پوشش‌ نامرئی؛ رویایی که رنگ واقعیت می‌گیرد

 مجموعه تلاش‌های صورت گرفته در این زمینه و انتشار خبرهای گوناگون درباره آن موجب شده تا از این پس خلق واقعی پوشش‌های نامرئی دور از ذهن نباشد. این پوشش‌ها به سبب کاربردهای متعدد و تاثیرگذاری که به دنبال خواهند داشت، یکی از مهم‌ترین اهداف دانشمندان فعال در عرصه فناوری‌های نوین به حساب می‌آید.

«نخستین پوشش نامرئی جهان با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفت» این خبری بود که تنها چند سال پیش و دقیقا در روزهای میانی اکتبر سال 2006 در خروجی بسیاری از خبرگزاری‌های جهان نقش بست تا از این پس دریچه‌ای مملو از جذابیت‌های علمی و کاربردهای مختلف آن در زندگی روزمره ذهن بشر را به خود مشغول نگاه دارد. دیوید آر اسمیت از دانشگاه دوک از جمله پیشگامان این عرصه نوین علمی به حساب می‌آید.

به عقیده بسیاری از منتقدان و صاحب‌نظران علمی، دکتر اسمیت را می‌توان به عنوان مغز همه کار و حتی پدر فناوری پوشش‌های نامرئی برشمرد. او می‌گوید: این ایده جذاب که شما بتوانید با استفاده از نوعی پوشش ویژه اشیاء و افراد را نامرئی کنید اکنون از قالب تصور خارج شده است و به جرا‡ت می‌توان گفت با استفاده از روشی جدید می‌توان هر چیزی را از نگاه‌ها مخفی نگاه داشت! اظهارات اسمیت بیش از هر گروهی برای طرفداران داستان‌های علمی و تخیلی جذابیت داشته است، آنهایی که می‌توانند آنچه را در دنیای مجازی و در دل ماجراهای هری پاتر دنبال می‌کرده‌اند، اکنون در اطراف خود ببینند.

مبنای نامرئی شدن بر چیست؟

این پرسش مهمی است که پیش از وارد شدن به هرگونه مقوله‌ای در زمینه پوشش‌های نامرئی باید به آن پاسخ قانع‌کننده‌ای داده شود. در این فرآیند مبنا و اصول کار بر استفاده از نوعی مواد به نام متا مواد گذاشته شده است. این مواد ساختار دوگانه پیچیده‌ای از فلز و عایق دارند که موجب می‌شوند نور در اطراف شیء مورد نظر دقیقا به شکلی عبور کند که مشابه آن را در عبور کردن هوا از اطراف بال یک هواپیما شاهد هستیم. در حقیقت متامواد به گونه‌ای در طبیعت و محیط آزمایشگاهی عمل می‌کند که گویی در قوانین فیزیک نقض‌های آشکاری انجام می‌دهد.

در قالب فرآیندی به نام «انکسار» متا مواد با نور به شیوه‌ای برخورد می‌کنند که طی آن اجازه می‌دهند نور در مقایسه با گذشتن از خلا، سریع‌تر از درونشان عبور کند و این دقیقا همانC معروف معادله نسبیت ارائه شده از سوی اینشتین است. نتیجه این فرآیند چیزی نیست جز عبور پرتوهای نوری از اطراف جسم، گویی که هیچ جسم خاصی در محیط وجود ندارد. این فرآیند دقیقا همان چیزی است که در سری فیلم‌های هری پاتر به تصویر کشیده شده است، البته با این تفاوت که در آنجا از ترفندهای سینمایی استفاده شده نه متامواد!

اکنون دانشمندان و گروه‌های تحقیقاتی مختلف از سراسر جهان به استفاده از تکنیک‌های مختلفی روی آورده‌اند تا با استفاده از آنها پوشش‌های نامرئی‌کننده را به واقعیت تبدیل کنند. دکتر اسمیت در سال 2006 استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای خلق این پوشش‌ها را ایده‌ای مهم و عملی عنوان کرده و گفته بود: این برای نخستین بار است که نشان داده‌ایم می‌توان با استفاده از امواج الکترومغناطیسی و پیچاندن آنها در اطراف نقطه‌ای خاص در محیط، مخفی کردن و به نوعی نامرئی‌سازی اجسام در محیط را به واقیعت عینی تبدیل کرد.

او عقیده دارد: جسمی که در زیر پوشش نامرئی‌کننده قرار ندارد، موجب ایجاد اختلال در عبور امواج الکترومغناطیسی شده و نتیجه‌ای جز ایجاد سایه در پشت آن ندارد. «جادوی متا» مواد عنوان جذاب و هیجان‌انگیزی است که روی تلاش‌های دکتر اسمیت گذاشته شده است. در حقیقت او آغازکننده راهی بوده است که طی آن از متامواد که عمر آن به بیش از یک دهه نیز نمی‌رسد، برای خلق پوشش‌های نامرئی‌کننده استفاده می‌شود.

در ادامه تلاش‌های دکتر اسمیت، گروهی از دانشمندان در آمریکا نیز گام‌های شجاعانه‌ای در این مسیر برداشته‌اند. تلاش‌های این دانشمندان به این دلیل شجاعانه عنوان شده است چون به دنبال خلق ماده‌ای مشابه متامواد بوده‌اند تا با استفاده از قابلیت‌های منحصر به‌فرد آن ایده پوشش‌های نامرئی را به واقعیت تبدیل کنند.

دانشگاه کالیفرنیا در برکلی جایی است که این پروژه شکل می‌گیرد. در این پروژه دانشمندان کار خود را با تولید ماده‌ای جدید آغاز کردند که می‌تواند نور را در اطراف اجسام دارای ساختار سه بعدی، خمیده کرده و در نهایت آنها را نامرئی کند. این مواد به صورت طبیعی در طبیعت اطراف وجود ندارند با این حال در محیط‌های آزمایشگاهی و در ابعاد نانویی وجود دارند؛ اما این عقیده وجود دارد که در صورت موفقیت نهایی طرح در آینده‌ای نه چندان دور، از ابعاد بسیار بزرگ‌تر آن که برای نامرئی‌سازی انسان‌ها و اجسام بزرگ‌تر کافی باشند، استفاده کرد. ماده جدیدی که تیم تحقیقاتی دکتر ژانگ در دانشگاه کالیفرنیا ارائه کردند به جای تعامل با میکروامواج رایجی که بلندتر از دامنه بینایی انسان هستند، با آن دسته میکروامواجی کار می‌کند که در صنایع ارتباطات از راه دور به کار گرفته می‌شود و این دقیقا محدوده‌ای است که به طیف قابل روِیت بسیار نزدیک‌تر است.

دکتر ژانگ برای بررسی این موضوع تیم تحقیقاتی خود را به 2 دسته تقسیم کرد. این تیم‌ها با استفاده از متاماده اجسامی تولید کردند تا از آنها در آزمایشات نامرئی‌سازی استفاده کنند. یکی از تیم‌ها از خرده پوشش‌های نانویی ساخته شده از نقره و فلوراید با خاصیت مغناطیسی در قالب ساختاری استفاده کرد که شباهت زیادی به تورهای ویژه مخفی کردن ادوات نظامی در صحراها دارد و این در حالی بود که تیم دوم استفاده از نانوسیم‌های نقره‌ای را در برنامه خود قرار داده بود.

نکته مهم درخصوص این اجسام این بود که نور نه جذب آنها می‌شد و نه از روی آنها منعکس می‌گشت، تنها همچون جریان آب از اطراف آنها عبور می‌کرد. در نتیجه تنها نور قرار گرفته در پشت اجسام پوشیده می‌شد و سایه ایجاد می‌کرد. نکته مهم و قابل ذکر دیگر این است که اجسامی که با این مواد تولید می‌شوند، برخلاف مواد طبیعی موجود در طبیعت، هرگز نسبت به میدان مغناطیسی نور واکنش نشان نمی‌دهند و همین تفاوت اولیه است که به عنوان جرقه کاربردی در نهایی‌سازی پروژه پوشش‌های نامرئی مدنظر قرار گرفته است. این، شروع جذاب دوباره ای برای خلق پوشش‌های نامرئی‌کننده بود. بسیاری از کارشناسان تلاش‌های این دو گروه را به عنوان گام‌هایی جدی در فرآیند طراحی و تولید پوشش‌های نامرئی‌کننده عنوان کردند، تلاش‌هایی که طی یک سال گذشته باز هم متحول شده و رنگ و بوی جدی‌تری به خود گرفته است.

گام‌هایی نوین برای خلق واقعی پوشش‌های نامرئی

ابداع نرم‌افزاری جدید برای توانمندسازی متامواد به منظور تعامل با طیف وسیعی از فرکانس‌های نوری را باید به عنوان تازه‌ترین گام‌های جهانی برای واقعیت بخشیدن به پروژه پوشش‌های نامرئی تلقی کرد. این ابداع خیره‌کننده باز هم از سوی دکتر اسمیتی صورت گرفته است که در سال 2006 نخستین آزمایش‌های موفقیت‌آمیز در زمینه پوشش‌های نامرئی را انجام داده بود. نرم‌افزاری که وی ابداع کرده است، طراحی و ساخت متامواد را سرعتی خیره‌کننده می‌بخشد. او و تیم همراهش از این برنامه رایانه‌ای برای ساخت پوشش نوری پیچیده‌ای استفاده کرده است که نسبت به طیف وسیعی از پرتوهای میکروامواج در حکم جسمی نامرئی به نظر می‌آید. بی‌شک باید اوج این هنرنمایی را، انجام آن تنها در مدت 10 روز دانست. ساختار جدیدی که دکتر اسمیت با همکاری دوست و همکار چینی‌اش ساخته است با طول موج‌های نوری بین یک تا 18 گیگاهرتز عمل می‌کند. نکته مهمی که همواره در پروژه جهانی تلاش‌های مرتبط با پوشش‌های نامرئی مطرح بوده، ساخته نشدن پوششی بوده است که در طول موج‌های قابل روِیت عمل کند. از آن گذشته متاموادی نیز که تاکنون در محیط‌های آزمایشگاهی تولید شده‌اند، تمایل طبیعی به تعامل با محدوده بسیار کوچکی از طیف نوری دارند. اما در آن سوی معادله باید به این نکته توجه داشت که یک پوشش نامرئی که با هدف نامرئی کردن در معرض تک نورها ساخته می‌شود، عملا هیچ کارایی ندارد. همینجاست که اوج هنرنمایی دکتر اسمیت نمایان می‌شود. در حقیقت او تلاش دارد پوشش نامرئی‌ای تولید کند که نسبت به تمام محدوده طیف نوری عمل کند و البته این اقدامی تاریخی به حساب می‌آید.

دکتر اسمیت درخصوص ساختار پوششی که با استفاده از این نرم‌افزار ساخته می‌شود، می‌گوید: این پوشش به شکل یک مستطیل قائم در ابعاد 50 و 100 سانتی‌متر با ارتفاع یک سانتی‌متر است و از حدود 600 ساختار مسی به شکل حرفI لاتین ساخته می‌شود. البته ساخت هر یک از این 600 ساختار کار چندان سختی به نظر نمی‌رسد.

این یک الگوی مسی است که فناوری آن هزینه چندانی در برنداشته است، اما قسمت سخت معادله تازه شروع شده است: تشخیص ابعاد هر یک از این 600 ساختار مسی و چگونه قرار دادن آنها در کنار یکدیگر. این تصور را در ذهن داشته باشید که نخستین پوشش نامرئی ساخته شده از سوی دکتر اسمیت در سال 2006 تنها شامل 10‌‌ساختار مسی از این دست بوده و اکنون کار کمی سخت‌تر شده است.

دکتر اسمیت برای موفق شدن در این پروژه سخت مجبور بود تا از شبیه‌سازی‌های عددی متعددی استفاده کند. وی در ادامه شیوه‌هایی را که طی آن یک ماده با میدان مغناطیسی نور تعامل برقرار می‌کند با هدف تشخیص دقیق اندازه، ابعاد و جهت‌گیری هر یک از این 600 ساختار وارد محاسبات پیچیده ریاضی کرد. این فرآیند کار بسیار زمانبری است و اکنون دکتر اسمیت می‌تواند با استفاده از نرم‌افزاری که ارائه کرده است، این زمان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و به نوعی میانبر جدیدی برای دستیابی به پوشش‌های نامرئی باز کند.

او معتقد است: این الگوریتم‌ها اجازه می‌دهند تا با سرعت بسیار بیشتری ساختاری را پیش‌بینی کرد که بهترین و موثرترین تعامل را با نور داشته باشد. تلاش این دانشمند از جهات گوناگون قابل بررسی است. زمانی که توسعه یک فناوری نوپا به میان می‌آید، استفاده از فناوری‌های موازی و تجهیزات فوق‌مدرن برای سرعت بخشیدن به توسعه آن مهم‌ترین ابزار کاربردی به حساب می‌آید و اکنون نرم‌افزاری که دکتر اسمیت ارائه کرده است، در حکم کاتالیزوری قدرتمند برای توسعه دانش ساخت پوشش‌های نامرئی‌کننده به حساب می‌آید.

دکتر اسمیت تلاش کرده است ایده‌ای را که از یک دهه پیش به صورت مفهومی جدی در دنیای فناوری‌های نوین مطرح شد را با توسعه تحقیقات مرتبط با تولید متامواد به واقعیت تبدیل کند. البته او و دانشمندانی نظیر وی کار بسیار سختی پیش رو دارند، چون اساسا برخلاف بسیاری از فناوری‌های فعلی که در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی سراسر جهان در حال انجام است، دانش و اطلاعات قابل توجهی در این زمینه وجود ندارد و شاید همین مشخصه موجب شده است تا بسیاری آن را یکی از مرموزترین مفاهیم دانش نوین بشری نگاه کنند.

کاربردهای مختلف پوشش‌های نامرئی‌کننده

این بعد جدید از فناوری‌های نوین بشدت ذهن دانشمندان را درخصوص کاربردهایی که در صنایع مختلف خواهند داشت، مشغول کرده است. اگر پا را فراتر از آنچه در فیلم‌هایی نظیر هری پاتر ارائه شده است بگذاریم، استفاده در صنایع ارتباطات از راه دور، ساخت میکروسکوپ هایی با کارایی موثرتر، سامانه‌های تصویربرداری اپتیکی بسیار دقیق و موارد دیگری نظیر آن را می‌توان برای پوشش‌های نامرئی‌کننده متصور شد.

نکته مهمی که درخصوص این دانش نوپا باید مدنظر داشت، این است که جستجو برای یافتن مواد موثر در فرآیند نامرئی‌سازی باید همچنان ادامه داشته باشد. این عقیده دانشمندی همچون پروفسور هس از انستیتو تحقیقات پیشرفته دانشگاه سوری است که چندین سال است روی پروژه پوشش‌های نامرئی کار می‌کند: حقیقتی که باید پذیرفت، این است که پوشش‌های نامرئی‌کننده دور از ذهن نیستند و از آن گذشته دور از دسترس هم نیستند، اما نباید فراموش کرد دست از کار کشیدن و متوقف کردن جستجوها برای یافتن مواد موثرتر در نامرئی‌سازی یعنی مرگ زودرس برای پروژه پوشش‌های نامرئی! پوششی که با استفاده از این نرم‌افزار ساخته می‌شود، هیجان خاصی را به این دانش نوین می‌دهد اما از آن هیجان‌انگیزتر این است که ساخت متا موادهای جدید و موثرتر با سرعت خیره‌کننده‌تری صورت می‌گیرد.

فاطمه پورمزرعه