كيفية إخفاء كائن ليصبح غير مرئي للكاميرا الحرارية

يمكن للطريقة النظرية أن تجعل الأشياء غير مرئية للكاميرا الحرارية ، أو تقلد كائنًا مختلفًا.

يمكنك أن تشعر الحرارة؟ بالنسبة للكاميرا الحرارية ، التي تقيس الأشعة تحت الحمراء ، فإن الحرارة التي نشعر بها تكون مرئية ، مثل حرارة مسافر في مطار مصاب بالحمى أو برد نافذة أو باب مسرب في الشتاء.

في ورقة نشرت في وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية، مجموعة دولية من علماء الرياضيات والفيزياء التطبيقيين ، بما في ذلك فرناندو جيفارا فاسكيز وترينت ديجيوفاني من جامعة يوتا ، يقدمون تقريرًا عن طريقة نظرية لمحاكاة الأجسام الحرارية أو جعل الأشياء غير مرئية للقياسات الحرارية. ولا يتطلب جهاز إخفاء رومولان أو عباءة هاري بوتر الخفية. يتم تمويل البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية.

يقول الباحثون إن هذه الطريقة تسمح بضبط نقل الحرارة حتى في المواقف التي تتغير فيها درجات الحرارة بمرور الوقت. يمكن أن يكون أحد التطبيقات هو عزل جزء يولد حرارة في دائرة (على سبيل المثال ، مصدر طاقة) لمنعه من التداخل مع الأجزاء الحساسة للحرارة (على سبيل المثال ، كاميرا حرارية). يمكن أن يكون التطبيق الآخر في العمليات الصناعية التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة في كل من الزمان والمكان ، على سبيل المثال التحكم في تبريد مادة ما بحيث تتبلور بطريقة معينة.

شاهد تصورًا لكيفية إخفاء الطريقة لجسم على شكل طائرة ورقية هنا:

https://www.youtube.com/watch؟v=ebT2efJT40w
من اليسار إلى اليمين: 1. درجة حرارة صفيحة معرضة لإطلاق مصدر نقطة في الوقت t = 0 (يمكن أن يكون هذا على سبيل المثال نبضة ليزر). 2. درجة حرارة اللوح مع وجود جسم “طائرة ورقية”. كما يمكنك أن ترى متساوي الحرارة ، أو ملامح درجة الحرارة ، تتشوه بوجود الجسم ويمكن للمراقب استخدام ذلك لكشف وتحديد موقع الطائرة الورقية. 3. الجسم الورقي محاط بعباءتنا النشطة. الآن تبدو متساوي الحرارة تمامًا مثل تلك الموجودة في حالة عدم وجود الكائن ، مما يخفي جسم الطائرة الورقية. الائتمان: فرناندو جيفارا فاسكيز / جامعة يوتا

أو شاهد كيف تعمل مع كائن على شكل هومر سيمبسون هنا:

https://www.youtube.com/watch؟v=4E_ZQ8QWIgc
من اليسار إلى اليمين: 1. درجة حرارة صفيحة خاضعة لإطلاق مصدر نقطي في الوقت t = 0 (يمكن أن يكون هذا مثل نبضة ليزر). 2. درجة حرارة اللوح مع وجود جسم. كما يمكنك أن ترى متساوي الحرارة ، أو ملامح درجة الحرارة ، تتشوه بوجود الجسم ويمكن للمراقب استخدام ذلك لاكتشاف الجسم وتحديد موقعه. 3. الكائن محاط بعباءتنا النشطة. الآن تبدو متساوي الحرارة تمامًا مثل تلك الموجودة في حالة عدم وجود الكائن ، مما يخفي الكائن. الائتمان: فرناندو جيفارا فاسكيز

لطالما كانت أجهزة الإخفاء أو التخفي عناصر من القصص الخيالية ، ولكن في السنوات الأخيرة اكتشف العلماء والمهندسون كيفية تحويل الخيال العلمي إلى واقع. نهج واحد ، باستخدام المواد الخارقة ، ينحني الضوء بطريقة تجعل الشيء غير مرئي.

تمامًا كما ترى أعيننا الأشياء إذا كانت تنبعث منها أو تعكس الضوء ، يمكن للكاميرا الحرارية أن ترى شيئًا إذا كان ينبعث أو يعكس الأشعة تحت الحمراء. من الناحية الرياضية ، يمكن أن يصبح الجسم غير مرئي للكاميرا الحرارية إذا كانت مصادر الحرارة الموضوعة حوله يمكن أن تحاكي نقل الحرارة كما لو لم يكن الجسم موجودًا.

الجديد في نهج الفريق هو أنهم يستخدمون المضخات الحرارية بدلاً من المواد المصنوعة خصيصًا لإخفاء الأشياء. مثال منزلي بسيط لمضخة حرارية هو الثلاجة: لتبريد البقالة ، تضخ الحرارة من الداخل إلى الخارج. يقول جيفارا إن استخدام المضخات الحرارية أكثر مرونة من استخدام المواد المصنوعة بعناية. على سبيل المثال ، يمكن للباحثين إظهار كائن أو مصدر واحد ككائن أو مصدر مختلف تمامًا. يقول جيفارا: “على الأقل من منظور القياسات الحرارية ، يمكنهم جعل التفاحة تظهر كبرتقالة”.

أجرى الباحثون العمل الرياضي اللازم لإثبات أنه مع وجود حلقة من مضخات الحرارة حول جسم ما ، من الممكن إخفاء جسم حراريًا أو محاكاة التوقيع الحراري لجسم مختلف.

يقول جيفارا إن العمل يظل نظريًا ، وتفترض عمليات المحاكاة وجود مصدر نقطة “سبر” للحرارة من شأنه أن ينعكس أو ينحني حول الجسم – المكافئ الحراري لمصباح يدوي في غرفة مظلمة.

يجب معرفة درجة حرارة مصدر الفحص هذا مسبقًا ، وهو عيب في العمل. ومع ذلك ، فإن هذا النهج في متناول التكنولوجيا الحالية باستخدام مضخات حرارية صغيرة تسمى عناصر بلتيير التي تنقل الحرارة عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر تقاطع معدني-معدني. تستخدم عناصر بلتيير بالفعل على نطاق واسع في التطبيقات الاستهلاكية والصناعية.

يتصور الباحثون أن عملهم يمكن استخدامه للتحكم بدقة في درجة حرارة جسم ما في المكان والزمان ، والذي له تطبيقات في حماية الدوائر الإلكترونية. يقول الباحثون إن النتائج يمكن أيضًا تطبيقها على توصيل الدواء بدقة ، نظرًا لأن رياضيات نقل الحرارة وانتشارها تشبه تلك الخاصة بنقل الأدوية ونشرها. ويضيفون أن الرياضيات الخاصة بكيفية تصرف الضوء في الوسائط المنتشرة مثل الضباب يمكن أن تؤدي إلى تطبيقات في إخفاء الهوية أيضًا.

المرجع: “الإخفاء الحراري النشط والمحاكاة” بقلم ماكسينس كاسيير وترينت ديجيوفاني وسيباستيان جينو وفرناندو جيفارا فاسكيز ، 12 مايو 2021 ، وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية.
DOI: 10.1098 / rspa.2020.0941

بالإضافة إلى Guevara و DeGiovanni ، Maxence Cassier ، باحث في المركز الوطني للبحث العلمي في معهد فرينل في مرسيليا ، فرنسا وسيباستيان جينو ، باحث CNRS ، UMI 2004 Abraham de Moivre-CNRS ، جامعة لندن الامبرياليه، لندن، المملكة المتحدة شارك في تأليف الدراسة.