دستگاهی که اشیا را زیر آب نامرئی می‌کند

یک تیم از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق به ابداع یک متاماده(فراماده) شده‌اند که می‌تواند به عنوان یک دستگاه پوششی استفاده شود.در حالی که ظاهر این دستگاه با آنچه در ذهن طرفداران فیلم‌های علمی-تخیلی است اختلاف فاحشی دارد، اما یک نوآوری چشمگیر و کارآمد است.این دستگاه به جای منحرف کردن نور که در فیلم‌ها نشان داده می‌شود، با تغییر و انحراف امواج صوتی اطراف اشیا، آنها را نامرئی می‌کند.موفقیت این دستگاه بستگی به توانایی تیم محققان برای ایجاد مواد کامپوزیتی ترکیبی بود که خواصی را که به طور معمول در مواد طبیعی یافت نمی‌شود، ارائه دهد.بعضی از فراماده‌ها از لحاظ رنگی، تاریک‌ترین در جهان هستند. دیگر فراماده‌ها هم ویژگی‌های ضد مغناطیسی را نشان می‌دهند. فراماده منحصر به فردی که توسط این تیم طراحی شد، نیاز به انجام چیزی جداگانه از فراماده‌های دیگر داشت.

پروفسور "آماندا هانفورد" رهبری این مطالعه را بر عهده داشت شد. محققان تصمیم گرفتند که یک فراماده مهندسی کنند که بتواند امواج صوتی را از یک جسم منحرف کند و موجب جابجایی امواج فیزیکی اطراف آن شود.این فراماده جدید در نوع خود اولین است، چرا که می‌تواند به جای انحراف نور، امواج صوتی زیر آب را منحرف کند."هانفورد" گفت: این مواد، مفهومی کاملا انتزاعی به نظر می‌رسند، اما ریاضی به ما نشان می‌دهد که ظهور این ویژگی‌ها ممکن است. بنابراین، ما در حال کار هستیم که ببینیم چه چیزهایی با این مواد می‌توانیم بسازیم.محققان به منظور تست این ماده، یک ورق فولادی یک متری سوراخ شده هرم‌شکل را فراهم کردند. سپس این ماده را در انتهای یک مخزن تحقیق قرار دادند. مخزن دارای یک "هیدروفون" بود که امواج صوتی زیر آب را تشخیص می‌دهد و امواج صوتی بین 7 تا 12 هزار هرتز تولید می‌کند. همچنین هیدروفون‌های گیرنده در سراسر مخزن وجود داشت که امواج صوتی منعکس شده را نظارت می‌کرد.

با توجه به مشاهدات تیم، امواج انعکاس یافته از فراماده، با امواج متصاعد از سطح جسم هماهنگ بود. همچنین دامنه موج بازتابی از شیء پنهان نیز کاهش یافت.این نتایج به محققان اطمینان می‌دهد که این فراماده می‌تواند به شکل موفقیت‌آمیز، یک شیء را برای سیستم‌های ردیابی زیر آب که بر امواج صوتی مانند سونار متکی هستند، نامرئی کند.این اولین بار نیست که محققان دانشگاه پنسیلوانیا دستگاه‌های پوششی می‌سازند. در ماه نوامبر، یک تیم دیگر از مهندسان این دانشگاه، حفره‌هایی با مقیاس نانو ایجاد کردند که می‌توانست نور را جذب کند و به یک پوشش ضد انعکاسی تبدیل شود.متامتریال یا فراماده(Metamaterial) به ماده مرکبی گفته می‌شود که دارای خواص نامتعارف الکترومغناطیس در ساختار وجودی خود است. آنچه این مواد را غیرمعمول کرده، خاصیت ضریب شکست منفی نور در آنهاست؛ به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی منکسر می‌کنند.

مواد الکترومغناطیس تشکیل‌دهنده آنها می‌تواند با دستکاری مختصر و دقیق ساختارشان، تنظیم نیز بشود.این مواد از ترکیب میله‌های ریز و مجموعه‌ای از حلقه‌های فلزی و مانند آنان ساخته شده است که برای اولین بار توسط "دیوید اسمیت" استاد دانشگاه کالیفرنیا ساخته شد.خواص نامتعارف این مواد سبب شده است از آنها در زمینه‌های مختلف استفاده شود. از جمله در مهندسی مایکروویو که می‌توان به کاربرد آنها در موج‌برها، جبران پاشندگی، آنتن‌های هوشمند، لنزها و نمونه‌های فراوان دیگر اشاره کرد.به گفته محققان دانشگاه پنسیلوانیا، چنین مطالعاتی بیشتر از یک مطالعه پایه‌ای است. در آینده ما ممکن است سعی کنیم که این ساختارها را به طول موج‌های طولانی‌تر گسترش دهیم. اگر ساختار را کمی بزرگتر کنیم، احتمالا می‌توانیم امواج الکترومغناطیسی بلندتر مانند مادون قرمز را جذب کنیم و برنامه‌های بیشتری را در زمینه سنجش و ذخیره و برداشت انرژی به وجود آوریم.