Το νέο αόρατο υλικό για την προστασία στρατιωτικού προσωπικού, υλικού και εγκαταστάσεων

Η τεχνολογία Stealth, η μείωση δηλαδή της ικανότητας του εχθρού να ανιχνεύει ένα αντικείμενο, έχει οδηγήσει σε πρόοδο τη στρατιωτική έρευνα για δεκαετίες. Σήμερα, τα αεροσκάφη, τα πολεμικά πλοία και τα υποβρύχια, οι πύραυλοι και οι δορυφόροι καλύπτονται συχνά από υλικό απορρόφησης σημάτων ραντάρ, όπως ειδική βαφή οχημάτων αντι-IR, για να γίνουν «αόρατα» στην εχθρική παρατήρηση.

Stealth Bomber Flightline B2

Ο Guoliang Huang, καθηγητής στο Τμήμα Μηχανικής και Αεροδιαστημικής Μηχανικής, είπε ότι αυτοί οι τύποι υλικών απόκρυψης είναι ώριμοι πλέον, από τεχνική άποψη, διότι οι ιδιότητες των ακουστικών (ραντάρ, σόναρ) και οπτικών κυμάτων (υπέρυθρες) είναι πλήρως κατανοητές. Ωστόσο, ο Huang ανέφερε ότι ελάχιστα έως καθόλου έχουμε καταφέρει να επιλύσουμε το πρόβλημα της απόκρυψης ελαστικών κυμάτων σε στερεά, όπως ένα σεισμικό κύμα που μεταδίδεται στο έδαφος. Πρόσφατα, ο Huang, μαζί με τον αναπληρωτή καθηγητή Hussein Nassar και τον αναπληρωτή καθηγητή έρευνας Yangyang Chen, σχεδίασε και δημιούργησε ένα νέο υλικό, ένα τεχνητά δομημένο υλικό, που επιτυγχάνει "τέλεια" ελαστική απόκρυψη υλικού.

"Αυτό το υλικό είναι θεωρητικό και πειραματικό — το δημιουργήσαμε στο εργαστήριό μας", δήλωσε ο Huang. "Το ονομάζουμε 'πολικό υλικό' επειδή συνειδητοποιήσαμε ότι έχει εσωτερική ροπή. Είμαστε οι πρώτοι που προτείνουμε τις αρχές αυτού του υλικού και επίσης οι πρώτοι που σχεδιάζουμε και κατασκευάζουμε αυτό το υλικό. Η ιδέα είναι, αν έχετε ένα αντικείμενο που θέλετε να κάνετε αόρατο, σχεδιάζετε κάποιο είδος υλικού επικάλυψης γύρω από το αντικείμενο έτσι ώστε όταν ένα κύμα χτυπήσει το αντικείμενο, να περάσει γύρω από το υλικό χωρίς διάθλαση."

Για παράδειγμα, ένα ραντάρ παράγει ένα κύμα ραντάρ, ένα ηχητικό κύμα, που διαθλάται όταν χτυπά ένα υποβρύχιο, καθιστώντας το ορατό. Αλλά αν αυτό το υποβρύχιο επιχρίζεται σε υλικό απόκρυψης, το ραντάρ δεν θα διαθλαστεί και το υποβρύχιο δεν θα μπορεί να ανιχνευθεί.

"Εάν θέλετε να αποκρύψετε κάτι στα στερεά μέσα, αυτό είναι διαφορετικό", δήλωσε ο Huang. "Στα στερεά μέσα, το κύμα είναι πιο περίπλοκο από το κύμα ραντάρ επειδή στα στερεά μέσα δεν έχουμε μόνο ένα κύμα συμπίεσης αλλά έχουμε και ένα κύμα διάτμησης. Στην πολιτική μηχανική, αντιμετωπίζουμε σεισμούς - σεισμικά κύματα, τα οποία έχουν διαμήκη και διάχυτη κυματομορφή, και το μεγαλύτερο μέρος της ζημίας οφείλεται στο διάτυπο κύμα".

Θεμελιώδης επανάσταση

Ο Χουάνγκ είπε ο απώτερος σκοπός της έρευνάς του είναι να μοντελοποιήσει, να σχεδιάσει και να κατασκευάσει υλικά που θα συμπληρώσουν αυτό το "χάσμα συμπεριφοράς". Η νέα κατηγορία απόκρυψης ή πολικών υλικών που δημιούργησε η ομάδα του αποτελείται από μια λειτουργικά ταξινομημένη λανθάνουσα εστία ενσωματωμένη σε ένα ισοτροπικό συνεχές φόντο. Τα επίπεδα ήταν 3D τυπωμένα και συναρμολογημένα με μη αυτόματο τρόπο.

"Ερευνήσαμε πειραματικά και αριθμητικά τα χαρακτηριστικά του προτεινόμενου μανδύα και βρήκαμε πολύ καλή απόδοση απόκρυψης κάτω από ένταση και σχισματική φόρτιση", έγραψε ο Huang στο σύγγραμμα του, ένα από τα δύο ερευνητικά έγγραφα που είχε δημοσιεύσει ο Huang και η ομάδα του από την Φυσική Ανασκόπηση των Γραμμάτων για το θέμα των πολικών υλικών.

Οι μελέτες, "Πολικά Μεταυλικά: Μια νέα ματιά για την Ανταπόκριση στις Εφαρμογές Απόκρυψης" και "Φυσική Υλοποίηση της Ελαστικής Απόκρυψης με Πολικό Υλικό", δημοσιεύθηκαν στο Natural Review Letter, ένα περιοδικό της Αμερικανικής Φυσικής Κοινωνίας.