Δευτέρα, 29 Σεπτεμβρίου 2014

Μαγικός φακός κάνει τα αντικείμενα αόρατα. ‘Cloaking’ device uses ordinary lenses to hide objects across range of angles

Αποκρύπτει αντικείμενα από το μάτι του παρατηρητή, αφήνοντας μάλιστα το φόντο ανεπηρέαστο. Doctoral student Joseph Choi is pictured with a multidirectional `perfect paraxial’ cloak using 4 lenses.

Ακόμα κι αν δεν βρεθεί άλλη πρακτική εφαρμογή, αυτή η εφεύρεση σίγουρα θα ενδιαφέρει τους ταχυδακτυλουργούς: μια διάταξη φακών που αποκρύπτει αντικείμενα από το μάτι του παρατηρητή, αφήνοντας μάλιστα το φόντο ανεπηρέαστο.

Νέος «μανδύας»

H εικόνα του χεριού εξαφανίζεται, στο φόντο όμως οι γραμμές του πλέγματος μένουν ανεπηρέαστες. A multidirectional `perfect paraxial’ cloak using four lenses. From a continuous range of viewing angles, the hand remains cloaked, and the grids seen through the device match the background on the wall (about 2 m away), in color, spacing, shifts, and magnification. Credit: J. Adam Fenster / University of Rochester

Τα τελευταία χρόνια έχουν παρουσιαστεί διαφόρων ειδών «αόρατοι μανδύες», πειραματικές διατάξεις που αποκρύπτουν αντικείμενα από το οπτικό πεδίο των θεατών (ο όρος είναι εμπνευσμένος από την κάπα που κάνει αόρατο τον Χάρι Πότερ). Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι «μανδύες» αυτοί αποτελούνται από υλικά υψηλής τεχνολογίας, γνωστά ως «μεταϋλικά», σχεδιασμένα να εκτρέπουν την πορεία που ακολουθεί το φως, τουλάχιστον σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.

Τώρα, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ στη Νέα Υόρκη προτείνουν μια απλούστερη διάταξη, η οποία βασίζεται σε απλά και φθηνά υλικά και επιπλέον λειτουργεί σε όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός: δύο ζευγάρια φακών τοποθετημένων σε συγκεκριμένες αποστάσεις μεταξύ τους.

«Από ό,τι γνωρίζουμε, είναι η πρώτη συσκευή απόκρυψης που προσφέρει συνεχή κάλυψη σε τρεις διαστάσεις και από πολλές διευθύνσεις» καμαρώνει ο μεταπτυχιακός φοιτητής Τζόζεφ Τσούι, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Στις δοκιμές που πραγματοποίησαν, οι ερευνητές απέκρυψαν μεταξύ άλλων ένα χέρι, ένα πρόσωπο και έναν χάρακα, αφήνοντας παράλληλα ανεπηρέαστο το φόντο, δηλαδή τα αντικείμενα που βρίσκονται πίσω από το κρυμμένο αντικείμενο.

Αυτό συμβαίνει επειδή η περιοχή που παραμένει αόρατη έχει σχήμα ντόνατ και δεν παραμορφώνει τα είδωλα των αντικειμένων που βρίσκονται έξω από αυτή τη νοητή κουλούρα.

Απόκρυψη

Η πειραματική διάταξη αποτελείται από δύο ζεύγη φακών. Οι ακτίνες λέιζερ δείχνουν την πορεία του φωτός. Setup of the multidirectional `perfect paraxial’ cloak as seen from the side. Laser shows the paths that light rays travel through the system, showing regions that can be used for cloaking an object. Credit: J. Adam Fenster / University of Rochester

Η νέα μέθοδος απόκρυψης «φαντάζομαι πως θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αποκρύψει ένα τροχόσπιτο που βρίσκεται πίσω από ένα αυτοκίνητο έτσι ώστε ο οδηγός να μπορεί να βλέπει [από τον καθρέπτη] τι βρίσκεται πίσω από το τροχόσπιτο» εκτιμά ο Τσούι. «Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο χειρουργείο, στο στρατό, στη διακόσμηση ή στην τέχνη» προσθέτει.

Η μαθηματική περιγραφή της νέας διάταξης απόκρυψης παρουσιάζεται σε μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Optics Express» και είναι διαθέσιμη στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv

For their demonstration cloak, the researchers used 50mm achromatic doublets with focal lengths f1 = 200mm and f2 = 75mm.

Και, για όσους θέλουν να δοκιμάσουν την ιδέα στο σπίτι, οι ερευνητές δίνουν τις οδηγίες:
  • Χρειαζόμαστε ένα ζευγάρι φακών με εστιακή απόσταση f1 και ακόμα ένα ζευγάρι με διαφορετική εστιακή απόσταση f2
  • Οι δύο πρώτοι φακοί χωρίζονται από απόσταση ίση με το άθροισμα των εστιακών αποστάσεών τους (f1+f2).
  • Με τον ίδιο τρόπο υπολογίζεται η απόσταση μεταξύ των δύο επόμενων φακών
  • Η απόσταση ανάμεσα στο πρώτο και το δεύτερο ζευγάρι φακών (t2) ισούται με 2 f2(f1+ f2) / (f1— f2).