На экране тепловизора теплый предмет всегда виден как светлое пятно на холодном фоне. Исследователи из США и Дании создали устройство, которое это пятно убирает: тепло обтекает спрятанную вещь и движется дальше так, будто на пути ничего не было.
Это первый физически изготовленный трехмерный тепловой плащ. Он скрывает сложные объекты почти со всех сторон. Принцип работы отличается от обычной теплоизоляции. Изоляция останавливает тепло, а здесь его перенаправляют. Для тепловизора, который смотрит сбоку, температурная картина остается почти неизменной.
Как работает тепловой плащ
Раньше тепловые плащи создавали только для плоских поверхностей или для одного заранее известного направления. Если тепло шло с другой стороны, объект сразу выдавал себя искажениями температуры.
«Настоящий тепловой плащ должен работать независимо от того, откуда идет тепло, — говорит исследователь Шелли Чжан. — Наше устройство скрывает сложный трехмерный объект со множества направлений и одновременно удерживает стабильную температуру внутри».
Теория такого устройства существовала давно. Она рассчитывает путь, по которому должно двигаться тепло, чтобы температурное поле вокруг казалось ненарушенным. Сложность заключалась не в математике, а в производстве. Разные участки плаща должны проводить тепло с разной скоростью и в разных направлениях. Готового материала с такими свойствами не существует.
Решение нашли в решетчатой структуре. Ее геометрию можно изменять независимо по всем трем осям. Изменяя форму и расположение ячеек, изменяют теплопроводность участка.
Использовали два материала с резко различными свойствами. Алюминиевую решетку напечатали на 3D-принтере — она хорошо проводит тепло и работает как быстрые магистрали. Пустоты залили резиноподобным материалом, который почти не пропускает тепло. Вместе они создают управляемый маршрут: где-то поток разгоняется, где-то тормозится и в итоге обходит спрятанную вещь.
Испытания в лаборатории
Конструкцию поставили между горячей и холодной зонами и наблюдали тепловизором. Снаружи казалось, что объекта нет: тепло проходило мимо защищенного участка и смыкалось за ним без характерных искажений. Внутри температура оставалась ровной и не зависела от внешних условий.
Затем задачу усложнили — прятали замысловатые трехмерные формы, в частности детализированные фигуры, похожие на человеческие головы. Метод справился и с неровной геометрией.
Есть существенное ограничение. Нынешний плащ рассчитан на тепло, которое приходит извне. Спрятать предмет, который греется сам, значительно сложнее: его собственное тепло будет накапливаться внутри и рано или поздно выдаст местоположение.
