¿Y si pudieras simplemente ponerte una capa y desaparecer de la vista? Foto cortesía © Tachi Laboratory, la Universidad de Tokio Admitelo. Te encantaría tener una capa de invisibilidad. ¿Diste un paso en falso vergonzoso en una fiesta? Simplemente póngase su prenda mágica y desaparezca de la mirada presumida de sus compañeros asistentes a la fiesta. ¿Quiere escuchar lo que su jefe realmente está diciendo sobre usted? Pasee directamente a su oficina y obtenga los productos.
Estos fantásticos accesorios de moda se han vuelto ridículamente estándar en el mundo de la ciencia ficción y la fantasía. Todo el mundo, desde magos hasta cazadores de safaris intergalácticos, tiene al menos una blusa invisible en su guardarropa, pero ¿qué pasa con nosotros, los pobres imbéciles del mundo real?
Bien, Muggles, La ciencia tiene buenas noticias para ti:las capas de invisibilidad son una realidad. La tecnología está lejos de ser perfecta, pero si entra en nuestra boutique de alta tecnología de ropa que desaparece, lo guiaremos a través de sus opciones de capa de invisibilidad.
Por primera vez, veremos algunas modas maravillosas de nanotubos de carbono, recién sacadas de la colección de otoño de 2011 del UTD NanoTech Institute. Esta nueva tecnología está inspirada en los mismos fenómenos naturales responsables de los espejismos del desierto. Calentado mediante estimulación eléctrica, el fuerte gradiente de temperatura entre la capa y el área circundante provoca un fuerte gradiente de temperatura que desvíe la luz del usuario. El truco:los usuarios deben amar el agua y poder caber dentro de una placa de Petri.
O quizás prefiera algo hecho con metamateriales. Estas diminutas estructuras son más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Si se construye correctamente, guían los rayos de luz alrededor de un objeto, como una roca que desvía el agua en un arroyo. Por ahora, sin embargo, la tecnología solo funciona en dos dimensiones y solo viene en el tamaño ultrapequeño de 10 micrómetros de ancho.
Si te gusta más la moda retro, también está la tecnología de camuflaje óptico desarrollada por científicos de la Universidad de Tokio. Este enfoque funciona con los mismos principios de la pantalla azul que utilizan los meteorólogos televisivos y los cineastas de Hollywood. Si quieres que la gente vea a través de ti, entonces, ¿por qué no filmar lo que hay detrás de ti y proyectarlo en tu cuerpo? Si viaja con un séquito de camarógrafos, este puede ser el manto para ti.
¿Listo para probar algunas de estas modas para ver el tamaño?
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Aquí vemos el cambio de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCT) de inactivo a activo, desapareciendo de la vista en el proceso. Foto cortesía de Aliev A et al. 2011 Nanotecnología Primero, Probemos el tamaño de esta capa de invisibilidad de nanotubos de carbono y experimentemos las maravillas del efecto espejismo.
Probablemente estés más familiarizado con los espejismos de los cuentos de vagabundos del desierto que vislumbran un oasis distante, solo para descubrir que era solo un espejismo, no un lago milagroso de agua potable, solo más arena caliente.
La arena caliente es clave para efecto espejismo (o deflexión fototérmica ), a medida que se dobla la fuerte diferencia de temperatura entre la arena y el aire, o refracta, rayos de luz. La refracción hace girar los rayos de luz hacia los ojos del espectador en lugar de hacerlos rebotar en la superficie. En el ejemplo clásico del espejismo del desierto, este efecto hace que aparezca un "charco" de cielo en el suelo, que el cerebro lógico (y sediento) interpreta como un charco de agua. Probablemente haya visto efectos similares en las superficies calientes de las carreteras, con tramos distantes de la carretera que parecen brillar con agua estancada.
En 2011, investigadores del Instituto NanoTech de la Universidad de Texas en Dallas lograron capitalizar este efecto. Usaron hojas de nanotubos de carbon , láminas de carbono envueltas en tubos cilíndricos [fuente:Aliev et al.]. Cada página es apenas tan gruesa como una sola molécula, sin embargo, es tan fuerte como el acero porque los átomos de carbono de cada tubo están increíblemente unidos. Estas láminas también son excelentes conductoras de calor, haciéndolos ideales hacedores de espejismos.
En el experimento, los investigadores calentaron las hojas eléctricamente, que transfirió el calor al área circundante (una placa de Petri de agua). Como puede ver en las fotografías, esto provocó que la luz se desvíe de la hoja de nanotubos de carbono, encubriendo efectivamente cualquier cosa detrás de él con invisibilidad.
No hace falta decir que, no hay muchos lugares en los que te gustaría ponerte un minúsculo, traje sobrecalentado que debe permanecer sumergido en el agua, pero el experimento demuestra el potencial de tales materiales. A tiempo, La investigación puede permitir no solo capas de invisibilidad, sino también otros dispositivos para doblar la luz, todos ellos con un práctico interruptor de encendido / apagado.
Próximo, pongámonos una capa de invisibilidad hecha de metamateriales.
Metamateriales ofrecer una visión más convincente de la tecnología de invisibilidad, sin la necesidad de múltiples proyectores y cámaras. Conceptualizado por primera vez por el físico ruso Victor Veselago en 1967, estos diminutos, Las estructuras artificiales son más pequeñas que la longitud de onda de la luz (tienen que serlo para desviarlas) y exhiben propiedades electromagnéticas negativas que afectan la forma en que un objeto interactúa con los campos electromagnéticos.
Todos los materiales naturales tienen un índice de refracción positivo , y esto dicta cómo interactúan las ondas de luz con ellos. La refractividad proviene en parte de la composición química, pero la estructura interna juega un papel aún más importante. Si alteramos la estructura de un material en una escala lo suficientemente pequeña, podemos cambiar la forma en que refractan las ondas entrantes, incluso forzando un cambio de refracción positiva a negativa.
Recordar, las imágenes nos llegan a través de ondas de luz. Los sonidos nos llegan a través de ondas sonoras. Si puedes canalizar estas ondas alrededor de un objeto, puede ocultarlo eficazmente de la vista o el sonido. Imagina un pequeño arroyo. Si mete una bolsita de té llena de tinte rojo en el agua que fluye, su presencia sería aparente corriente abajo, gracias a la forma en que alteró la tonalidad del agua, gusto y olfato. Pero, ¿y si pudiera desviar el agua alrededor de la bolsita de té?
En 2006, David Smith de la Universidad de Duke tomó una teoría anterior planteada por el físico teórico inglés John Pendry y la usó para crear un metamaterial capaz de distorsionar el flujo de microondas. El tejido metamaterial de Smith consistía en anillos concéntricos que contenían distorsores de microondas electrónicos. Cuando se activa, dirigen microondas de frecuencia específica alrededor de la parte central del material.
Obviamente, los humanos no ven en el espectro de microondas, pero la tecnología demostró que las ondas de energía pueden encaminarse alrededor de un objeto. Imagine una capa que pueda desviar la bola de saliva de un niño de tercer grado, moverlo alrededor del usuario y permitir que continúe en el otro lado como si su trayectoria lo hubiera tomado, sin oposición directamente a través de la persona de la capa. Ahora, ¿cuánto más difícil sería desviar una roca? ¿Una bala?
Los metamateriales de Smith demostraron el método. La receta de la invisibilidad consistía en adaptarla a diferentes olas.
Más sobre metamateriales a continuación.
La frontera más pequeñaMetamateriales, una creación de la ciencia, no ocurren naturalmente. Con el fin de crear las estructuras diminutas necesarias para redirigir las ondas electromagnéticas, los científicos emplean la nanotecnología. Lea Cómo funciona la nanotecnología para aprender todo sobre las máquinas más pequeñas del mundo.
Esta imagen óptica muestra los metamateriales de la Universidad de Maryland en acción, alejando las ondas de luz de cada círculo central. Las flechas indican la dirección de las ondas de luz. Imagen cortesía del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Maryland En 2007, Igor Smolyaninov, de la Universidad de Maryland, llevó a su equipo aún más lejos en el camino hacia la invisibilidad. Incorporando teorías anteriores propuestas por Vladimir Shaleav de la Universidad de Purdue, Smolyaninov construyó un metamaterial capaz de doblar la luz visible alrededor de un objeto.
Un mero 10 micrómetros de ancho, la capa Purdue utiliza anillos de oro concéntricos inyectados con luz cian polarizada. Estos anillos dirigen las ondas de luz entrantes lejos del objeto oculto, efectivamente haciéndolo invisible. Los físicos chinos de la Universidad de Wuhan han llevado este concepto al rango audible, proponiendo la creación de una capa de invisibilidad acústica capaz de desviar ondas sonoras alrededor de un objeto.
Siendo por el momento, las capas de invisibilidad de metamateriales son algo limitadas. No solo son pequeños; están limitadas a dos dimensiones, difícilmente lo que necesitarías para desaparecer en el escenario de una zona de guerra tridimensional. Más, la capa resultante pesaría más de lo que incluso un mago adulto podría esperar cargar. Como resultado, la tecnología podría ser más adecuada para aplicaciones como ocultar edificios o vehículos estacionarios, como un tanque.
La tecnología de camuflaje óptico no te hará invisible para los monstruos Beholder de múltiples ojos, ni siquiera para los gatos callejeros y las ardillas. Foto cortesía © Tachi Laboratory, la Universidad de Tokio ¿Listo para ponerte algunas modas de camuflaje óptico de la vieja escuela?
Esta tecnología aprovecha algo llamado tecnología de realidad aumentada, un tipo de tecnología que fue pionera en la década de 1960 por Ivan Sutherland y sus estudiantes en la Universidad de Harvard y la Universidad de Utah.
El camuflaje óptico ofrece una experiencia similar a la capa de invisibilidad de Harry Potter, pero usarlo requiere un arreglo un poco complicado. Primero, la persona que quiere ser invisible (llamémosle Harry) se pone una prenda que se asemeja a un impermeable con capucha. La prenda está hecha de un material especial que examinaremos más de cerca en un momento.
Próximo, un observador (llamémosle profesor Snape) se encuentra frente a Harry en un lugar específico. En ese lugar, en lugar de ver a Harry con un impermeable con capucha, Snape ve a través de la capa, haciendo que Harry parezca invisible. La fotografía de arriba muestra lo que vería Snape. ¿Y si Snape se hiciera a un lado y viera a Harry desde un lugar ligeramente diferente? Por qué, simplemente vería al niño mago con una prenda plateada. Probablemente seguirían fruncimientos y detenciones. Por suerte para Harry, su capa ficticia ofrece una protección de 360 grados.
El camuflaje óptico no funciona por arte de magia. Funciona aprovechando algo llamado tecnología de realidad aumentada - un tipo de tecnología iniciada por primera vez en la década de 1960 por Ivan Sutherland y sus estudiantes en la Universidad de Harvard y la Universidad de Utah. Puede leer más sobre la realidad aumentada en Cómo funciona la realidad aumentada, pero una breve recapitulación será útil aquí.
Los sistemas de realidad aumentada agregan información generada por computadora a las percepciones sensoriales de un usuario. Imagina, por ejemplo, que estás caminando por una calle de la ciudad. Mientras observa los sitios a lo largo del camino, aparece información adicional para mejorar y enriquecer su vista normal. Tal vez sean los especiales del día en un restaurante o los horarios de un teatro o el horario del autobús en la estación. Lo que es fundamental comprender es que la realidad aumentada no es lo mismo que la realidad virtual. Si bien la realidad virtual tiene como objetivo reemplazar al mundo, La realidad aumentada simplemente intenta complementarla con contenido útil. Piense en ello como una pantalla de visualización frontal (HUD) para la vida cotidiana.
La mayoría de los sistemas de realidad aumentada requieren que el usuario mire a través de un aparato de visualización especial para ver una escena del mundo real mejorada con gráficos sintetizados. También exigen una computadora potente. El camuflaje óptico también requiere estas cosas, pero también necesita varios otros componentes. Aquí está todo lo necesario para que una persona parezca invisible:
En la página siguiente, veremos cada uno de estos componentes con mayor detalle.
El camuflaje óptico funciona aprovechando algo llamado tecnología de realidad aumentada. Aprenda cómo funciona y descubra qué incluye el manto. Está bien, para que tengas tu cámara de video, computadora, proyector, combinador y maravilloso impermeable reflectante. ¿Cómo es que la tecnología de realidad aumentada convierte esta extraña lista de compras en una receta para la invisibilidad?
Primero, echemos un vistazo más de cerca al impermeable:está hecho de material retro-reflectante. Esta tela de alta tecnología está cubierta con miles y miles de pequeñas cuentas. Cuando la luz golpea una de estas cuentas, los rayos de luz rebotan exactamente en la misma dirección de donde vinieron.
Para entender por qué esto es único, observe cómo la luz se refleja en otros tipos de superficies. Una superficie rugosa crea un reflejo difuso porque los rayos de luz incidentes (entrantes) se dispersan en muchas direcciones diferentes. Una superficie perfectamente lisa, como el de un espejo, crea lo que se conoce como reflexión especular - un reflejo en el que los rayos de luz incidentes y los rayos de luz reflejados forman exactamente el mismo ángulo con la superficie del espejo.
En retrorreflexión, las perlas de vidrio actúan como prismas, curvar los rayos de luz por refracción. Esto hace que los rayos de luz reflejados viajen de regreso por el mismo camino que los rayos de luz incidentes. El resultado:un observador situado en la fuente de luz recibe más luz reflejada y, por lo tanto, ve un reflejo más brillante.
Los materiales retrorreflectantes son bastante comunes. Señales de tráfico, Los marcadores de carretera y los reflectores de bicicletas aprovechan la retroreflexión para ser más visibles para las personas que conducen de noche. Las pantallas de cine que se encuentran en la mayoría de los cines comerciales modernos también aprovechan este material porque permite un alto brillo en condiciones de oscuridad. En camuflaje óptico, El uso de material retrorreflectante es fundamental porque se puede ver desde lejos y desde afuera a la luz del sol, dos requisitos para la ilusión de invisibilidad.
Como puede ver en esta imagen, la experiencia se parece mucho a caminar directamente frente a la pantalla de proyección de una película, solo con antecedentes reales. Foto AP / Shizuo Kambayashi Para el resto de la configuración, la cámara de video debe colocarse detrás del sujeto para capturar el fondo. La computadora toma la imagen capturada de la cámara de video, calcula la perspectiva adecuada y transforma la imagen capturada en la imagen que se proyectará sobre el material retrorreflectante.
A continuación, el proyector ilumina la imagen modificada sobre la prenda, Al hacer brillar un haz de luz a través de una abertura controlada por un dispositivo llamado diafragma del iris . Este diafragma está hecho de placas opacas, y girando un anillo cambia el diámetro de la abertura central. Para que el camuflaje óptico funcione correctamente, esta abertura debe ser del tamaño de un agujero de alfiler. ¿Por qué? Esto asegura una mayor profundidad de campo para que la pantalla (en este caso la capa) se pueda ubicar a cualquier distancia del proyector.
Finalmente, el sistema general requiere un espejo especial tanto para reflejar la imagen proyectada hacia el manto como para permitir que los rayos de luz que rebotan en el manto regresen al ojo del usuario. Este espejo especial se llama divisor de haz , o un combinador - un espejo semiplateado que refleja la luz (la mitad plateada) y transmite luz (la mitad transparente).
Si se coloca correctamente frente al ojo del usuario, el combinador permite al usuario percibir tanto la imagen mejorada por la computadora como la luz del mundo circundante. Esto es fundamental porque la imagen generada por computadora y la escena del mundo real deben integrarse completamente para que la ilusión de invisibilidad parezca realista. El usuario tiene que mirar a través de una mirilla en este espejo para ver la realidad aumentada.
En la página siguiente, veremos cómo funciona todo este sistema.
Una forma de hacer que una persona parezca transparente Ahora juntemos todos estos componentes para ver cómo aparece la capa de invisibilidad para hacer que una persona sea transparente. El siguiente diagrama muestra la disposición típica de todos los diversos dispositivos y equipos.
Una vez que una persona se pone la capa hecha con el material retrorreflectante, aquí está la secuencia de eventos:
La persona que lleva la capa parece invisible porque la escena de fondo se muestra en el material retro-reflectante. Al mismo tiempo, se permite que los rayos de luz del resto del mundo lleguen al ojo del usuario, haciendo que parezca que existe una persona invisible en un mundo de apariencia normal.
Si bien una capa de invisibilidad es una aplicación interesante de camuflaje óptico, probablemente no sea el más útil. Obtenga más información sobre algunas aplicaciones del mundo real. Las palabras "capa de invisibilidad" tienden a evocar imágenes de aventuras fantásticas, espionaje mágico y engaño de otro mundo. Las aplicaciones reales del camuflaje óptico, sin embargo, hay mucho menos ahí fuera. Puedes olvidarte de esconder tu nave estelar romulana o pasar el rato en el dormitorio de las magas, pero eso no significa que no haya varios usos viables para la tecnología.
Por ejemplo, los pilotos que aterrizan en un avión podrían usar esta tecnología para hacer transparentes los pisos de la cabina. Esto les permitiría ver la pista y el tren de aterrizaje simplemente mirando hacia el piso (que mostraría la vista desde el exterior del fuselaje). los conductores no tendrían que lidiar con espejos y puntos ciegos. En lugar de, simplemente podían "mirar a través" de toda la parte trasera del vehículo. La tecnología incluso cuenta con aplicaciones potenciales en el campo médico, ya que los cirujanos podrían usar camuflaje óptico para ver a través de sus manos e instrumentos para una vista sin obstrucciones del tejido subyacente.
Suficientemente interesante, una posible aplicación de esta tecnología en realidad gira en torno a hacer que los objetos sean más visibles. El concepto se llama telexistencia mutua y esencialmente implica proyectar la apariencia de un usuario remoto sobre un robot revestido con material retrorreflectante. Digamos que un cirujano estaba operando a un paciente mediante una cirugía robótica de control remoto. La telexistencia mutua proporcionaría a los médicos humanos que asisten en el procedimiento la percepción de que están trabajando con otro humano en lugar de una máquina.
Ahora, La telexistencia mutua es ciencia ficción, pero los científicos continúan ampliando los límites de la tecnología. Por ejemplo, Los juegos omnipresentes ya se están convirtiendo en una realidad. Juego generalizado extiende las experiencias de juego al mundo real, ya sea en las calles de la ciudad o en un desierto remoto. Los jugadores con pantallas móviles se mueven por el mundo mientras los sensores capturan información sobre su entorno, incluyendo su ubicación. Esta información ofrece una experiencia de juego que cambia según dónde se encuentren los usuarios y qué estén haciendo.
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