Araştırma kuruluşlarından
University of Illinois at Urbana-Champaign, News Bureau
Araştırmacılar, karmaşık nesneleri kızılötesi kameralardan gizleyebilen ve onları aşırı sıcak ve soğuktan koruyabilen çığır açan bir 3 boyutlu termal görünmezlik pelerini geliştirdi. Cihaz ısıyı engellemek yerine onun etrafından yönlendiriyor ve böylece nesne termal görüntülemede neredeyse her yönden görünmez hale geliyor. Başarıyla üretildi ve test edildi; pelerin elektronik soğutma, termal koruma ve gizlilik teknolojisini dönüştürebilir.
Bilim insanları, nesneleri kızılötesi kameralardan gizleyebilen ve aşırı sıcaklıklardan koruyabilen ilk üç boyutlu termal görünmezlik pelerini geliştirdi ve test etti. Bu atılım, mikroçipleri soğutmak, hassas elektronik cihazları korumak ve ekipmanın termal iziyle tespit edilmesini engellemek için yeni yollar açabilir.
Pelerin, ısının hangi yönden geldiğine bakmaksızın çok çeşitli şekilli nesneleri gizleyebiliyor. Daha önceki termal pelerinler iki boyutta sınırlıydı ya da yalnızca ısı belirli bir yönde ilerlerken çalışıyordu. Yeni tasarım bu kısıtları aşıyor; ısıyı gizli nesnenin etrafına yönlendiriyor, sadece engellemiyor. Sonuç olarak kızılötesi görüntülemede nesnenin yokmuş gibi görünen bir sıcaklık deseni oluşuyor.
Araştırmayı University of Illinois Urbana-Champaign Sivil ve Çevre Mühendisliği profesörü Shelly Zhang, doktora sonrası araştırmacı Weichen Li ve lisansüstü öğrenci Yibo Wang yürüttü; Danimarka Teknik Üniversitesi profesörü Ole Sigmund ile iş birliği yapıldı. Bulgular Nature Communications’ta yayımlandı.
Zhang, “Gerçek bir termal pelerin ısı nereden gelirse gelsin çalışmalı” dedi. “Cihazımız karmaşık bir 3 boyutlu nesneyi sonsuz sayıda yönden gizleyebilirken iç sıcaklığı sabit ve korunaklı tutabiliyor.”
3 Boyutlu Termal Görünmezliği Mümkün Kılan Yeni Bir Malzeme
Üç boyutta işlev gören bir termal pelerin yaratmak uzun süredir devam eden bir zorluktu. Daha önceki deneysel cihazlar ısıyı yalnızca düz bir yüzey boyunca ya da ısı akışının tek bir yönünde yeniden yönlendirebiliyordu; bu da tam üç boyutlu bir pelerin için gerekli yeteneklerden uzaktı.
Bu sınırlamaları aşmak için araştırmacılar, ısının özel olarak tasarlanmış malzemeler aracılığıyla nasıl yeniden yönlendirilebileceğini araştıran dönüşüm termotiği ilkelerine geri döndü. Odaklandıkları temel soru şuydu: “Mükemmel bir pelerin için gerekli neredeyse tüm termal özellikleri karşılayabilecek ne tür bir malzeme yapısı olabilir?”
Çözüm, yapısı üç yönde bağımsız olarak ayarlanabilen yeni bir kafes tabanlı malzeme oldu. Bu değişiklikler, araştırmacıların pelerin farklı bölümlerinden ısının ne kadar verimli geçtiğini kontrol etmesini sağlıyor. Daha önceki tasarımlarla kıyaslandığında malzeme çok daha geniş bir termal iletkenlik aralığına ulaşabiliyor ve ideal termal gizleme için öngörülen özelliklere yaklaşıyor.
Önemli olan, araştırmacılar bilgisayar simülasyonlarının ötesine geçip çalışan bir cihaz üretti. Karmaşık bir alüminyum kafesi üretmek için 3D metal baskı kullandılar; bu kafes verimli ısı iletimi için yollar sağlıyor. Kalan boşlukları ise ısıyı zayıf ileten kauçuk benzeri bir malzemeyle kalıp dökümüyle doldurdular. Birlikte bu malzemeler ısının hareketini dikkatle kontrol edebilen bir yapı oluşturuyor.
Kızılötesi Kamera Testleri Pelerinlerin İşlediğini Onaylıyor
Cihazı değerlendirmek için ekip, onu sıcak ve soğuk bölgeler arasına yerleştirdi ve çevredeki ortamdan ısının akmasına neden olan bir sıcaklık farkı oluşturdu. Pelerin gizli alanı başarıyla ısıdan çevirebiliyor mu görmek için oluşan sıcaklık desenlerini kızılötesi kamera ile izlediler.
Deneyler, cihazın ısıyı gizli bölgenin etrafından yönlendirebildiğini ve çevredeki sıcaklık desenini koruyabildiğini gösterdi. Kızılötesi kameraya göre alan, hiç nesne yokmuş gibi görünüyordu. Aynı zamanda pelerin içindeki sıcaklıklar tekdüze kaldı ve gizli alanı dışarıdaki aşırı koşullardan korudu.
Araştırmacılar pelerinlerin olağan dışı karmaşık nesneleri de gizleyip gizleyemeyeceğini test etti. İnsan başlarına benzeyen ayrıntılı şekiller de dahil olmak üzere karmaşık üç boyutlu geometrileri başarıyla gizlediler. Ekibe göre daha önceki deneysel termal pelerinler geometrik karmaşıklık ve gizleme performansı açısından bu kadar karşılaştırılabilir bir kombinasyon göstermedi.
Elektronik ve Gizlilik Teknolojisinde Olası Uygulamalar
Isıyı üç boyutta kontrol etme yeteneğinin birkaç sektörde önemli etkileri olabilir. Elektronikte teknoloji, mühendislerin ısıyı hassas bileşenlerden uzaklaştırmasına, mikroçiplerde termal yönetimi iyileştirmesine ve zorlu koşullarda çalışan cihazları korumaya yardımcı olabilir.
Araştırmacılar güvenlik ve savunmada da uygulama potansiyeli görüyor. Teknolojinin gelecekteki sürümleri, insanları veya ekipmanı termal tespit sistemlerinden gizlemeye ya da değerli varlıkları şiddetli sıcaklık koşullarından korumaya yardımcı olabilir. Bu kullanımlar, cihazın dış ısıyı yeniden yönlendirirken korunan bölgenin termal olarak kararlı kalmasını sağlama konusundaki gösterilmiş yeteneği üzerine kurulacak.
Zhang, “Isının hassas kontrolüne ihtiyaç duyan ya da bir şeyin termal olarak tespit edilmesinden korunması gereken her alan bu çalışmadan fayda sağlayabilir” dedi. “Ama biz bunu daha geniş görüyoruz: Isı tarafından taşınan bilginin gizlenmesi ve korunması ile ilgili.”
Bir Sonraki Zorluk Isı Üreten Nesneleri Gizlemek
Mevcut pelerin büyük bir ilerleme olsa da araştırmacılar ek işlevler yapabilen daha gelişmiş sürümler geliştirmek istiyor. Özellikle önemli bir hedef, yalnızca pelerin dışından gelen ısıdan korumakla kalmayıp ısı üreten nesneleri de gizlemek.
Bunu başarmak, gizli bölgedeki ısıyı aktif olarak kontrol edebilen malzemeler gerektirecek. Gelecekteki bir pelerin, gelen ısıyı sadece yeniden yönlendirmek yerine koşullara göre ısı enerjisini yoğunlaştırmak, dağıtmak ya da yönlendirmek zorunda olacak. Bu yetenekler teknolojinin elektronik, termal koruma ve kızılötesi tespit uygulamalarındaki kullanımını genişletebilir.
Zhang, “Gerçek bir 3 boyutlu omnidirectional termal pelerin mümkün olduğunu gösterdik” dedi. “Bir sonraki adım, sadece gizleyen ve koruyan değil, aynı zamanda ısıyı kullanışlı şekillerde aktif olarak manipüle eden pelerinler yapmak.”
Araştırma National Science Foundation, Villum Foundation ve Air Force Office of Scientific Research desteğiyle yürütüldü. Zhang ayrıca University of Illinois Urbana-Champaign’de mekanik bilim ve mühendislik ile National Center for Supercomputing Applications’a bağlı.
