功能各異的隱形衣

魏　慶　齊　季

從遠(yuǎn)古的神話故事到現(xiàn)在的電影《星際迷航》、《哈里波特》，都有關(guān)于神秘隱形衣的生動(dòng)、離奇情節(jié)。如今，夢(mèng)想即將變成現(xiàn)實(shí)，美國聲稱很快就會(huì)發(fā)明出一種新型材料，像隱形罩一樣罩住物體，從而使其隱身不被發(fā)現(xiàn)。目前，來自英國和美國的研究人員透露他們已掌握如何制造隱形衣的技術(shù)，并展示了設(shè)計(jì)藍(lán)圖以尋求合作伙伴，準(zhǔn)備開發(fā)一種奇特的材料用于制造隱形衣。

據(jù)悉，這是一種特殊的人造材料，該材料能避開光線和物體周圍其他形式的電磁輻射。人之所以能看到物體，是因?yàn)槲矬w阻擋了光波通過。如果有一種材料敷在物體表面，能引著被物體阻擋的光波“繞著走”，那么光線就似乎沒有受到任何阻擋，在觀察者看來，物體就似乎變得“不存在”了，也就實(shí)現(xiàn)了視覺隱身。

納米材料制作隱形衣

美國開發(fā)出一種新型材料，可在納米尺度上讓可見光彎曲，假如下一步能在正常尺度上實(shí)現(xiàn)這一奇觀，科幻世界中的神奇“隱形衣”就有望成為現(xiàn)實(shí)。美國研制的這種新材料在納米尺度上可以使三維空間內(nèi)的可見光彎曲，也就是說照射在這種材料上的可見光不會(huì)像正常情況卞那樣偏折，人眼也就無法“看到”它。雖然目前美國只是在納米尺度上實(shí)現(xiàn)了“隱形”，但從理論上講，同樣的原理在正常尺度下也應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)。近年來，美國研究人員曾合成出類似的具有負(fù)折射率的“超級(jí)材料”，試圖利用材料特殊的光學(xué)特性，使光彎曲。但先前的研究成果均存在局限性。比如，有的只能使微波(波長大約在1毫米至1米之間)光線彎曲，而這個(gè)波長范圍內(nèi)的光線對(duì)人眼來說原本就不可見。有的則只能使光線實(shí)現(xiàn)二維彎曲，而不是完全隱形。最新研制的這種“超級(jí)材料”在納米尺度上實(shí)現(xiàn)了可見光的三維彎曲。這被看作是“超級(jí)材料”領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。這一新材料可用于開發(fā)“超級(jí)透鏡”，能夠讓人們看清小到一個(gè)分子的目標(biāo)。當(dāng)然，人們最感興趣的還是它的“隱形”功能，除了讓科幻成真，這種隱形材料將來在軍事領(lǐng)域也將大有用武之地。

元材料技術(shù)制作隱形衣

“元材料”技術(shù)，就是將聚合材料和微小的錫卷或金屬絲混合制成超材料，從而使電磁輻射的路徑彎曲。超材料是一種非常有意思的物質(zhì)，有許多控制它的方法。美國最新發(fā)表的研究論文中描述了如何使用超材料將周圍物體的光通路扭曲，從而達(dá)到隱身的目的。這種隱形罩就像在空間的一側(cè)開了一個(gè)洞，在另一側(cè)元材料的引導(dǎo)下，所有的光和電磁波在這個(gè)區(qū)域都不存在，好像隱形一般。當(dāng)然，開發(fā)隱形技術(shù)并不像哈里波特小說那樣富有傳奇色彩，科學(xué)家還要解決很多科學(xué)難胚，例如：為了達(dá)到完全隱形的效果，通過被隱形的物體最近的光波必須以超過相對(duì)論的光速極限的方式偏轉(zhuǎn)。幸運(yùn)的是，愛因斯坦的理論允許平滑光脈沖經(jīng)歷這樣的向變。然而該種技術(shù)的隱形效果只對(duì)特殊范圍的波長有作用，只能在范圍非常小的頻率范圍發(fā)揮效果，因?yàn)殡[形罩雖可以用于覆蓋任何形狀的物體，但不能飄動(dòng)。移動(dòng)的材料會(huì)破壞隱形效果。元材料內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)要比想要彎曲的電磁射線波長還要小。想研制出針對(duì)雷達(dá)的隱形材料還相對(duì)容易，因?yàn)橹皇呛撩准?jí)，但要想研制出針對(duì)視覺的隱形材料難度則更大，其結(jié)構(gòu)必須是納米級(jí)別的。此外，科學(xué)家還要考慮使?jié)撏Ш蛙娕炓活惛氐奈矬w隱形。

反可見光技術(shù)制作隱形衣

此類隱形衣印有與大自然主色調(diào)一致的6種顏色構(gòu)成的變形圖案。這些圖案是經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)大量叢林、沙漠、巖石等復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后模擬出來的。其色彩的種類、色調(diào)、亮度、對(duì)光譜的反射性能，以及各種色彩的面積分布比例都經(jīng)過精確的計(jì)算，可使著裝者的輪廓產(chǎn)生變形，從近距離上看是明暗反差較大的迷彩；在遠(yuǎn)距離觀察，其細(xì)碎的圖案與周圍環(huán)境完全融合，即使目標(biāo)運(yùn)動(dòng)也不易被發(fā)現(xiàn)。

反紅外偵察技術(shù)制作隱形衣

這種隱形衣材料由精選的6種顏色作為染料，并摻進(jìn)特殊化學(xué)物質(zhì)后制成。反紅外偵察隱形衣與周圍自然景物反向的紅外光波大致相似，顏色效果更接近大自然的色彩環(huán)境，以此迷惑敵人的視覺和干擾紅外偵察器材，使得實(shí)施近敵運(yùn)動(dòng)的隱形人不被發(fā)現(xiàn)，提高作戰(zhàn)的突然性。

化纖布制作隱形衣

它是一種由光敏變色物質(zhì)處理過的化纖布制成的作戰(zhàn)服，也可用光敏染料染在普通布料上制成。不論是在綠色的叢林、黃色的沙灘、藍(lán)色的海洋還是白雪皚皚的原野，隱形衣都會(huì)根據(jù)周圍環(huán)境的變化而自動(dòng)改變顏色，著裝者能夠很容易地接近襲擊目標(biāo)，而不易暴露自己。美國科學(xué)家正在研制一種可如變色龍一樣快速改變顏色的衣服，穿衣者只要啟動(dòng)控制器，就能讓這種衣服的顏色變得和周邊環(huán)境一樣。這種纖維之所以能變色，是因?yàn)槠浠瘜W(xué)鍵的電子能從一系列隱形波長中吸收光線。電壓變化后，電子的能量水平就被改變，吸收不同波長的光線，從而改變物料的顏色。以這種纖維制成的衣服，穿著者就能根據(jù)自己的心情，透過啟動(dòng)一個(gè)微型控制器，調(diào)整服裝的顏色。或者，穿著者可以將微型控制器連接攝影機(jī)，像素即能展示穿著者四周景物的顏色，讓衣服的顏色和四周景物“合二為一”。

凱夫拉技術(shù)制作隱形帳篷

除研制、裝備各種隱形衣外，國外還在研制用于集體防護(hù)的隱形帳篷。這種隱形帳篷用特殊材料制成，其頂部和圍墻采用隱形材料凱夫拉，支架和固定體采用塑料或復(fù)合材料，外型類似于一個(gè)平臺(tái)，它能有效地防敵雷達(dá)探測(cè)，保護(hù)作戰(zhàn)人員免受彈片和輕武器殺傷，并且具有防光輻射、放射性沾染和化學(xué)武器的功能。

人造玻璃纖維技術(shù)制作隱形衣

美國杜克大學(xué)和中國東南大學(xué)合作，最近研制出“隱身衣”。新制作出的隱形材料可以引導(dǎo)微波“轉(zhuǎn)向”，避開儀器探測(cè)，從而防止物體被發(fā)現(xiàn)。與光和雷達(dá)波一樣，微波探測(cè)到物體的原理是物體阻擋了微波通過的途徑，使其產(chǎn)生陰影，從而“顯形”。這種敷在物體表面的材料，能引著微波“繞著走”。這種“隱形衣”外形如同一條黃色的浴巾，由數(shù)以千計(jì)的類似人造玻璃纖維的“超材料”組成，這些材料可以“抓住”微波并改變其方向。當(dāng)微波射到披有隱身材料的物體上時(shí)，微波就會(huì)繞過去，起到將物體隱形的作用，整個(gè)過程就像水流經(jīng)過一塊圓滑的巖石而發(fā)生分流一樣。

“左手材料”技術(shù)制作隱形衣

隱形材料還有比“隱身衣”重要得多、影響深遠(yuǎn)得多的用途，即用來做成“完美透鏡”——負(fù)折射透鏡?！白笫植牧稀焙臀锢韺W(xué)中電磁波傳播遵循的“右手定律”背道而馳，舉個(gè)例子來說，在自然界，光線折射遵循折射定律，總是沿正折射角方向折射，但是面對(duì)這種材料，光線將會(huì)沿負(fù)折射角方向折射，到了另外一邊，形成“負(fù)折射”。如果說“隱身衣”是想讓別人看不到你，那么負(fù)折射透鏡就是讓你看到別人看不到的東西。負(fù)折射透鏡有望給生物學(xué)等科研領(lǐng)域帶來重大變化，這對(duì)于研究病毒入侵細(xì)胞的機(jī)制、新藥篩選等都會(huì)產(chǎn)生重大影響。

“光學(xué)偽裝”技術(shù)制作隱形衣

衣服外覆蓋一層反光小珠，衣服上還裝有數(shù)個(gè)小型攝像儀。當(dāng)有人穿上衣服后，衣服的前面會(huì)顯示攝像儀拍下的背景影像，衣服后面則顯示前景影像，這就使穿著者與環(huán)境混為一體，達(dá)到隱形效果。雖然這件隱形衣還無法讓穿著者完全隱形，但它證明隱形在技術(shù)上已經(jīng)不存在問題，科學(xué)家距離發(fā)明完美的隱形衣已不遙遠(yuǎn)。

微型金屬針制作隱形斗篷

這種隱形斗篷的材料就是一種微型金屬針，能夠改變物質(zhì)折射率。長短不一的金屬針以不同角度安裝在斗篷表面，使斗篷看上去像個(gè)呈圓錐體的發(fā)梳。這些金屬針可以把斗篷里面的反射率從0增至1，與斗篷外面的反射率基本持平。光線因此無法在斗篷表面發(fā)生反射，只能繞過斗篷。如此一來，斗篷覆蓋下的任何物體都能輕而易舉地躲避人們的視線。雖然研究人員已經(jīng)找到理論支持，但真正研制出“隱形斗篷”并非易事，因?yàn)樵诩夹g(shù)上還面臨一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，即當(dāng)前技術(shù)只能一次改變一種波長范圍內(nèi)的可見光的方向，而不能同時(shí)改變?nèi)糠秶鷥?nèi)的可見光。雖然科學(xué)家早已研制出可以避開微波探測(cè)的隱形衣，但研發(fā)的新型“隱形斗篷”如果成功，將首次做到使物體在可見光范圍內(nèi)完全隱形。