعيت تبديل كنند. دكتر اسميت در سال 2006 استفاده از
امواج الكترومغناطيسي براي خلق اين پوششها را ايدهاي مهم و عملي عنوان
كرده و گفته بود: اين براي نخستين بار است كه نشان دادهايم ميتوان با
استفاده از امواج الكترومغناطيسي و پيچاندن آنها در اطراف نقطهاي خاص در
محيط، مخفي كردن و به نوعي نامرئيسازي اجسام در محيط را به واقيعت عيني
تبديل كرد. او عقيده دارد: جسمي كه در زير پوشش نامرئيكننده قرار ندارد،
موجب ايجاد
اختلال در عبور امواج الكترومغناطيسي شده و نتيجهاي جز ايجاد سايه در پشت
آن ندارد. «جادوي متا» مواد عنوان جذاب و هيجانانگيزي است كه روي تلاشهاي
دكتر اسميت گذاشته شده است. در حقيقت او آغازكننده راهي بوده است كه طي آن
از متامواد كه عمر آن به بيش از يك دهه نيز نميرسد، براي خلق پوششهاي
نامرئيكننده استفاده ميشود. در ادامه تلاشهاي دكتر اسميت، گروهي از
دانشمندان در آمريكا نيز گامهاي
شجاعانهاي در اين مسير برداشتهاند. تلاشهاي اين دانشمندان به اين دليل
شجاعانه عنوان شده است چون به دنبال خلق مادهاي مشابه متامواد بودهاند تا
با استفاده از قابليتهاي منحصر بهفرد آن ايده پوششهاي نامرئي را به
واقعيت تبديل كنند. دانشگاه كاليفرنيا در بركلي جايي است كه اين پروژه شكل
ميگيرد. در اين
پروژه دانشمندان كار خود را با توليد مادهاي جديد آغاز كردند كه ميتواند
نور را در اطراف اجسام داراي ساختار سه بعدي، خميده كرده و در نهايت آنها
را نامرئي كند. اين مواد به صورت طبيعي در طبيعت اطراف وجود ندارند با اين
حال در محيطهاي آزمايشگاهي و در ابعاد نانويي وجود دارند؛ اما اين عقيده
وجود دارد كه در صورت موفقيت نهايي طرح در آيندهاي نه چندان دور، از ابعاد
بسيار بزرگتر آن كه براي نامرئيسازي انسانها و اجسام بزرگتر كافي
باشند، استفاده كرد. ماده جديدي كه تيم تحقيقاتي دكتر ژانگ در دانشگاه
كاليفرنيا ارائه كردند به جاي تعامل با ميكروامواج رايجي كه بلندتر از
دامنه بينايي انسان هستند، با آن دسته ميكروامواجي كار ميكند كه در صنايع
ارتباطات از راه دور به كار گرفته ميشود و اين دقيقا محدودهاي است كه به
طيف قابل روِيت بسيار نزديكتر است. دكتر ژانگ براي بررسي اين موضوع تيم
تحقيقاتي خود را به 2 دسته تقسيم كرد.
اين تيمها با استفاده از متاماده اجسامي توليد كردند تا از آنها در
آزمايشات نامرئيسازي استفاده كنند. يكي از تيمها از خرده پوششهاي نانويي
ساخته شده از نقره و فلورايد با خاصيت مغناطيسي در قالب ساختاري استفاده
كرد كه شباهت زيادي به تورهاي ويژه مخفي كردن ادوات نظامي در صحراها دارد و
اين در حالي بود كه تيم دوم استفاده از نانوسيمهاي نقرهاي را در برنامه
خود قرار داده بود. نكته مهم درخصوص اين اجسام اين بود كه نور نه جذب آنها
ميشد و نه از روي
آنها منعكس ميگشت، تنها همچون جريان آب از اطراف آنها عبور ميكرد. در
نتيجه تنها نور قرار گرفته در پشت اجسام پوشيده ميشد و سايه ايجاد ميكرد.
نكته مهم و قابل ذكر ديگر اين است كه اجسامي كه با اين مواد توليد
ميشوند، برخلاف مواد طبيعي موجود در طبيعت، هرگز نسبت به ميدان مغناطيسي
نور واكنش نشان نميدهند و همين تفاوت اوليه است كه به عنوان جرقه كاربردي
در نهاييسازي پروژه پوششهاي نامرئي مدنظر قرار گرفته است. اين، شروع جذاب
دوباره اي براي خلق پوششهاي نامرئيكننده بود. بسياري از كارشناسان
تلاشهاي اين دو گروه را به عنوان گامهايي جدي در فرآيند طراحي و توليد
پوششهاي نامرئيكننده عنوان كردند، تلاشهايي كه طي يك سال گذشته باز هم
متحول شده و رنگ و بوي جديتري به خود گرفته است.
گامهايي نوين براي خلق واقعي پوششهاي نامرئي:
ابداع نرمافزاري جديد براي توانمندسازي متامواد به منظور تعامل با طيف
وسيعي از فركانسهاي نوري را بايد به عنوان تازهترين گامهاي جهاني براي
واقعيت بخشيدن به پروژه پوششهاي نامرئي تلقي كرد. اين ابداع خيرهكننده
باز هم از سوي دكتر اسميتي صورت گرفته است كه در سال 2006 نخستين
آزمايشهاي موفقيتآميز در زمينه پوششهاي نامرئي را انجام داده بود.
نرمافزاري كه وي ابداع كرده است، طراحي و ساخت متامواد را سرعتي
خيرهكننده ميبخشد. او و تيم همراهش از اين برنامه رايانهاي براي ساخت
پوشش نوري پيچيدهاي استفاده كرده است كه نسبت به طيف وسيعي از پرتوهاي
ميكروامواج در حكم جسمي نامرئي به نظر ميآيد. بيشك بايد اوج اين هنرنمايي
را، انجام آن تنها در مدت 10 روز دانست. ساختار جديدي كه دكتر اسميت با
همكاري دوست و همكار چينياش ساخته است با طول موجهاي نوري بين يك تا 18
گيگاهرتز عمل ميكند. نكته مهمي كه همواره در پروژه جهاني تلاشهاي مرتبط
با پوششهاي نامرئي
مطرح بوده، ساخته نشدن پوششي بوده است كه در طول موجهاي قابل روِيت عمل
كند. از آن گذشته متاموادي نيز كه تاكنون در محيطهاي آزمايشگاهي توليد
شدهاند، تمايل طبيعي به تعامل با محدوده بسيار كوچكي از طيف نوري دارند.
اما در آن سوي معادله بايد به اين نكته توجه داشت كه يك پوشش نامرئي كه با
هدف نامرئي كردن در معرض تك نورها ساخته ميشود، عملا هيچ كارايي ندارد.
همينجاست كه اوج هنرنمايي دكتر اسميت نمايان ميشود. در حقيقت او تلاش دارد
پوشش نامرئياي توليد كند كه نسبت به تمام محدوده طيف نوري عمل كند و
البته اين اقدامي تاريخي به حساب ميآيد. دكتر اسميت درخصوص ساختار پوششي
كه با استفاده از اين نرمافزار ساخته
ميشود، ميگويد: اين پوشش به شكل يك مستطيل قائم در ابعاد 50 و 100
سانتيمتر با ارتفاع يك سانتيمتر است و از حدود 600 ساختار مسي به شكل
حرفi لاتين ساخته ميشود. البته ساخت هر يك از اين 600 ساختار كار چندان
سختي به نظر نميرسد. اين يك الگوي مسي است كه فناوري آن هزينه چنداني در
برنداشته است، اما قسمت
سخت معادله تازه شروع شده است: تشخيص ابعاد هر يك از اين 600 ساختار مسي و
چگونه قرار دادن آنها در كنار يكديگر. اين تصور را در ذهن داشته باشيد كه
نخستين پوشش نامرئي ساخته شده از سوي دكتر اسميت در سال 2006 تنها شامل
10ساختار مسي از اين دست بوده و اكنون كار كمي سختتر شده است. دكتر
اسميت براي موفق شدن در اين پروژه سخت مجبور بود تا از شبيهسازيهاي
عددي متعددي استفاده كند. وي در ادامه شيوههايي را كه طي آن يك ماده با
ميدان مغناطيسي نور تعامل برقرار ميكند با هدف تشخيص دقيق اندازه، ابعاد و
جهتگيري هر يك از اين 600 ساختار وارد محاسبات پيچيده رياضي كرد. اين
فرآيند كار بسيار زمانبري است و اكنون دكتر اسميت ميتواند با استفاده از
نرمافزاري كه ارائه كرده است، اين زمان را به ميزان قابل توجهي كاهش دهد و
به نوعي ميانبر جديدي براي دستيابي به پوششهاي نامرئي باز كند. او معتقد
است: اين الگوريتمها اجازه ميدهند تا با سرعت بسيار بيشتري
ساختاري را پيشبيني كرد كه بهترين و موثرترين تعامل را با نور داشته باشد.
تلاش اين دانشمند از جهات گوناگون قابل بررسي است. زماني كه توسعه يك
فناوري نوپا به ميان ميآيد، استفاده از فناوريهاي موازي و تجهيزات
فوقمدرن براي سرعت بخشيدن به توسعه آن مهمترين ابزار كاربردي به حساب
ميآيد و اكنون نرمافزاري كه دكتر اسميت ارائه كرده است، در حكم
كاتاليزوري قدرتمند براي توسعه دانش ساخت پوششهاي نامرئيكننده به حساب
ميآيد. دكتر اسميت تلاش كرده است ايدهاي را كه از يك دهه پيش به صورت
مفهومي جدي
در دنياي فناوريهاي نوين مطرح شد را با توسعه تحقيقات مرتبط با توليد
متامواد به واقعيت تبديل كند. البته او و دانشمنداني نظير وي كار بسيار
سختي پيش رو دارند، چون اساسا برخلاف بسياري از فناوريهاي فعلي كه در
آزمايشگاههاي تحقيقاتي سراسر جهان در حال انجام است، دانش و اطلاعات قابل
توجهي در اين زمينه وجود ندارد و شايد همين مشخصه موجب شده است تا بسياري
آن را يكي از مرموزترين مفاهيم دانش نوين بشري نگاه كنند.
كاربردهاي مختلف پوششهاي نامرئيكننده:
اين بعد جديد از فناوريهاي نوين بشدت ذهن دانشمندان را درخصوص كاربردهايي
كه در صنايع مختلف خواهند داشت، مشغول كرده است. اگر پا را فراتر از آنچه
در فيلمهايي نظير هري پاتر ارائه شده است بگذاريم، استفاده در صنايع
ارتباطات از راه دور، ساخت ميكروسكوپ هايي با كارايي موثرتر، سامانههاي
تصويربرداري اپتيكي بسيار دقيق و موارد ديگري نظير آن را ميتوان براي
پوششهاي نامرئيكننده متصور شد.
به گزارش مهر ، آنچه براي سال ها الهام بخش داستانهاي علمي تخيلي بوده و براي دانشمندان به رويايي دوردست تبديل شده بود اکنون چند قدم ديگر به واقعي شدن نزديک شده است زيرا محققان موفق شده اند براي ساخت رداي نامرئي کننده قدمي بزرگ بردارند. دانشمندان انگليسي موفق به ابداع صفحه هاي قابل انعطافي شده اند که مي توان آن را وجه علمي «رداي نامرئي کننده» فيلم هاي مشهور هري پاتر ناميد. اين ماده جديد با نام متا فلکس از ساختاري ميکروسکوپي تشکيل شده که با به وجود آوردن لايه اي از متامواد مي تواند جريان نور را در سطحي بنيادين کنترل کرده و هدايت کند. به گفته «آندرئا دي فالکو» از دانشگاه سنت اندروز، متامواد مي توانند قدرتي بي نظير را در کنترل و تغيير رفتارهاي نور در اختيار انسان قرار دهند. قدرت دستکاري و تغيير دادن رفتار نور همان توانايي است که به متامواد توانايي ايجاد تصور نامرئي بودن را خواهد داد، مفهومي که در حال حاضر براي استفاده در بسياري از زمينه ها از جمله استتار صوتي ساختارهايي از قبيل کشتي ها، زير دريايي ها و هواپيماها مطرح است. به گفته دانشمندان ، دستيابي به ويژگي نامرئي شدن در نور مرئي چالشي بسيار بزرگ است زيرا براي رسيدن به چنين هدفي بايد ابعاد متامواد بسيار کوچک باشد. قوانين نور بر اين اساس استوارند که امواج نوري را تنها مي توان با ساختارهايي هم اندازه طول موج امواج نوري تغيير داد، از سويي ديگر با وجود اينکه در گذشته متامواد قابل انعطاف ساخته شده اند طول موج بلند آنها از تاثير نامرئي کننده مواد مي کاهد. از اين رو متاماده جديدي که توسط دانشمندان دانشگاه سنت اندروز ساخته شده قدمي بزرگ به سوي جهاني نامرئي به شمار مي رود زيرا اين مواد به اندازه اي ريز هستند که بتوانند نور مرئي را مختل کنند و در عين حال از انعطاف پذيري نيز برخوردارند. با اين همه شبيه سازي رداي نامرئي هري پاتر هدف نهايي اين دانشمندان نيست، بلکه آنها در تلاشند از اين مواد در ساخت لنزهاي طبي مصرفي استفاده کنند که مي توانند اختلالات بينايي را به عنوان يک چشم مصنوعي درمان يا کنترل کنند.