دستگاه پنهان سازی

شبیه‌سازی یک دستگاه پنهان‌ساز فرضی. به‌طور معمول، امواج نوری که به یک جسم برخورد می‌کنند جذب یا بازتاب شده و باعث دیده شدن جسم می‌شوند.
با فعال شدن دستگاه پنهان‌ساز، نور در اطراف جسم «منحرف» می‌شود تا به نظر برسد که گویی جسم وجود ندارد و آن را نامرئی می‌کند.

دستگاه پنهان‌ساز (به انگلیسی: Cloaking device) یک فناوری پنهان‌کاری فرضی یا داستانی است که می‌تواند اجسام، مانند سفینه‌های فضایی یا افراد را به‌طور جزئی یا کامل در بخش‌هایی از طیف الکترومغناطیسی نامرئی کند. دستگاه‌های پنهان‌ساز داستانی سال‌هاست که به‌عنوان ابزار پیرنگ در رسانه‌های مختلف استفاده می‌شوند.

تحولات در تحقیقات علمی[۱] نشان می‌دهد که دستگاه‌های پنهان‌ساز دنیای واقعی می‌توانند اجسام را حداقل از یک طول موج انتشار الکترومغناطیسی مخفی کنند. دانشمندان در حال حاضر از مواد مصنوعی به نام فرامواد (Metamaterials) برای خم کردن نور به دور یک جسم استفاده می‌کنند.[۲] با این حال، در کل طیف، یک جسم پنهان‌سازی‌شده بیشتر از یک جسم پنهان‌نشده دچار پراکندگی نور می‌شود.[۳]

ریشه‌های داستانی

شنل‌هایی با قدرت جادویی نامرئی شدن از اولین روزهای داستان‌گویی وجود داشته‌اند. از زمان ظهور علمی-تخیلی مدرن، تغییرات بسیاری در این موضوع با پایه و اساس پیشنهادی در واقعیت تصور شده است. پل اشنایدر، فیلم‌نامه‌نویس پیشتازان فضا، که تا حدی از فیلم ۱۹۵۸ بی‌صدا فرار کن، عمیق فرار کن و تا حدی از رقیبی در زیر (که در سال ۱۹۵۷ منتشر شده بود) الهام گرفته بود، پنهان‌سازی را به‌عنوان قیاسی از سفر فضایی با غوطه‌ور شدن یک زیردریایی تصور کرد و آن را در اپیزود «توازن وحشت» در سال ۱۹۶۶ به کار برد. او در این اپیزود گونه رومولان را معرفی کرد که کشتی‌های فضایی آن‌ها به‌طور گسترده از دستگاه‌های پنهان‌ساز استفاده می‌کردند. (او همچنین در همان اپیزود پیش‌بینی کرد که نامرئی شدن، یا «خم کردن انتخابی نور» همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، نیاز به انرژی عظیمی دارد) یکی دیگر از فیلم‌نامه‌نویسان پیشتازان فضا، دی.سی. فونتانا، اصطلاح «دستگاه پنهان‌ساز» (Cloaking device) را برای اپیزود «حادثه انترپرایز» در سال ۱۹۶۸ ابداع کرد که در آن نیز رومولان‌ها حضور داشتند.

پیشتازان فضا محدودیتی برای استفاده از این دستگاه قائل شد: یک سفینه فضایی نمی‌تواند در حالت پنهان شلیک کند، از سپرهای دفاعی استفاده کند یا ترابردگرها را به کار بیندازد؛[۴] بنابراین برای شلیک باید «از حالت پنهان خارج شود» (Decloak).[۵] در این نقطه، پیشتازان فضا راه خود را از قیاس زیردریایی جدا کرد (زیردریایی‌ها برای پرتاب اژدر به «سطح آب» نمی‌آیند)، و در عوض یک محدودیت قابل توجه در فناوری پنهان‌کاری را پیش‌بینی کرد: هواگردهایی مانند بمب‌افکن بی-۲ نمی‌توانند در زمانی که درهای محفظه بمب آن‌ها باز است از خروج از حالت پنهان‌کاری اجتناب کنند.

نویسندگان و طراحان بازی از آن زمان دستگاه‌های پنهان‌ساز را در بسیاری از روایت‌های علمی-تخیلی دیگر، از جمله دکتر هو، جنگ ستارگان و دروازه ستارگان گنجانده‌اند.

آزمایش‌های علمی

یک دستگاه پنهان‌ساز عملیاتی و غیرداستانی ممکن است توسعه‌ای از فناوری‌های پایه‌ای باشد که توسط هواپیماهای پنهان‌کار استفاده می‌شود، مانند رنگ تیره جاذب رادار، استتار نوری، خنک‌کردن سطح خارجی برای به حداقل رساندن انتشارات الکترومغناطیسی (معمولاً فروسرخ)، یا سایر تکنیک‌ها برای کاهش دیگر انتشارات EM و کاهش انتشار ذرات از جسم. استفاده از دستگاه‌های خاص برای ایجاد پارازیت و گیج کردن دستگاه‌های سنجش از دور کمک شایانی به این فرایند می‌کند، اما به آن به درستی «استتار فعال» گفته می‌شود. به‌عنوان جایگزین، فرامواد (Metamaterials) امکان نظری عبور آزادانه تابش الکترومغناطیسی از اطراف جسم «پنهان‌شده» را فراهم می‌کنند.[۶]

تحقیق روی فرامواد

فرامواد (Metamaterials) نوری در چندین طرح پیشنهادی برای نامرئی شدن مطرح شده‌اند. «فرامواد» به موادی اشاره دارد که خواص انکساری خود را مدیون نحوه ساختارشان هستند، نه موادی که از آن تشکیل شده‌اند. با استفاده از اپتیک تبدیلی، طراحی پارامترهای نوری یک «شنل» به‌گونه‌ای امکان‌پذیر است که نور را به دور یک ناحیه هدایت کند و آن را در باند خاصی از طول موج‌ها نامرئی سازد.[۷][۸]

این پارامترهای نوری متغیر فضایی با هیچ ماده طبیعی مطابقت ندارند، اما ممکن است با استفاده از فرامواد پیاده‌سازی شوند. چندین نظریه پنهان‌سازی وجود دارد که منجر به ایجاد انواع مختلفی از نامرئی شدن می‌شود.[۹][۱۰][۱۱] در سال ۲۰۱۴، دانشمندان عملکرد پنهان‌سازی خوبی را در آب تیره نشان دادند و اثبات کردند که یک جسم پوشیده شده در مه، زمانی که به‌طور مناسب با فرامواد پوشانده شود، می‌تواند کاملاً ناپدید شود. این امر ناشی از پراکندگی تصادفی نور است، مانند آنچه در ابرها، مه، شیر، شیشه مات و غیره رخ می‌دهد، که با خواص پوشش فراماده ترکیب می‌شود. هنگامی که نور منتشر می‌شود (Diffused)، یک پوشش نازک از فرامواد در اطراف یک جسم می‌تواند آن را اساساً تحت طیف وسیعی از شرایط نوری نامرئی کند.[۱۲][۱۳]

استتار فعال

کتی که از استتار نوری استفاده می‌کند اثر سوسومو تاچی (Susumu Tachi).[۹] چپ: کت بدون دستگاه خاص دیده می‌شود. راست: همان کت که از طریق بخش پروژکتور نیمه‌آینه فناوری پرتاب بازتابی (Retro-Reflective Projection Technology) دیده می‌شود.

استتار فعال (یا استتار تطبیقی) گروهی از فناوری‌های استتار است که به یک جسم (معمولاً با ماهیت نظامی) اجازه می‌دهد با استفاده از پنل‌ها یا پوشش‌هایی که قادر به تغییر رنگ یا درخشندگی هستند، با محیط اطراف خود ترکیب شود. استتار فعال را می‌توان به‌عوان پتانسیلی برای تکامل هنر استتار اجسام از تشخیص بصری در نظر گرفت.

استتار نوری نوعی استتار فعال است که در آن فرد پارچه‌ای می‌پوشد که تصویر صحنه دقیقاً پشت سر پوشنده روی آن پخش می‌شود، به‌طوری که پوشنده نامرئی به نظر می‌رسد. عیب این سیستم آن است که وقتی پوشنده پنهان‌شده حرکت می‌کند، اغلب اعوجاج قابل مشاهده‌ای ایجاد می‌شود زیرا «پارچه» سعی می‌کند با حرکت جسم هماهنگ شود. این مفهوم در حال حاضر فقط در تئوری و در نمونه‌های اولیه اثبات مفهوم وجود دارد، اگرچه بسیاری از کارشناسان آن را از نظر فنی امکان‌پذیر می‌دانند.

گزارش شده است که ارتش بریتانیا یک تانک نامرئی را آزمایش کرده است.[۱۴] مرسدس بنز نیز در سال ۲۰۱۲ با استفاده از ال‌ئی‌دی و دوربین، خودرویی نامرئی را به نمایش گذاشت.[۱۵]

پنهان‌کاری پلاسما

پلاسما در دامنه‌های چگالی خاص، پهنای باندهای مشخصی از امواج پهن‌باند را جذب می‌کند و به‌طور بالقوه می‌تواند یک جسم را نامرئی سازد. با این حال، تولید پلاسما در هوا بسیار پرهزینه است و یک جایگزین عملی، تولید پلاسما بین غشاهای نازک است.[۱۶] مرکز اطلاعات فنی دفاعی (DTIC) نیز تحقیقاتی را در مورد فناوری‌های کاهش سطح مقطع راداری (RCS) به وسیله پلاسما دنبال می‌کند.[۱۷] یک دستگاه پنهان‌ساز پلاسما در سال ۱۹۹۱ به ثبت اختراع رسید.[۱۸]

فرا-صفحه (Metascreen)

یک نمونه اولیه از فرا-صفحه (Metascreen) به‌عنوان یک دستگاه پنهان‌ساز ادعایی معرفی شده است که تنها چند میکرومتر ضخامت دارد و تا حد محدودی می‌تواند اجسام سه‌بعدی را در محیط طبیعی خود، در موقعیت‌های طبیعی، در همه جهات و از تمام موقعیت‌های ناظر، از دید ریزموج‌ها (مایکروویو) پنهان کند. این دستگاه در دانشگاه تگزاس در آستین توسط پروفسور آندره‌آ آلو آماده شد.[۱۹]

این فرا-صفحه از یک فیلم پلی‌کربنات به ضخامت ۶۶ میکرومتر تشکیل شده بود که آرایه‌ای از نوارهای مسی ۲۰ میکرومتری را که شبیه تور ماهیگیری بود، پشتیبانی می‌کرد. در این آزمایش، هنگامی که فرا-صفحه مورد اصابت ریزموج‌های ۳٫۶ گیگاهرتزی قرار گرفت، ریزموج‌هایی با همان فرکانس اما با فاز مخالف بازتاب داد که باعث خنثی شدن بازتاب‌های جسم پنهان‌شوه شد.[۱۹] این دستگاه تنها پراکندگی ریزموج‌ها را در مرتبه اول خنثی می‌کرد.[۱۹] همین محققان سال قبل مقاله‌ای در مورد «پنهان‌سازی پلاسمونیک» منتشر کرده بودند.[۲۰]

دستگاه پنهان‌ساز هاول/چوی

پروفسور فیزیک دانشگاه روچستر، جان هاول (John Howell) و دانشجوی تحصیلات تکمیلی جوزف چوی (Joseph Choi)، یک دستگاه پنهان‌ساز مقیاس‌پذیر را اعلام کردند که از عدسی‌های اپتیکی معمولی برای دستیابی به پنهان‌سازی در نور مرئی در مقیاس ماکروسکوپیک استفاده می‌کند و به نام «شنل روچستر» شناخته می‌شود. این دستگاه شامل مجموعه‌ای از چهار عدسی است که پرتوهای نور را به اطراف اجسامی که در غیر این صورت مسیر نوری را مسدود می‌کردند، هدایت می‌کند.[۲۱]

پنهان‌سازی در مکانیک

مفاهیم پنهان‌سازی محدود به اپتیک نیستند و می‌توانند به سایر حوزه‌های فیزیک نیز منتقل شوند. به عنوان مثال، پنهان‌سازی آکوستیک (صوتی) برای فرکانس‌های خاص و همچنین پنهان‌سازی لمسی در مکانیک امکان‌پذیر شده است. این امر باعث می‌شود یک جسم برای صدا «نامرئی» شود یا حتی از لمس شدن پنهان بماند.[۲۲]

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ John Schwartz (October 20, 2006). "Scientists Take Step Toward Invisibility". نیویورک تایمز.
  2. ↑ Sledge, Gary. "Going Where No One Has Gone Before", Discovery Channel Magazine #3. ISSN 1793-5725
  3. ↑ Monticone, F.; Alù, A. (2013). "Do Cloaked Objects Really Scatter Less?". Phys. Rev. X. 3 (4). arXiv:1307.3996. Bibcode:2013PhRvX...3d1005M. doi:10.1103/PhysRevX.3.041005. S2CID 118637398.
  4. ↑ Okuda, Michael; Okuda, Denise (1999). The Star Trek Encyclopedia. Simon and Schuster. ISBN 978-1-4516-4688-7.
  5. ↑ Sopan Deb (November 12, 2017). "Star Trek: Discovery, Season 1, Episode 9: Sloppy Showdowns". نیویورک تایمز. The Klingons have to decloak to fire
  6. ↑ Service, Robert F.; Cho, Adrian (17 December 2010). "Strange New Tricks With Light". Science. 330 (6011): 1622. Bibcode:2010Sci...330.1622S. doi:10.1126/science.330.6011.1622. PMID 21163994.
  7. ↑ Pendry, J.B.; Schurig, D.; Smith, D.R. (2006). "Controlling electromagnetic fields" (PDF). Science. 312 (5781): 1780–1782. Bibcode:2006Sci...312.1780P. doi:10.1126/science.1125907. PMID 16728597. S2CID 7967675. Archived (PDF) from the original on 2016-10-06.
  8. ↑ Leonhardt, Ulf; Smith, David R. (2008). "Focus on Cloaking and Transformation Optics". New Journal of Physics. 10 (11). Bibcode:2008NJPh...10k5019L. doi:10.1088/1367-2630/10/11/115019.
  9. 1 2 Inami, M.; Kawakami, N.; Tachi, S. (2003). "Optical camouflage using retro-reflective projection technology" (PDF). The Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality, 2003. Proceedings. pp. 348–349. CiteSeerX 10.1.1.105.4855. doi:10.1109/ISMAR.2003.1240754. ISBN 978-0-7695-2006-3. S2CID 44776407. Archived (PDF) from the original on 2016-04-26.
  10. ↑ Alù, A.; Engheta, N. (2008). "Plasmonic and metamaterial cloaking: physical mechanisms and potentials". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 10 (9). Bibcode:2008JOptA..10i3002A. CiteSeerX 10.1.1.651.1357. doi:10.1088/1464-4258/10/9/093002. Archived from the original on 2016-04-20.
  11. ↑ Gonano, C.A. (2016). A perspective on metasurfaces, circuits, holograms and invisibility (PDF). Politecnico di Milano, Italy. Archived (PDF) from the original on 2016-04-24.
  12. ↑ Smith, David R. (25 July 2014). "A cloaking coating for murky media". Science. 345 (6195): 384–385. Bibcode:2014Sci...345..384S. doi:10.1126/science.1256753. PMID 25061192. S2CID 206559590.
  13. ↑ Schittny, Robert et cl. (25 July 2014). "Invisibility cloaking in a diffuse light scattering medium". Science. 345 (6195): 427–429. Bibcode:2014Sci...345..427S. doi:10.1126/science.1254524. PMID 24903561. S2CID 206557843.
  14. ↑ Clark, Josh. "Is the army testing an invisible tank?" بایگانی‌شده در ۲۰۱۲-۰۳-۰۱ توسط Wayback Machine, HowStuffWorks.com, 3 December 2007. accessed 22 February 2012.
  15. ↑ Stern, Joanna (2012-03-05). "Mercedes Invisible Car Is Coming … Sort Of". ABC News. Retrieved 2025-10-29.
  16. ↑ Plasma cloaking: Air chemistry, broadband absorption, and plasma generation backup بایگانی‌شده در ۲۰۰۹-۰۸-۰۲ توسط Wayback Machine, February 1990.
  17. ↑ Gregoire, D. J. ; Santoru, J. ; Schumacher, R. W.Abstract بایگانی‌شده در ۲۰۰۹-۰۸-۰۲ توسط Wayback Machine Electromagnetic-Wave Propagation in Unmagnetized Plasmas بایگانی‌شده در ۲۰۰۹-۰۸-۰۲ توسط Wayback Machine, March 1992.
  18. ↑ Roth, John R. "Microwave absorption system" U.S. Patent ۴٬۹۸۹٬۰۰۶
  19. 1 2 3 Tim Wogan (28 March 2013). "Ultrathin "metascreen" forms latest invisibility cloak". PhysicsWorld.com. Archived from the original on 17 August 2013.
  20. ↑ http://iopscience.iop.org/1367-2630 New Journal of Physics, March 2013.
  21. ↑ "Cloaking' device uses ordinary lenses to hide objects across range of angles". Science Daily. 29 September 2014. Archived from the original on 2014-10-01. Retrieved 15 August 2021.
  22. ↑ Bückmann, Tiemo (2014). "An elasto-mechanical unfeelability cloak made of pentamode metamaterials". نیچر کامیونیکیشنز. 5 (4130): 4130. Bibcode:2014NatCo...5.4130B. doi:10.1038/ncomms5130. PMID 24942191.

پیوند به بیرون

  • University of Texas at Austin, Cockrell School of Engineering, Researchers at UT Austin Create an Ultrathin Invisibility Cloak, 26 March 2013.
  • New Journal of Physics, "Demonstration of an ultralow profile cloak for scattering suppression of a finite-length rod in free space", by JC Soric, PY Chen, A Kerkhoff, D Rainwater, K Melin, and Andrea Alù, March 2013.
  • New Journal of Physics, "Experimental verification of three-dimensional plasmonic cloaking in free-space", by D Rainwater, A Kerkhoff, K Melin, J C Soric, G Moreno and Andrea Alù, January 2012.
  • Physical Review X, "Do Cloaked Objects Really Scatter Less", by Francesco Monticone and Andrea Alù, October 2013.
This page is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.