La invisibilidad es una estrategia superior de autoprotección de interés desde hace mucho tiempo en la academia y la industria, aunque hasta ahora el concepto se encuentra más popularmente en la ciencia ficción. En un nuevo informe sobre Avances de la ciencia , Su Xu y colegas en ingeniería, nanotecnología, La nanobiónica y la información cuántica en China se inspiraron en la relación ecológica natural entre los animales oceánicos transparentes y sus depredadores que emplean una estrategia de detección de longitudes de onda cruzadas. Los científicos propusieron un nuevo concepto de invisibilidad de longitud de onda cruzada que integraba una variedad de tácticas de invisibilidad. Presentaron una estrategia de diseño de metamateriales booleanos para equilibrar los requisitos de materiales divergentes a través de longitudes de onda entre escalas. Como prueba de concepto, simultáneamente demostraron el camuflaje de onda larga y la transparencia de onda corta utilizando una técnica de nanoimpresión. El trabajo extendió las técnicas de sigilo desde estrategias individuales de invisibilidad dirigidas a un espectro de longitud de onda única hasta la invisibilidad integrada dirigida a aplicaciones de longitudes de onda cruzadas. Estos experimentos allanarán el camino para desarrollar metadispositivos integrados de longitud de onda cruzada.

Convertirse en transparente

Permitir el paso de la luz a través del cuerpo es una estrategia de autodefensa superior en el océano para los organismos del medio agua. Por ejemplo, El cistisoma del crustáceo anfípodo es mayormente transparente, aparte de algunos órganos necesarios, incluidos los ojos, para evitar que los depredadores lo detecten. Sin embargo, algunos depredadores aún pueden detectar y atacar con éxito a presas transparentes debido a su visión cruzada espectral. Si la presa pudiera ocultarse por completo al equilibrar la interacción presa-depredador para superar la visión espectral cruzada de los depredadores, sus tasas de supervivencia serán mucho más altas. Xu y col. fueron bioinspirados por esta relación ecológica cuando propusieron un concepto de invisibilidad de longitud de onda cruzada que integraba simultáneamente el camuflaje de onda larga y la transparencia de onda corta. La nueva estrategia complementa las estrategias convencionales existentes de camuflaje adaptativo tipo camaleón y la capa de invisibilidad que evita las olas. En este trabajo, los científicos rompen la relación ecológica existente al intentar ocultar la presa transparente de la visión espectral cruzada de sus depredadores. Como resultado, esta filosofía de invisibilidad será de importancia para las tecnologías prácticas de sigilo.

La estrategia propuesta aquí tiene como objetivo hacer realidad conceptos que hasta ahora han permanecido enraizados en la ciencia ficción. Por ejemplo, Xu y col. imaginar su filosofía de invisibilidad para contribuir al desarrollo de un futurista, avión furtivo transparente en el laboratorio, donde los pilotos podrán ver libremente su entorno sin ser detectados a través del sistema de radar de microondas. El equipo construyó el dispositivo experimental utilizando alambres microscópicos de plata / níquel para garantizar una conductividad óptica extremadamente baja con la fabricación de nanoimpresión. Los resultados demostraron una transparencia óptica de 400 nm a 760 nm, y redujo significativamente la dispersión en el régimen de microondas de 6 a 10 GHz. El equipo pudo penetrar la capa transparente con luz visible (rayos azules y amarillos) con una pérdida insignificante. permitiendo al observador interno ver libremente el exterior. El equipo diseñó la capa de invisibilidad de microondas ópticamente transparente con dos metasuperficies impresas en películas flexibles de tereftalato de polietileno (PET) y aisladas por un espaciador de PET curvo. La capa interna de la metasuperficie actuó como un límite de conductor elástico perfecto (PEC), mientras que los resonadores de anillo externos en la metasuperficie proporcionaron una compensación de fase adecuada y efectos de preservación de amplitud.

Diseñar la respuesta electromagnética y desarrollar la capa de microondas ópticamente transparente

Xu y col. diseñó la respuesta electromagnética para la invisibilidad de microondas de acuerdo con la ley de Snell generalizada y utilizó ocho tipos de resonadores de anillo para construir la capa. El diseño de celdas unitarias solo para la invisibilidad de microondas era insuficiente para realizar la invisibilidad de longitud de onda cruzada. Por lo tanto, El equipo adoptó una estrategia de diseño de metamateriales booleanos para fusionar metaestructuras para lograr una funcionalidad integrada de una sola banda. Para lograr esto, integraron las metaestructuras para el régimen de microondas y el régimen visible mediante la adopción de una multiplicación lógica booleana (denotada por ∧ o AND) en un circuito integrado. Las metaestructuras integradas eran iguales a la red metálica macroscópica formada por alambres metálicos microscópicos mapeados que exhibían una conductividad eléctrica local extremadamente alta mientras preservaban una conductividad óptica global extremadamente baja.

Para construir la capa de microondas ópticamente transparente, el equipo eligió una técnica avanzada de nanoimpresión que proporcionaba una metasuperficie de gran área para ocultar objetos macroscópicos y permitir la fabricación de alta precisión de los alambres metálicos microscópicos a microescala. Llevaron a cabo la caracterización óptica de la capa exterior mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Los científicos desarrollaron el contorno del resonador de anillo microscópico con cables circulares metálicos y orientaron varios cables de cortocircuito a lo largo de la dirección radial para conectar los cables metálicos circulares. El equipo realizó una prueba de campo para probar experimentalmente la visión óptica transparente de la capa ópticamente transparente en comparación con las observaciones directas sin la capa para permitir al usuario ver a través de la capa con una distorsión mínima.

Tecnología sigilosa

Los científicos demostraron experimentalmente el rendimiento del camuflaje de microondas bajo incidencia polarizada eléctrica transversal (TE) y magnética transversal (TM) y estudiaron la reducción de la dispersión total de la muestra en diferentes frecuencias. La fase y amplitud de la onda reflejada desde la capa era muy parecida a la onda reflejada desde el plano de tierra, provocando una reducción sustancial de la dispersión total. De este modo, la capa disminuyó la dispersión total del objeto más allá del rango de frecuencia de 6 a 10 GHz. Los resultados mostraron el logro de la invisibilidad de la longitud de onda cruzada con amplitud preservada y fase no distorsionada en frecuencias de microondas. junto con la transparencia omnidireccional en todo el espectro visible. En comparación con las capas de alfombra desarrolladas en el pasado, Este trabajo presentó una demostración experimental para lograr la invisibilidad en regiones de longitudes de onda cruzadas mediante la combinación de múltiples esquemas de invisibilidad. La tecnología sigilosa que se detalla aquí será más accesible con tecnologías avanzadas de nanofabricación.

Al combinar el camuflaje de onda larga y la transparencia de onda corta en este trabajo, Su Xu y sus colegas permitieron que los ojos de un sistema sigiloso observaran claramente el mundo externo, sin dejar de ser detectado. En comparación con los métodos existentes de control de ondas electromagnéticas, el diseño de metamaterial booleano proporcionó una estrategia para combinar varias estrategias de invisibilidad para la integración de invisibilidad de longitudes de onda cruzadas. El trabajo incluye circuitos lógicos integrados y allana el camino para realizar dispositivos multifuncionales o multifísicos dentro de dimensiones compactas.

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