باید قبول کنید که شما هم دوست دارید یک شنل نامرئی داشته باشید. فاش شدن یک اشتباه خجالت.آور در یک میهمانی؟ فقط کافی است تا جامه.ی جادویی خود را بپوشید و از نگاه.های تحقیر آمیز مهمان.ها ناپدید شوید. می.خواهید بشنوید که واقعا رئیستان درباره.ی شما چه می.گوید؟ به راحتی در دفتر او پرسه بزنید و چیزهای بدرد بخوری بدست می.آورید.
چنین ابزار مد اعجاب انگیزی به طور مضحکی در دنیای علمی تخیلی و فانتزی به صورت استاندارد در آمده است. هر کسی از جادوگران تا شکارچیان صحراهای بین کهکشانی، حداقل یک پیراهن نامرئی در لباس.های خود دارند، ولی درباره.ی ما، انسان.های ضعیف در دنیای واقعی چطور؟



خب، انسان.های عادی، علم خبرهای خوبی برای شما دارد: شنل.های نامرئی واقعی هستند. این فناوری تا تکمیل فاصله دارد اما اگر شما به فروشگاه مدرن لباس.های غیب شونده.ی ما قدم بگزارید، ما شما را به سمت گزینه.های شنل.های نامرئی راهنمایی می.کنیم.
در ابتدا، نگاهی می.اندازیم به بعضی از مدهای شگرف نانوتیوب کربنی_که تازه از مجموعه موسسه UTD NanoTech در پاییز 2011 بدست آمده است. این فناوری جدید متاثر از پدیده.ی طبیعی مسبب ایجاد سراب در صحرا هست. این لباس توسط محرک الکتریکی گرم می.شود، گرادیان (شیب) دمای تیز میان شنل و محیط اطراف سبب ایجاد یک سراشیبی دمایی می.شود که با خم کردن نور آن را از پوشنده لباس دور می.کند. شرط: پوشنده.های لباس مجبورند عاشق آب باشند و بتوانند درون یک petri dish (ظرف کوچک مخصوص کشت میکروب) جا بشوند.
شاید شما چیزی را ترجیح می.دهید که از فرامواد (metamaterials) درست شده باشد. این ساختارهای کوچک، کوچکتر از طول موج نور هستند. اگر به درستی ساخته شوند، امواج نور را اطراف یک شی راهنمایی می.کنند، بیشتر مانند سنگی که آب جاری را منحرف می.کند. برای الان، البته این فناوری تنها در دو بعد کار می.کند و فقط در اندازه.های خیلی کوچک 10 میکرومتر تولید می.شوند.
اگر شما بیشتر به مد قدیمی علاقه دارید، فناوری استتار نوری نیز که توسط دانشمندان در دانشگاه توکیو تولید شده.اند وجود دارند. این روش بر اساس همان قواعد پرده.ی آبی (blue screen) که در تلویزیون در بخش پیش.بینی هوا و همچنین فیلمسازی کاربرد دارد، کار می.کند. اگر می.خواهید که مردم آن طرف بدن شما را ببینند چرا از آنچه آن طرف بدنتان وجود دارد فیلم نگیرید و آن را روی بدنتان نمایش ندهید؟ اگر شما با همراهی ویدیوگراف.ها (videographs) سفر می.کنید، این می.تواند شنل نامرئی شما باشد.
آماده.اید تا بعضی از این لباس.ها را امتحان کنید؟

پدیده.ی سراب: نانوتیوب.های کربنی

بیایید ابتدا این شنل نامرئی نانوتیوب کربنی را امتحان کنیم و شگفتی.های پدیده سراب را تجربه کنیم
شما احتمالا بیشترتان با سراب.ها از داستان.ها.ی آواره.های صحرا که نگاهی زودگذر به یک آبادی کویری داشته.اند تنها برای اینکه دریابند که آن تنها یک سراب بوده است، آشنا هستید.



شن داغ نکته.ی کلیدی پدیده.ی سراب (یا خمیدگی فوتوترمال=photothermal deflection) است، زیرا تفاوت مستقیم دمای شن و هوا، امواج نور را خم می.کند یا می.شکند. این انکسار اشعات نور را به جای هدایت کردن به زمین به بالای چشم.های بیننده منتقل می.کند. یک مثال کلاسیک از سراب صحرایی این هست که این پدیده یک گودال از آسمان را روی زمین ایجاد می.کند که ذهن منطقی (و تشنه) آن را به عنوان یک استخر آب تفسیر می.کند. شما احتمالا چنین پدیده.ی مشابهی را بر روی سطح داغ خیابان، همراه با سوسو زدن خط ممتد جاده همراه با گودال آب دیده.اید.
در سال 2011، محققان در دانشگاه تگزاس در موسسه Dallas NanoTech تصمیم گرفتند از این پدیده استفاده کنند. آن.ها از نانوتیوب.های کربنی استفاده کردند، صفحات کربن درون تیوب.های استوانه.ای شکل، پیچیده شدند. هرصفحه به سختی به ضخامت یک مولکول است، البته به همان سختی فلزات زیرا اتم.های کربن در هر تیوب به طور شگفت انگیزی محکم به هم متصل شده.اند، این صفحات همچنین رساناهای بسیاز خوب گرما هستند که آن.ها را برای تولید سراب ایده.آل می.کند.
در آزمایش، محققان به صورت الکتریکی صفحات را گرم کردند، که باعث شد گرما به محیط اطراف (یک petri dish از آب) منتقل شود. همان طور که از تصاویر می.توانید ببینید، این امر سبب می.شود که نور از اطراف صفحات نانوتیوب کربنی با خم شدن دور شود، که به صورت مؤثر هر چیزی که پشت آن است را توسط نامریی بودن پوشش می.دهد.
نیاز به گفتن نیست، مکان.های بسیاری نیست که شما بخواهید یک لباس کوچک بسیار داغ را که باید در آب شناور باشد بپوشید؛ ولی آزمایش، پتانسیل چنین موادی را نمایش می.دهد. در طول زمان، تحقیق نه تنها شنل.های نامرئی بلکه تجهیزات دیگر با قابلیت خم کردن نور را که همه.ی آن.ها دارای کلید روشن/خاموش هستند را ممکن می.سازد.

فرامواد، خم شدن امواج نور

بیایید شنلی نامرئی که از فرامواد ساخته شده است را در نظر بگیریم. فرامواد، چشم.انداز قانع کننده.تری از تکنولوژی نامرئی، بدون استفاده از پروژکتورها و دوربین.ها ارائه می.دهند. فرامواد، که مفهوم آن برای اولین بار در سال 1967 توسط Victor Veselago فیزیکدان روسی مطرح شد، ساختارهای مصنوعی بسیار ریزی هستند که از طول موج نور هم کوچکتر بوده (برای ایجاد انحراف در مسیر امواج نور) و دارای خواص الکترومغناطیسی منفی می.باشند که بر جهت.گیری آن.ها در میدان.های مغناطیسی تاثیر می.گذارد.
مواد طبیعی، همه دارای ضریب شکست مثبت هستند که این ضریب تعیین کننده.ی چگونگی برهم.کنش امواج نور با آن.ها است.
اگر ساختار ماده.ای را به اندازه.ی کافی کوچک کنیم، می.توان نحوه.ی انکسار امواج ورودی را تغییر داد تا جایی که می.توان انکسار مثبت را به منفی تبدیل کرد.
به خاطر داشته باشید که تصاویر و صداها به ترتیب توسط امواج نوری و امواج صوتی به ما می.رسند. اگر کاری کنیم که این امواج شی را دور بزنند، توانستیم آن را از دیده یا شنیده شدن پنهان کنیم. یک جریان کوچک را تصور کنید، اگر کیسه.ای پر از رنگ قرمز در جریان قرار دهیم، با توجه به تغییر رنگ، طعم و بوی آب متوجه خواهید شد که رنگ قرمز در حقیقت در جریان پخش شده است. حال اگر بتوانید جریان آب را از اطراف کیسه بگذرانید چه؟
در سال 2006، David Smith از دانشگاه Duke، با استفاده از نظریه.ی از پیش مطرح شده John Pendry، فیزیکدان نظری اهل انگلیس، فراماده.ای ساخت که قابلیت منحرف کردن جریان پرتو میکرو ویو (ریز موج) را دارد.
این محصول فراماده متشکل بود از حلقه.های متحد المرکز که دارای منحرف کننده.های میکرو ویو الکتریکی هستند.
روشن است میکرو ویو در طیف بینایی انسان جایی ندارد، اما تکنولوژی نشان داده است که امواج انرژی می.توانند در اطراف یک ماده منحرف شوند.
تصور کنید که یک لباس می.تواند کاغذ مچاله شده..ی پرت شده توسط یک کلاس سومی را منحرف کند و آن را دور فرد بچرخاند طوری که گویی خط سیرش فرد را در بر بگیرد؟!
حال چقدر کشش لازم است تا یک سنگ یا یک فشنگ را منحرف کرد؟
فرامواد مورد نظر Smith درستی این روش را ثابت کرده.اند. راه رسیدن به نامرئی شدن منوط به آن است که بتوان آن را با امواج مختلف تطبیق داد.

فرامواد: مخازن نامرئی

در سال 2007، Igor Smolyaninov به همراه تیمش از دانشگاه مریلند در زمینه نامرئی شدن به پیشرفت.های بسیاری دست یافت.
به کمک نظریه.های از پیش مطرح شده.ی Vladimir Shaleav از دانشگاه پردو (Perdue)، Smolyaninov فراماده.ای ساخت که قادر به خمش نور مرئی اطراف یک شی شد.
تنها پهنای 10 میکرو متر، شنل دانشگاه پردو متشکل از حلقه.های طلایی متحدالمرکزی است که توسط نور فیروزه.ای قطبی افشانده شده است.
این حلقه.ها امواج نور ورودی را به دور از شی پوشیده هدایت می.کنند و به طور موثر (در نهایت) باعث نامرئی شدن آن می.شوند. فیزیک.دانان چینی دانشگاه Wuhon این مفهوم را وارد محدوده.ی شنوایی کرده.اند. این کار با ساخت پوشش ناپدیدی صدایی (acoustic invisibility cloak) قادر به منحرف کردن امواج صوتی از اطراف شی امکان پذیر است.



در حال حاضر شنل.های نامرئی ساخته شده از فرامواد به نوعی محدود هستند. علاوه بر این که بسیار کوچک می.باشند، محدود به 2 بعد نیز هستند. پس برای ناپدید شدن در یک منطقه جنگی 3 بعدی به هیچ وجه مناسب نیست!
همچنین شنل حاصل وزنی بیشتر از آن دارد که حتی یک جادوگر تمام بتواند شنل را جابه.جا کند!!! در نتیجه این تکنولوژی بهتر است برای مخفی کردن ساختمان.ها یا وسایل نقلیه مانند تانک به کار برود!

استتار نوری: واقعیت تغییر یافته

این تکنولوژی از مزایای تکنولوژی واقعیت بزرگ شده (augmented-reality) بهره می.برد. تکنولوژی که برای اولین بار در سال 1960 توسط Ivan Sutterland و دانشجویانش در دانشگاه.های هاروارد و اوتا، پایه.ریزی شد.
استتار نوری تجربه.ای همانند شنل نامرئی هری پاتر ارائه می.دهد با این تفاوت که استفاده از آن مستلزم آرایش پیچیده.ای می.باشد. ابتدا شخصی که می.خواهد نامرئی باشد (فرض کنیم اسم او هری است) لباسی مانند یک بارانی کلاهدار می.پوشد. این لباس از ماده.ای خاص ساخته شده که بعدا بررسی خواهیم کرد.



سپس یک ناظر (برای مثال پروفسور اسنیپ!) در یک موقعیت مخصوص روبروی هری می.ایستد، حال در آن مکان به جای دیدن هری با بارانی کلاهدار، اسنیپ دقیقا از میان شنل می.بیند که باعث می.شود هری نامرئی به نظر آید! حال اگر اسنیپ، هری را از مکان دیگری ببیند (از زاویه.ی دیگری به هری نگاه کند)؟ مسلما او پسرک جادوگر را می.بیند که شنلی نقره.ای به تن دارد! خوشبختانه شنل تخیلی هری از همه.ی زوایا نامرئی دیده می.شود!
استتار نوری از طریق سحر و جادو کار نمی.کند.
سیستم.های واقعیت بزرگ شده اطلاعات کامپیوتری را به ادراک حسی کاربر اضافه می.کنند. تصور کنید که در پیاده روی یک شهر در حال قدم زدن هستید، همان.طور که به مناظر در طول مسیر نگاه می.کنید، اطلاعات اضافی نیز وارد دید شما می.شوند. این اطلاعات می.تواند مثل یک روز خاص در رستوران، زمان.های نمایش در تئاتر و یا برنامه اتوبوس در ایستگاه باشد. آنچه مهم است درک تفاوت واقعیت مجازی و واقعیت بزرگ شده می.باشد. در حالی که واقعیت مجازی سعی در جایگزینی دنیا دارد، واقعیت بزرگ شده صرفا تلاش می.کند تا آن را با مطالب مفید کامل.تر کند. می.توان آن را مانند صفحه نمایش سر بالا (HUD) برای زندگی روزمره دانست.
اکثر سیستم.های واقعیت بزرگ شده به یک ناظر نیاز دارد تا از طریق یک دستگاه مشاهده مخصوص، صحنه.ی دنیای واقعی را که توسط گرافیک ساختگی تقویت شده ببیند. این کار، همچنین به کامپیوتری قوی نیاز دارد. علاوه بر این.ها، استتار نوری مستلزم استفاده از اجزاء متعدد دیگری هم است که عبارتند از:
- لباس ساخته شده از مواد بسیار بازتابنده (صیقلی)
- دوربین فیلم برداری دیجیتال
- کامپیوتر
- پروژکتور
- آینه نیمه نقره به نام ترکیب کننده (combiner)