Метаматериалы

Невидимость: от научной фантастики к реальности

Поиски невидимости

На протяжении веков идея невидимости пленяла воображение человека, вдохновляя бесчисленные истории о шпионах, супергероях и волшебных существах. Хотя настоящие плащи-невидимки могут быть еще далекой мечтой, ученые достигли значительного прогресса в разработке материалов и устройств, которые могут сделать объекты невидимыми для человеческого глаза.

Наука невидимости

Невидимость работает путем манипулирования тем, как свет взаимодействует с объектами. Когда свет попадает на объект, часть света поглощается, часть отражается, а часть проходит сквозь него. Показатель преломления материала определяет, насколько сильно свет изгибается при прохождении через него. Сопоставляя показатель преломления объекта с его окружением, можно сделать объект невидимым.

Метаматериалы и оптика преобразования

В последние годы исследователи разработали передовые материалы, известные как метаматериалы и оптика преобразования, которые могут манипулировать светом беспрецедентным образом. Эти материалы могут изгибать, фокусировать и даже гасить свет, что позволяет создавать устройства, которые могут делать объекты невидимыми.

Невидимость своими руками

Хотя высокотехнологичные плащи-невидимки все еще находятся в стадии разработки, есть простой и недорогой способ сделать небольшие объекты невидимыми в домашних условиях. Эта техника, продемонстрированная Россом Экстоном в научном центре At-Bristol, заключается в погружении объекта в жидкость с показателем преломления, соответствующим показателю преломления объекта.

Жидкости и преломление света

Различные жидкости имеют разные показатели преломления. Например, вода имеет показатель преломления 1,33, а глицерин — 1,47. Выбрав жидкость с правильным показателем преломления, можно заставить объект исчезнуть из поля зрения.

Практическое применение

Технология невидимости имеет потенциал для широкого спектра практических применений, в том числе:

Военное дело: Плащи-невидимки можно использовать для маскировки солдат и транспортных средств, делая их практически незаметными для сил противника.
Медицина: Невидимые устройства можно использовать для малоинвазивных хирургических вмешательств, что позволит врачам проводить операции без больших разрезов.
Развлечения: Технология невидимости можно использовать для создания захватывающих и интерактивных впечатлений в тематических парках и музеях.

Будущее невидимости

Область исследований невидимости стремительно развивается, все время разрабатываются новые материалы и устройства. Хотя настоящие плащи-невидимки, возможно, еще не скоро появятся, достигнутый на сегодняшний день прогресс приблизил нас к тому дню, когда мы действительно сможем исчезнуть из поля зрения.

Дополнительная информация

Для получения дополнительной информации о науке невидимости посетите веб-сайт научного центра At-Bristol: www.at-bristol.org.uk/science-explained/physics/how-to-make-things-invisible/
Чтобы посмотреть демонстрацию невидимости с использованием жидкостей, проведенную Россом Экстоном, посетите видео на YouTube: www.youtube.com/watch?v=X5H-q2g_gWA
Чтобы узнать больше о метаматериалах и оптике преобразования, посетите следующие ресурсы:
- Метаматериалы: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/metamaterial
- Оптика преобразования: https://www.rp-photonics.com/transformation_optics.html

Введение

Ученые изучают увлекательную область съедобных метаматериалов, используя физику и геометрию для создания продуктов питания с улучшенными свойствами. Одним из таких новшеств является спиралевидный трехмерный печатный шоколад.

Геометрия вкуса

Наше удовольствие от еды связано со сложным взаимодействием чувств. Текстура играет значительную роль: хруст и звуки разрушения усиливают ощущения от еды. Исследователи обнаружили, что геометрию пищи можно настроить для оптимизации этих сенсорных свойств.

Шоколадные метаматериалы: разрушение формы

Группа ученых из Амстердамского университета разработала спиралевидные конфеты с использованием 3D-печати. Эти сложные формы при откусывании разбиваются на множество кусочков, создавая симфонию потрескивающих звуков и текстур. Дегустаторы подавляющим большинством предпочли эти замысловатые конфеты более простым формам.

Помимо хруста: здоровье и питание

Съедобные метаматериалы выходят за рамки простого улучшения вкуса. Они открывают возможности для создания более здоровой и питательной пищи. Используя геометрию для проектирования текстуры и вкусовых ощущений здоровых ингредиентов, исследователи могут создавать вкусные заменители мяса или продукты, которые легче употреблять людям с проблемами жевания.

Морфинг пасты и голографическая еда

Область съедобных метаматериалов стремительно развивается. Исследователи изучают морфинг-пасту, которая превращается из плоской в трехмерную во время приготовления, уменьшая экологический след и открывая новые кулинарные возможности. Кроме того, съедобные голограммы, создаваемые путем травления поверхности пищевых продуктов для получения голографических рисунков, обладают потенциалом для маркировки пищевой ценности и улучшения цвета без искусственных добавок.

Непищевые применения: разрушение границ

Геометрия разрушения находит применение не только в пищевой промышленности. Понимая, как контролировать разрушение материалов, исследователи могут разрабатывать более безопасные защитные шлемы и защитную одежду. Даже транспортные средства можно спроектировать с внешней оболочкой, которая разрушается контролируемым образом, защищая пассажиров в случае аварии.

Заключение

Съедобные метаматериалы — это перспективная область с огромным потенциалом. Манипулируя геометрией пищи, ученые могут улучшить вкусовые ощущения, повысить питательную ценность и создавать инновационные продукты питания. От космической пищи, адаптированной к потребностям космонавтов, до более безопасных транспортных средств — возможности этой технологии безграничны.

Невидимость: от фантастики к реальности