Новый 3D-тепловой плащ-невидимка заставляет объекты исчезать из поля зрения инфракрасных камер

Исследователи разработали, изготовили и успешно испытали первый трёхмерный тепловой плащ-невидимку — устройство, способное скрывать объекты сложной формы от инфракрасных камер и при этом защищать их от экстремальной жары и холода. Вместо блокировки тепла прибор направляет тепловой поток в обход объекта, поэтому на тепловизионном изображении тот выглядит отсутствующим практически при любом направлении распространения тепла. Температура внутри скрытой области при этом остаётся стабильной и однородной. Работа выполнена под руководством профессора Шелли Чжан из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне совместно с профессором Оле Сигмундом из Технического университета Дании и опубликована в Nature Communications.

Создание трёхмерного теплового плаща долгое время оставалось нерешённой задачей: прежние экспериментальные устройства могли перенаправлять тепло лишь в двух измерениях или только при одном направлении теплового потока. Авторы вернулись к основам теории трансформационной термотики и разработали новый решётчатый материал, структуру которого можно независимо настраивать по трём направлениям, что позволяет управлять теплопроводностью разных участков плаща в широком диапазоне, близком к теоретически необходимому для идеального скрытия. Устройство изготовили с помощью 3D-печати металлом: алюминиевая решётка обеспечивает пути для эффективного проведения тепла, а оставшиеся полости заполнили резиноподобным материалом с низкой теплопроводностью. В экспериментах плащ помещали между горячей и холодной зонами и фиксировали результат инфракрасной камерой: тепло огибало скрытую область, а внешняя картина температур сохранялась. Устройство успешно скрыло и сложные трёхмерные геометрии, включая детализированные формы, напоминающие человеческие головы.

По словам исследователей, технология может найти применение в электронике — для отвода тепла от чувствительных компонентов, улучшения терморегулирования микрочипов и защиты приборов в тяжёлых условиях, — а также в сфере безопасности и обороны, где она способна помочь скрывать людей и технику от систем теплового обнаружения или защищать ценные объекты от суровых температур. Как отметила Шелли Чжан, выгоду от работы может получить любая область, где требуется точный контроль тепла или защита от тепловой детекции. Следующая задача — создать более совершенные плащи, способные скрывать объекты, которые сами выделяют тепло, для чего понадобятся материалы, активно управляющие тепловой энергией внутри скрытой области. Исследование поддержали Национальный научный фонд, фонд Villum и Управление научных исследований ВВС США.