A invisibilidade é uma estratégia de autoproteção superior de interesse de longa data na academia e na indústria, embora o conceito seja até agora mais popularmente encontrado na ficção científica. Em um novo relatório sobre Avanços da Ciência , Su Xu e colegas de engenharia, nanotecnologia, a nanobiônica e a informação quântica na China foram inspiradas na relação ecológica natural entre animais oceânicos transparentes e seus predadores, que empregam uma estratégia de detecção de comprimento de onda cruzado. Os cientistas propuseram um novo conceito de invisibilidade de comprimento de onda cruzado que integrou uma variedade de táticas de invisibilidade. Eles apresentaram uma estratégia de projeto de metamaterial booleano para equilibrar os requisitos de materiais divergentes em comprimentos de onda de escala cruzada. Como prova de conceito, eles demonstraram simultaneamente cloaking de ondas longas e transparência de ondas curtas usando uma técnica de nanoimpressão. O trabalho estendeu técnicas de furtividade de estratégias individuais de invisibilidade visando um espectro de comprimento de onda único para invisibilidade integrada visando aplicações de comprimento de onda cruzado. Esses experimentos abrirão o caminho para o desenvolvimento de metadispositivos integrados de comprimento de onda cruzado.

Tornando-se transparente

Permitir a passagem da luz pelo corpo é uma estratégia de autodefesa superior no oceano para organismos de meia água. Por exemplo, o crustáceo anfípode Cistisoma é quase sempre transparente, exceto por alguns órgãos necessários, incluindo os olhos, para evitar a detecção por predadores. Contudo, alguns predadores ainda podem detectar e atacar presas transparentes com sucesso devido à sua visão espectral cruzada. Se as presas pudessem se esconder completamente equilibrando a interação presa-predador para superar a visão espectral cruzada dos predadores, suas taxas de sobrevivência serão muito maiores. Xu et al. foram bioinspirados por essa relação ecológica quando propuseram um conceito de invisibilidade de comprimento de onda cruzado que integrou simultaneamente o encobrimento de ondas longas e a transparência de ondas curtas. A nova estratégia complementa as estratégias tradicionais existentes de camuflagem adaptativa tipo camaleão e a capa da invisibilidade que evita as ondas. Nesse trabalho, os cientistas quebram a relação ecológica existente tentando esconder a presa transparente da visão espectral cruzada de seus predadores. Como resultado, esta filosofia de invisibilidade será significativa para tecnologias furtivas práticas.

A estratégia aqui proposta visa concretizar conceitos que até agora permaneceram enraizados na ficção científica. Por exemplo, Xu et al. imaginar sua filosofia de invisibilidade para contribuir para o desenvolvimento de uma visão futurística, aeronave invisível transparente no laboratório, onde os pilotos poderão ver livremente seus arredores sem detecção por meio do sistema de radar de microondas. A equipe construiu o dispositivo experimental usando fios microscópicos de prata / níquel para garantir condutividade óptica extremamente baixa com fabricação de nanoimpressão. Os resultados demonstraram uma transparência óptica de 400 nm a 760 nm, e reduziu significativamente o espalhamento no regime de micro-ondas de 6 a 10 GHz. A equipe poderia penetrar na capa transparente com luz visível (raios azuis e amarelos) com perda insignificante, permitindo que o observador interno veja livremente o exterior. A equipe projetou a capa de invisibilidade de micro-ondas opticamente transparente com duas metassuperfícies impressas em filmes flexíveis de tereftalato de polietileno (PET) e isoladas por um espaçador PET curvo. A camada interna da metassuperfície atuou como um limite condutor elástico perfeito (PEC), enquanto os ressonadores de anel externo na metassuperfície forneceram compensação de fase adequada e efeitos de preservação de amplitude.

Engenharia da resposta eletromagnética e desenvolvimento do manto de micro-ondas opticamente transparente

Xu et al. projetou a resposta eletromagnética para a invisibilidade de microondas de acordo com a lei generalizada de Snell e usou oito tipos de ressonadores de anel para construir a capa. Projetar células unitárias sozinhas para a invisibilidade de microondas foi insuficiente para realizar a invisibilidade de comprimento de onda cruzado. Portanto, a equipe adotou uma estratégia de design de metamaterial booleano para mesclar metaestruturas para obter funcionalidade integrada de banda única. Para conseguir isso, eles integraram as metaestruturas para o regime de microondas e o regime visível, adotando uma multiplicação lógica booleana (denotada por ∧ ou AND) em um circuito integrado. As metaestruturas integradas eram iguais à rede metálica macroscópica formada por fios de metal microscópicos mapeados exibindo uma condutividade elétrica local extremamente alta, enquanto preservava uma condutividade óptica global extremamente baixa.

Para construir o manto de microondas opticamente transparente, a equipe escolheu uma técnica avançada de nanoimpressão que forneceu uma metassuperfície de grande área para ocultar objetos macroscópicos e permitir a fabricação de alta precisão de fios de metal microscópicos em microescala. Eles realizaram a caracterização óptica da camada externa usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os cientistas desenvolveram o contorno do ressonador de anel microscópico com fios metálicos circulares e orientaram vários fios de curto ao longo da direção radial para conectar os fios de metal circulares. A equipe conduziu um teste de campo para provar experimentalmente a visão ótica transparente da capa opticamente transparente em comparação com observações diretas sem a capa para permitir que o usuário veja através da capa com distorção mínima.

Tecnologia Stealth

Os cientistas mostraram experimentalmente o desempenho do encobrimento por microondas sob incidência polarizada elétrica transversal (TE) e magnética transversal (TM) e estudaram a redução de espalhamento total da amostra em diferentes frequências. A fase e a amplitude da onda refletida da capa era muito parecida com a onda refletida do plano de terra, causando redução substancial da dispersão total. Desta maneira, o manto diminuiu o espalhamento total do objeto além da faixa de frequência de 6 a 10 GHz. Os resultados mostraram a obtenção de invisibilidade de comprimento de onda cruzado com amplitude preservada e fase não distorcida em frequências de microondas, ao lado da transparência omnidirecional em todo o espectro visível. Em comparação com capas de carpete desenvolvidas no passado, este trabalho apresentou uma demonstração experimental para alcançar a invisibilidade em regiões de comprimento de onda cruzado, combinando múltiplos esquemas de invisibilidade. A tecnologia furtiva detalhada aqui será mais acessível com tecnologias avançadas de nanofabricação.

Combinando cloaking de ondas longas e transparência de ondas curtas neste trabalho, Su Xu e seus colegas permitiram que os olhos de um sistema furtivo observassem claramente o mundo externo, enquanto permanece indetectado. Em comparação com os métodos existentes de controle de ondas eletromagnéticas, o design de metamaterial booleano forneceu uma estratégia para combinar várias estratégias de invisibilidade para integração de invisibilidade de comprimento de onda cruzado. O trabalho inclui circuitos lógicos integrados e abre caminho para a realização de dispositivos multifuncionais ou multifísicos em dimensões compactas.

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