大突破，中國科學家將把“隱身衣”變成現實!
發布時間：2021/12/07
看過《哈利波特》的朋友，應該對“隱身衣”都不陌生吧，斗篷一甩，從頭到腳遮住，然后就消失在視線里，看起來相當帶感。
如今，科技的力量，讓“隱身衣”變成現實，而實現的方式是從超材料入手。
什么是超材料?
當我們把介質里很微小的人工結構(遠遠小于波長)進行有序排列后，就可以改變介質的宏觀性質。這些經過人工排序的微結構組成的介質，就叫做超材料。
至于超材料實現“隱身”的原理，則是光線照在物體身上后，會產生各種各樣的散射，這些散射波傳到我們的眼睛，就形成了我們所看見的物體的模樣。如果能控制光線從物體身邊繞過去，那么就沒有光的散射，物體也就會“看起來”消失不見!
因此，超材料實際上就是通過對細微結構的排列，實現對光/聲波的操控，從而實現“隱身”。
作為當今世界最熱門的新興技術之一，超材料的發展已成為國際軍事競爭的重要一環，“隱身”等超材料性能早已被世界各軍事強國競相研發運用。業界普遍認為，在軍事裝備上應用超材料結構產品，如同披上“隱身衣”，能大幅度提高裝備的隱身性能。
目前，美國是全球最大的超材料市場。而中國高度重視超材料技術的發展，曾在“863”計劃、“973”計劃、國家自然科學基金等予以立項支持。超材料的發展已經正式上升為國家戰略。
隨著超材料技術的成熟，相關研究成果已走出實驗室，進入產業化發展階段。目前，超材料尖端裝備產品已在我國多型軍用飛機、海軍裝備、導彈、反隱身雷達系統等核心高端裝備上逐步應用，涉及多項國防重點型號裝備。
擴展閱讀：隱身神器功能大比拼
利用超材料，我國的科學家們已經做出了不少隱身神器!
1、隱身毯
中科院聲學所的楊軍研究員團隊就做出了一種“魔術”隱身毯。研究人員使用超材料修改了目標的散射波，讓它擬態變成了海底，率先在水下實現了物體的聲學隱身。
不明覺厲?我們還是直接看圖說話吧。
水下隱身毯模型
隱身毯由一層一層互相分隔的黃銅板組成，毯下有一個梯形的小空間，需要隱藏的目標物體就放在這個區域。覆蓋在目標物體上的隱身毯，可以對周圍的聲波進行引導，使原本凸起的目標物體顯示出平面的回波效果。敲黑板，最終效果就是：原本凸起的物體在外界看來就是一塊平地。
聲波遇到隱身毯，可真是一點辦法也沒有……
利用隱身毯實現擬態
a：一束聲波正以45度向下斜入射到海底;b：經過海底反射，聲波仍然保持一束，以45度向右上方傳播;c：如果海底存在一個凸起的目標物體，聲波經過目標的散射后，會分裂成兩束，并向兩個不同的方向擴散;d：給目標物體覆蓋一層隱身毯，此時聲波又合成一束，并且向右上方45o傳播，傳播狀態與b圖接近。
很明顯，目標物體“披上”隱身毯后，就會擬態成一塊平面，在探測聲納看來，眼前就是一般的海底，沒有異常情況。再多的“聲納眼線”都無法區分擬態海底與真實海底的差別，所以這種隱身毯可以制造“幻象”，躲過多個聲納的探測。
2、球形隱身衣
球形隱身衣
這是球形隱身衣的剖面圖。圖中間有一個小圓球，它就是我們要隱藏的目標物。外面的大球為隱身衣所覆蓋的區域。兩個球體之間的黑線，就是聲波/光波在隱身衣中的傳播路徑。
當聲波/光波進入大球(隱身衣內部)以后，波的傳播路徑就開始逐漸發生彎曲，繞過中間的小球之后又逐漸回到原本的方向上來。波完全不會進入到中間的小球區域，就相當于我們在聲場/電磁場中開辟了一塊沒有聲波/電磁波的空間，所以中間的小球就被隔離出來，也就沒法被探測到。
3、環形隱身衣
基于上述原理，北京理工大學胡更開教授的團隊制作出了環形隱身衣(下圖)。這種隱身衣能引導絕大多數聲波能量偏離繞行，只有極少數聲波進入隱藏區域，從而保證目標物體不被探測發現。
環形隱身衣
此外，這種環形隱身衣具有很高的對稱性，無論聲波從哪個方向傳過來，都極難找到中間所隱藏的目標物體。這就是可以對抗多個聲納陣列的新型隱身衣!
目前，隱身技術是一門前沿、實用的科學，雖然現有的隱身衣并不像我們所想的那樣輕便，也不像影視作品里那樣神奇，但也不再是毫無根據的“空中樓閣”，而且隱身衣正朝著更薄、更輕、更寬工作頻帶的方向發展。
遙想當年，隱身還是人類遙不可及的夢想，再看今天夢想已逐漸變成了現實。人類對未來的暢想，真是推動科學進步的一股動力!
版權說明：本文由應力與變形控制(ID：stress-test)整理中國科學院聲學研究所及網絡信息，轉載請注明出處。
