探秘隱形科技

勞拉·查帕羅

隱形新時代

在英國科幻小說家H.G.威爾斯1897年發(fā)表的小說《隱形人》中，一位年輕的物理學(xué)家實現(xiàn)了人類長期以來的夢想——發(fā)明了隱身藥水。而在現(xiàn)實中，隱身仍是一件不可能的事。不過，來自世界各地的科學(xué)家如今已經(jīng)設(shè)計出了能夠避開光線折射的物體，實現(xiàn)了某種程度上的“隱形”。

“在自然界中，沒有看不見的物體，任何物體都會產(chǎn)生陰影或反射，所以都會被看見?！笔ト退沟侔膊牧衔锢碇行牡呢撠?zé)人哈維爾·艾斯普拉解釋說。人之所以能看到某樣?xùn)|西，是因為它阻擋了光波通過，如果能把光波擋在它四周，不讓它反射或吸收光波，使被擋住的光波在它的另一邊匯合并繼續(xù)沿直線傳播，就能實現(xiàn)所謂的“隱形”。

瓦倫西亞納米光子技術(shù)中心研究員加西亞·梅卡介紹說，我們必須區(qū)分兩個概念：隱形材料和隱形層。前者是種透明的化合物，不容易被看見;后者更難實現(xiàn)，因為它不僅自身難以被察覺，還能讓其他東西同樣變得不易被發(fā)現(xiàn)。

加西亞·梅卡和納瓦拉大學(xué)的研究人員合作，設(shè)計出了一種能在復(fù)雜環(huán)境中隱藏物體的裝置?！霸谖覀冊O(shè)計的裝置里有一個空心區(qū)域，可以讓光線發(fā)生彎曲，如果將物體放入這個空心區(qū)域，它不會產(chǎn)生陰影或光線反射，就會造成與周圍環(huán)境融為一體的錯覺?！?/p>

“隱形斗篷”或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實

在英國女作家JK.羅琳所著的《哈利·波特》系列小說中，“隱身斗篷”是一件穿上就可以隱身的神奇斗篷，而英國科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)的一種軟性薄膜材料，或許能讓這種“隱身斗篷”變成現(xiàn)實。

由英國圣安德魯大學(xué)的物理學(xué)家安德烈·法爾科帶領(lǐng)的研究團隊，利用一種聚合物和矽材料，通過復(fù)雜的技術(shù)加工，研發(fā)出了一種新的軟性薄膜材料。這種薄膜是由微小的納米結(jié)構(gòu)組成的一種“超材料”，其表面可以處理光線，從而制造出一種透明的效果。

目前，這種新型材料僅在堅固的物體上實驗成功，還沒有應(yīng)用在像布料纖維這樣的軟性材質(zhì)物體上。雖然這項研究成果還不能制造出真正意義上的“隱形斗篷”，但至少在隱形材料的研發(fā)上邁出了一大步。而且，據(jù)法爾科介紹：“這種材料具有極好的靈活性，如果運用到隱形眼鏡中，可以直接在人們的視網(wǎng)膜上投射全息影像。在他看來，這項技術(shù)在未來5～10年內(nèi)就可以實現(xiàn)。

看不見的金屬納米粒子

人們之所以可以看到彩虹的多種顏色，是因為人眼可以看到波長在400～750納米范圍內(nèi)的光，也就是說，波長不在這個范圍內(nèi)的光，人眼就無法察覺。來自日本北海道大學(xué)的團隊發(fā)現(xiàn)了一種金屬納米材料，它的原始形態(tài)會發(fā)出藍色的熒光，但在它被研磨成細粉末時，會發(fā)出一種人眼難以察覺的光。

“我們在測試中發(fā)現(xiàn)，這種金屬納米材料的粉末發(fā)出的光波長超過了900納米，剛好在人眼可見的光波長范圍之外?！皝碜员焙５来髮W(xué)應(yīng)用化學(xué)系的研究人員友井和對此解釋道。關(guān)于這種不可見金屬納米粒子的研究報告，已經(jīng)發(fā)表在了美國化學(xué)學(xué)會期刊上。

團隊的日本科學(xué)家還表示，具有此種特性的材料是極為罕見的，雖然無論是金屬化合物還是碳氫化合物，在此之前都得到了無數(shù)科學(xué)家的廣泛研究，但這兩種化合物的組合卻沒有人注意到。這次發(fā)現(xiàn)的金屬納米粒子，未來可用于生產(chǎn)隱形油墨，該油墨憑肉眼不可見，但可以通過檢測紅外輻射的儀器顯示出來。

現(xiàn)代版“隱形墨水”

通信系統(tǒng)的安全性和保密性，一直是世界各國政府關(guān)注的焦點，因為通信系統(tǒng)的安全與否，直接關(guān)系到一個國家的安全。與通信安全有關(guān)的最著名的例子，莫過于二戰(zhàn)時期英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈通過 Enigma解開了納粹的加密信息，讓盟軍提前預(yù)知了德軍的各項行動。

從過去到現(xiàn)在，為了保證加密通信，有無數(shù)種設(shè)備被開發(fā)了出來，其中就包括“隱形墨水”。如今，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員發(fā)明了一種新型熒光分子傳感器，它可以利用不同化學(xué)物質(zhì)的屬性加密和解碼書面信息。作為一種現(xiàn)代版的“隱形墨水”，它可以繞開不夠安全的電子信息系統(tǒng)，為用戶提供一種更安全的通信方式。

“它就像一臺加密機器，也就是說，只要我們共享相同的分子，就可以用它在一張簡單的信紙上發(fā)送秘密信息，未經(jīng)授權(quán)的用戶很難將它破譯出來?！蔽捍穆茖W(xué)研究所的大衛(wèi)·馬格利斯對此解釋道。

這種熒光分子傳感器可以通過生成特定的熒光發(fā)射光譜，來分析辨別不同的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)發(fā)件人發(fā)送一條信息時，需要先把信息依據(jù)一個公開的字母數(shù)字代碼表轉(zhuǎn)化為數(shù)字，然后再添加一個密鑰，這個密鑰通過向熒光分子傳感器中隨機添加某些特定的化學(xué)品產(chǎn)生，然后就會生成由這些化學(xué)品產(chǎn)生的獨特圖案。這個密鑰會被加載在原始信息上，然后發(fā)件人可以通過電子郵件、郵寄、傳真等方式給收件人發(fā)送該加密信息。收件人收到信息后，需要有一個完全一樣的熒光分子傳感器，且知道隨機選擇的化學(xué)品編碼，并將化學(xué)品加入到傳感器中就可以解碼信息。

隱形材料有什么用？

能源、安全和電子消費領(lǐng)域，都將受益于這種透明化合物的開發(fā)，比如以下舉出的三個例子：

1.透明超導(dǎo)體

材料科學(xué)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一，是研究如何以最高效率來傳輸電力。如果制造電纜所用的材料，能夠不反射、吸收或散射光，傳輸路徑中的能量損耗將大大減少。

2.安全油墨

據(jù)國際商會統(tǒng)計，造假在全世界十分普遍，全球每年因為造假要損失近6500億美元。而一種在普通光下不可見，在紫外線光下才可見的熒光油墨，可以被印成條形碼或二維碼，用在鈔票、酒瓶、奢侈品提包以及昂貴化妝品上，消費者只需用智能手機掃一下碼，就能立刻知道產(chǎn)品真?zhèn)巍?/p>

3.超細材料

谷歌和三星等公司正在研發(fā)新型超細材料，用于設(shè)計一款能夠適用在人眼表面的透明設(shè)備模型，這種設(shè)備可以不間斷地檢測糖尿病患者體內(nèi)的血糖水平，為他們的身體健康保駕護航。

隱形材料的未來前景

美國加州大學(xué)的研究人員表示，目前這些高科技材料都還無法實現(xiàn)營利，因為它們都來自科研實驗室，無法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！安贿^，對這一行業(yè)的未來，我還是很樂觀的，我有預(yù)感，這些納米材料未來將無處不在，營利也只是早晚的問題，只要想想過去的微電子革命就知道了?！?/p>

可以預(yù)見的是，未來隱形材料會被大規(guī)模地運用在軍事領(lǐng)域中。隱形材料不僅可以為軍用裝置、車輛、武器提供隱藏策略，還可以讓它們躲過不同的雷達探測系統(tǒng)。事實上，從20世紀80年代起，美國就研發(fā)出了隱形戰(zhàn)斗機，并不斷對其雷達、數(shù)據(jù)鏈和武器系統(tǒng)進行升級。與此同時，隸屬于五角大樓的美國國防部高級研究計劃局，也正在開發(fā)一種具備隱形、自我修復(fù)和擊穿能力的防護盾。除了軍事領(lǐng)域，隱形材料未來也將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和天文學(xué)領(lǐng)域大放異彩，因為它為實現(xiàn)精細化的光學(xué)操作提供了可能。

無論將來隱形材料被用于哪個領(lǐng)域，它都是為人們的需要而生。正如英國科幻小說家H.G.威爾斯在《隱形人》中所說的：“無論如何，真正重要的是科學(xué)進步對這個世界所造成的影響，以及給人們的生活方式帶來的變化。”

（岐岐摘自《海外文摘》2019年第12期）