Phi đội máy bay không người lái Predator UAV của Mỹ trong tương lai có thể sẽ khó bị phát hiện và bắn rơi hơn nhờ một loại lớp phủ ngụy trang mới được đại học California, San Diego (UCSD) phát triển. Loại vật liệu này có tên là "lớp phủ siêu bề mặt điện môi" (dielectric metasurface cloak) được chế tạo dựa trên một nghiên cứu trước đó của đại học Duke vào năm 2006. Về cơ bản nó là một lớp Teflon mỏng được đính các hạt gốm có thể điều tiết các bước sóng năng lượng dọc theo thang điện từ bao gồm cả ánh sáng thấy được và bước sóng radar.
Boubacar Kante - giáo sư đến từ khoa kỹ thuật máy tính và điện thuộc đại học UCSD cho biết: "Khả năng tàng hình hoàn toàn có vẻ như vẫn ngoài tầm với đối với các công nghệ ngày nay nhưng nó có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần nhờ những phát triển gần đây của các thiết bị che phủ."
Thiết bị che phủ được tạo ra với mục đích phủ các vật thể khiến chúng trở nên vô hình. Ý tưởng đằng sau những thiết bị như vậy là làm thay đổi sóng điện từ chẳng hạn như ánh sáng hay radar ra khỏi một vật thể để nó khó bị phát hiện trước các tần số sóng này.
Tuy nhiên, một trong những hạn chế của thiết bị che phủ là nó thường rất to lớn bởi thiết bị cần nhiều lớp vật liệu để ẩn giấu vật thể, do đó nó dày hơn so với kích thước của vật thể bên dưới. Một nhược điểm phổ biến nữa là "lossy" - tức lớp phủ làm giảm ánh sáng phản xạ ở một cường độ thấp hơn so với cường độ phản xạ bề mặt của vật thể bị che phủ. Kante giải thích: "Thử tưởng tượng xem nếu bạn nhìn thấy sự chênh lệch về độ sáng xung quanh một vật thể được giấu, nó hiển nhiên là đã "lòi đuôi"."
Rất nhiều lớp phủ gặp phải tình trạng lossy bởi chúng được chế tạo từ các hạt kim loại có thể hấp thụ ánh sáng. Các nhà nghiên cứu cho rằng chìa khóa trong thiết kế vật liệu phủ tàng hình là sử dụng những vật liệu không dẫn được gọi là chất điện môi, không hấp thụ ánh sáng. Vật liệu được UCSD tạo ra có 2 loại chất điện môi - một loại gốm đặc biệt và Teflon vật liệu thường dùng trên chảo chống dính. Cả 2 được may vào nhau theo một tỉ lệ rất chính xác để thay đổi cách ánh sáng phản xạ khỏi lớp phủ.
Trong các thử nghiệm với vật liệu này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một "tấm thảm" che phủ một vật thể đặt trên một bề mặt phẳng. Tấm thảm khiến toàn bộ hệ thống được sắp đặt gồm vật thể và bề mặt trở nên bằng phẳng bằng cách mô phỏng sự phản xạ của ánh sáng ra khỏi bề mặt phẳng. Mọi vật thể phản xạ ánh sáng khác nhau từ một bề mặt phẳng nhưng khi vật thể được phủ bởi tấm thảm này, ánh sáng từ nhiều điểm khác nhau được phản xạ đồng bộ, loại bỏ tình trạng méo sáng gây ra bởi hình dạng của vật thể. Giáo sư Kante nói: "Thiết bị che phủ này về cơ bản đánh lừa người quan sát khiến họ nghĩ rằng trước mặt họ là một mặt phẳng."
Hình thái ánh sáng được phản xạ từ một vật thể không được phủ đặt trên bàn (uncloaked) so sánh với khi đã được phủ bằng vật liệu của UCSD (cloaked).
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần mềm thiết kế trên máy tính và mô phỏng điện từ để thiết kế và tối ưu hóa lớp phủ này. Sau đó nó được chế tạo thành một tấm Teflon mỏng có cấu trúc ma trận chứa nhiều hạt gốm hình trụ nhỏ, mỗi hạt trụ có độ cao khác nhau dựa trên vị trí của nó trên lớp phủ. Nhờ sự thay đổi độ cao này, họ có thể điều khiển sự phản xạ ánh sáng tại mỗi điểm trên lớp phủ.
Giáo sư Kante cho biết: "Sử dụng công nghệ này, chúng tôi có thể làm được nhiều thứ hơn, không chỉ là khiến các vật được che phủ trở nên vô hình. Chúng tôi có thể thay đổi cách sóng ánh sáng được phản xạ và sau cùng có thể tập trung ánh sáng vào các tháp năng lượng mặt trời, tương tự các thiết bị hội tụ ánh sáng. Chũng tôi cũng kỳ vọng rằng công nghệ này sẽ được ứng dụng vào các lĩnh vực như quang học, thiết kế nội thất và nghệ thuật."
Boubacar Kante - giáo sư đến từ khoa kỹ thuật máy tính và điện thuộc đại học UCSD cho biết: "Khả năng tàng hình hoàn toàn có vẻ như vẫn ngoài tầm với đối với các công nghệ ngày nay nhưng nó có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần nhờ những phát triển gần đây của các thiết bị che phủ."
Thiết bị che phủ được tạo ra với mục đích phủ các vật thể khiến chúng trở nên vô hình. Ý tưởng đằng sau những thiết bị như vậy là làm thay đổi sóng điện từ chẳng hạn như ánh sáng hay radar ra khỏi một vật thể để nó khó bị phát hiện trước các tần số sóng này.
Tuy nhiên, một trong những hạn chế của thiết bị che phủ là nó thường rất to lớn bởi thiết bị cần nhiều lớp vật liệu để ẩn giấu vật thể, do đó nó dày hơn so với kích thước của vật thể bên dưới. Một nhược điểm phổ biến nữa là "lossy" - tức lớp phủ làm giảm ánh sáng phản xạ ở một cường độ thấp hơn so với cường độ phản xạ bề mặt của vật thể bị che phủ. Kante giải thích: "Thử tưởng tượng xem nếu bạn nhìn thấy sự chênh lệch về độ sáng xung quanh một vật thể được giấu, nó hiển nhiên là đã "lòi đuôi"."
Rất nhiều lớp phủ gặp phải tình trạng lossy bởi chúng được chế tạo từ các hạt kim loại có thể hấp thụ ánh sáng. Các nhà nghiên cứu cho rằng chìa khóa trong thiết kế vật liệu phủ tàng hình là sử dụng những vật liệu không dẫn được gọi là chất điện môi, không hấp thụ ánh sáng. Vật liệu được UCSD tạo ra có 2 loại chất điện môi - một loại gốm đặc biệt và Teflon vật liệu thường dùng trên chảo chống dính. Cả 2 được may vào nhau theo một tỉ lệ rất chính xác để thay đổi cách ánh sáng phản xạ khỏi lớp phủ.
Trong các thử nghiệm với vật liệu này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một "tấm thảm" che phủ một vật thể đặt trên một bề mặt phẳng. Tấm thảm khiến toàn bộ hệ thống được sắp đặt gồm vật thể và bề mặt trở nên bằng phẳng bằng cách mô phỏng sự phản xạ của ánh sáng ra khỏi bề mặt phẳng. Mọi vật thể phản xạ ánh sáng khác nhau từ một bề mặt phẳng nhưng khi vật thể được phủ bởi tấm thảm này, ánh sáng từ nhiều điểm khác nhau được phản xạ đồng bộ, loại bỏ tình trạng méo sáng gây ra bởi hình dạng của vật thể. Giáo sư Kante nói: "Thiết bị che phủ này về cơ bản đánh lừa người quan sát khiến họ nghĩ rằng trước mặt họ là một mặt phẳng."
Hình thái ánh sáng được phản xạ từ một vật thể không được phủ đặt trên bàn (uncloaked) so sánh với khi đã được phủ bằng vật liệu của UCSD (cloaked).
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần mềm thiết kế trên máy tính và mô phỏng điện từ để thiết kế và tối ưu hóa lớp phủ này. Sau đó nó được chế tạo thành một tấm Teflon mỏng có cấu trúc ma trận chứa nhiều hạt gốm hình trụ nhỏ, mỗi hạt trụ có độ cao khác nhau dựa trên vị trí của nó trên lớp phủ. Nhờ sự thay đổi độ cao này, họ có thể điều khiển sự phản xạ ánh sáng tại mỗi điểm trên lớp phủ.
Giáo sư Kante cho biết: "Sử dụng công nghệ này, chúng tôi có thể làm được nhiều thứ hơn, không chỉ là khiến các vật được che phủ trở nên vô hình. Chúng tôi có thể thay đổi cách sóng ánh sáng được phản xạ và sau cùng có thể tập trung ánh sáng vào các tháp năng lượng mặt trời, tương tự các thiết bị hội tụ ánh sáng. Chũng tôi cũng kỳ vọng rằng công nghệ này sẽ được ứng dụng vào các lĩnh vực như quang học, thiết kế nội thất và nghệ thuật."
Theo: UCSD
