Меняющий цвет хамелеон вдохновил изобретателей материала для самолетов-невидимок
Хамелеон, умеющий менять цвет кожи, стал источником вдохновения для создания нового электромагнитного материала, который сможет сделать наземные транспортные средства и летательные аппараты невидимыми для радаров.
Как сообщается в журнале Science Advances, команда инженеров Калифорнийского университета в Беркли разработала перестраиваемый поглотитель микроволн из метаматериала, который может переключаться между поглощением, передачей или отражением микроволн по требованию, имитируя главное свойство хамелеона — цветовую мимикрию.
«Ключевым открытием стала возможность обеспечить как широкополосное поглощение, так и высокую пропускную способность в единой структуре, что обеспечивает адаптивность в изменяющихся условиях», — сказала Грейс Гу, главный исследователь исследования и доцент кафедры машиностроения. «Такая гибкость может найти широкое применение — от малозаметных локальных технологий до передовых систем транспорта, связи и накопления энергии».
По словам Грейс Гу, создание материалов, способных эффективно поглощать электромагнитные волны, было давней мечтой технологов. «Существующие материалы, как правило, имеют завершенный дизайн», — сказала она. «Их реакция фиксируется после создания, что ограничивает их использование в динамичных средах, где готовность к переменам имеет решающее значение».
Стремясь создать материал, который мог бы динамически изменять способ взаимодействия с электромагнитными волнами, исследователи вдохновились примером хамелеона. Рептилия с липким языком меняет цвет, регулируя расстояние между фотонными кристаллами в своей коже, чтобы модулировать отражение света.
Гу и ее команда работали над адаптацией аналогичного механизма настройки к своему дизайну метаматериала. В результате получилась перекрещивающаяся ферменная конструкция, которая может механически трансформироваться для управления электромагнитными свойствами. При сжатии или расширении — синхронном движении, обеспечиваемом взаимосвязанной системой ферм — метаматериал может изменять свой электромагнитный отклик от широкополосного поглощения до режима автономной передачи.
Используя машинное обучение и генетические алгоритмы, исследователи оптимизировали конструкцию для получения специфических, целенаправленных электромагнитных реакций, достигнув уровня программируемости. Затем они изготовили конструкцию с помощью 3D-печати и протестировали ее способность переключаться между поглощением и передачей микроволн.
«В свернутом виде конструкция поглощает более 90% микроволн в диапазоне 4–18 ГГц, что эффективно делает ее невидимой для радаров и обеспечивает скрытность», — пояснил Дэниел Лим, научный сотрудник и первый автор исследования. «В расширенном виде он обеспечивает передачу сигнала на 24,2%, обеспечивая при необходимости обратную связь».
По словам Лима, этот электромагнитный материал, созданный на основе биоинспирации, обладает потенциалом для совершенствования технологий в широком спектре областей, включая оборону, беспроводную связь, энергетику и алгоритмы искусственного интеллекта.
«В оборонной промышленности этот настраиваемый метаматериал может быть использован для создания наземных транспортных средств, пилотируемых самолетов и дронов, которые при необходимости становятся невидимыми» для радаров, — сказал Лим, — «В то же время он может пропускать коммуникационные сигналы, когда это необходимо, обеспечивая как скрытность, так и возможность подключения в единой системе управления».
Материал также может быть использован для создания интеллектуальных коммуникационных систем, которые переключаются между блокированием и передачей сигналов, повышая конфиденциальность и безопасность связи. Кроме того, Грейс Гу предполагает, что он будет использоваться для повышения эффективности систем сбора электромагнитной энергии, которые помогают питать автономные датчики и аккумуляторы.
«Настраиваемый характер конструкции позволяет ей адаптироваться к меняющимся потребностям, обеспечивая универсальное решение для управления электромагнитными волнами», — подытожила Грейс Гу.
Ранее ученые доложили о странной гигантской галактике, испускающей радиоволны.
