視覺隱形材料尋求突破

張宏光 黃天智 曹曉東 袁文帥

據(jù)英國《每日郵報》報道，加拿大“超隱形生物科技”（Hyperstealth）公司宣稱研制成功“量子隱形偽裝材料”，這種材料能令光線彎曲，使被它覆蓋的人處于完全隱形狀態(tài)，不僅能騙過人的肉眼，甚至在軍用夜視鏡、紅外線和熱成像技術的探測下，也能成功隱形。據(jù)稱，該材料質量很輕，成本也不昂貴。公司宣稱，該偽裝材料研發(fā)項目已經得到美國軍方的資金支持。但美國國防部并未就此事發(fā)表任何評論。

出于保密原因，該公司拒絕向人們展示這種先進材料，僅在其官網上發(fā)布了一些該隱形材料能夠達到的效果圖，未披露更多技術細節(jié)。從圖中看，當一名女子身披該材料制成的衣物站在灌木叢、墻壁、草地等不同環(huán)境時，材料展示出與背景完全一樣的圖案，從而令女子身體達到隱身效果。

公司稱，“量子隱形材料”的日臻完善，將有良好的應用前景——

幫助逃生 ?如當一名戰(zhàn)斗機駕駛員在敵方領空飛行遇險、被迫跳機逃生后，隱形衣可以幫助他逃避被敵軍抓捕。

特種作戰(zhàn) ?當特種部隊隊員穿上隱形衣后，即使在白天也可不被察覺地執(zhí)行襲擊任務。將來可打造穿隱形衣的新一代“隱形士兵”，甚至一支殺敵于無形的“隱形部隊”。

隱形飛機/潛艇 ?“隱形材料”可用來制造下一代“隱形飛機”，不僅能對雷達隱形，甚至連肉眼也無法看到它;“隱形潛艇”在敵軍軍艦附近浮出水面時不被敵人發(fā)現(xiàn)。

隱形坦克 ?當表面附有“量子隱形材料”的“隱形坦克”與敵軍部隊交火，敵軍士兵只能聽見坦克的引擎和槍炮聲，卻看不見敵人在哪，可產生強烈的心理震懾效果。

通常軍事上所言的“隱形”，是指改變飛機、戰(zhàn)車、軍艦等裝備的輪廓棱線和外層涂料，減小紅外線散發(fā)或電磁波反射特征，使雷達、紅外等探測儀器難以發(fā)現(xiàn)，而非“讓人眼看不見”。

但加拿大的該款隱形材料，屬視覺隱形。人眼之所以能看到物體，是由于物體將照射到其表面的光線反射或折射到人眼中。如果一個物體能吸收絕大多數(shù)光線，那么由于它擋住了原本直射入人眼的光線，就會在人眼中顯示為黑色。所以，要實現(xiàn)針對人眼的“隱形”，需要滿足兩個條件：第一，擋住或改變原先直射到人眼的光線;第二，不能增加新的光線射入。視覺隱形的原理正是要減少光線的反射。

從理論角度講，要實現(xiàn)視覺隱形大致有4種思路：

一是讓被隱形的對象變得完全透明，而且其折射率和空氣一樣。這樣任何光線都可以無礙地穿過，從而實現(xiàn)“隱形”。

二是使光線彎曲繞過，從而實現(xiàn)隱形?？梢酝ㄟ^場力直接使光線彎曲，也可以通過特殊材料的異性改變光線的方向。

三是“保護色隱形”，即與背景顯示出一致的色調和反射光。這種隱形方式早已投入人類戰(zhàn)爭使用，如迷彩服、雪地偽裝服等。

四是“交叉光線法”，即對從任何一個方向朝隱形者射過來的光線，被其完全吸收后，從身體另一側沿相同方向射出去。這樣任何一條外界光線，都等于是“完全穿過”了隱形者而沒有發(fā)生任何改變。該隱形法的實現(xiàn)原理是在保護色的基礎上拓展的，而展現(xiàn)的效果則類似于完全透明法或者光線繞行法。這一技術的難點是需要對各個方向的光線有精確的捕獲與吸收，還要對射出去的光線有完全精準的復制，光線波長、方向、強弱都不能有偏差，這需要日益進步的材料科學和計算機科學來解決。

加拿大“超隱形生物科技”公司對其新研制的“量子隱形材料”的公開宣稱，引起人們極大關注，但公司對這種材料的技術細節(jié)未予披露，也不免令人猜疑?，F(xiàn)基于各種認識及相關信息，可對這種材料作出一些判斷。

科學家已經證明通過負折射率材料“彎曲光線”從而實現(xiàn)隱形的理論可行性，并在試驗室進行了驗證。因此，該公司通過“彎曲光線”實現(xiàn)隱形的說法，在理論上具有可行性。

盡管媒體對“量子隱形材料”進行了大量報道，但消息來源基本都是該公司的一面之辭，尚無任何實物及資料能夠佐證其說法。將理論轉化為技術，實現(xiàn)可見光的隱形效果還有大量工作要做。

另外，“超隱形生物科技”公司這種高調宣傳的方式，與該技術的保密性要求有些背道而馳。如果該技術已經實現(xiàn)，必然會獲得軍方大量投資，并列為高度機密項目，而如果美軍官方已投資，美軍絕不會允許該公司如此大肆宣揚。目前“超隱形生物科技”公司這種做法，不排除是技術發(fā)展遇到瓶頸，希望進一步吸引軍方投資的可能。

該新聞受關注度很高，消息報道后4天內世界各國就有5000多份報道。目前“量子隱形材料”是否真正成熟仍有待進一步跟蹤，只有在獲得更多技術信息及實物報道的基礎上才能對其做出判斷。

盡管還無法證實該報道的真實性，但我們應當對這種隱形技術加以足夠的重視。該隱形技術一旦實現(xiàn)，將顛覆當前的戰(zhàn)爭模式，甚至對社會產生深遠影響。對于其帶來的機遇與挑戰(zhàn)，需要我們認真思考。

隱形材料是實現(xiàn)隱形技術的物質基礎。武器系統(tǒng)采用隱形材料可降低被探測率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得最直接的軍事效益。因此隱形材料的發(fā)展及其在飛機、主戰(zhàn)坦克、艦船、火箭彈上應用，已成為國防科技的重要組成部分。

目前各國的隱形技術，主要是使用各種吸波、透波材料，實現(xiàn)對雷達的隱形;采用紅外遮擋與衰減裝置、涂敷紅外掩飾涂料等，以降低紅外輻射強度，實現(xiàn)對紅外探測器的隱形;在可見光隱形上，只是靠涂抹迷彩或改變武器的外形等方法。而該“量子隱形材料”能使“周圍的光線發(fā)生彎曲”，即光線經過該隱形衣時會繞著走，從而實現(xiàn)隱形。這種使“周圍的光線發(fā)生彎曲”的隱形材料技術與現(xiàn)行隱形技術完成不同，因而備受關注。

普通材料無論表面多光滑，都會向各個角度產生反射。只有把結構做到比光子還要小，才有可能做到足以讓光線如同水經過鵝卵石一般地流淌。2008 年10月，美國印地安那州普渡大學的材料學專家弗拉吉米爾·沙拉耶夫造出了斗篷隱形衣，他說：“只有超材料才能織就隱形衣”。所謂“超材料”就是超出自然界固有的普通性質。這種材料并不存在于自然界，而是完全由科學家們在試驗室研制出來。納米級微小粒子組成的超材料就是其中之一，它可以讓光線拐彎，繞過障礙物。沙拉耶夫用人造原子、中繼原子等工程學方法制造出的超材料，具有在三維空間整齊布陣的微小粒子，而且尺寸達到了納米級，在掃描探針顯微鏡觀察下呈現(xiàn)出有序的微觀結構，當微觀結構的尺寸與光波的波長相當時，就能夠表現(xiàn)出某些光學和電磁學上的特異性。他依靠一排從中心點開始向外輻射的微型針，將光的折射和扭曲減少到幾乎為零，使得圍繞著隱形衣的光線發(fā)生彎曲，致使人們看不見隱形衣。

2008年，美國加州大學伯克利分校材料科學部首席研究員和納米科學工程研究中心主任張翔（音譯）帶領他的研究團隊，利用硅納米材料制造出了一種隱形斗篷。他們研制的“漁網”形結構隱形材料，可以在接近紅外線的范圍內，使光線產生負折射，從而使物體隱形。該復合材料具備隱形功能的核心在于其特殊的結構——他們用銀、鎂這些常見金屬的氟化物構成網狀材料，再將多孔氧化鋁生成的納米銀線穿插在其中，這樣形成的復合材料會改變光線的方向。這也是天然物質不可能具備的特性。

在隱形的同時，還要讓隱形人能清楚地看到外面的情況，這種反隱形技術也是關鍵技術，即解決隱形衣內外之間的溝通問題。

俄國科學家菲斯拉格于1967年最先提出了“負折射率材料”的概念。由于光在空氣中的傳播速度最快，所以自然界中所有的材料都是正折射率材料。光入射到具有正折射率材料的界面時，投射光線和折射光線分別位于界面法線兩側。而當光從具有正折射率的材料入射到具有負折射率材料的界面時，入射光線和折射光線處在于界面法線方向同一側，即在這種材料中，光出現(xiàn)了扭曲。光線轉彎了，負折射率材料和隱藏在負折射率材料內的物體也就“隱形”了。

2007年11月，上海交大的陳煥陽博士在美國《應用物理快報》上公布了他對抗隱形技術的研究結果。他和同事們設計出一種光學屬性與隱形斗篷完美匹配的材料，“用術語來說，就是一種各向異性負折射率材料，它的阻抗與隱形斗篷的正折射率相匹配。”在他的設想中，可以利用隱形技術做出一道隱藏之門的設計：用隱形技術制作的材料置于大門的中間，就能讓門看上去像是和周圍的墻一樣;而在門內的人則能夠通過反隱形技術觀察到外面的情況，如敵對目標的一舉一動。

軍事作戰(zhàn)對隱形的渴求，促使隱形材料的研究不斷深化。我們將繼續(xù)關注隱形材料的最新研究成果。