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微警用
兰大教授研制隐形衣 仅仪器无法检测
2013-12-02 10:02:50 来源 : 青年时报
中国国际警用装备网讯：隐形，是古往今来人类一直想实现的目标。说到隐形，估计大家印象最深的还是《哈利·波特》里男主人公的“隐形斗篷”，它可在许多时候帮了大忙;还有魔幻巨作《指环王》里，那枚戴上就能让人隐身的戒指。
11月5日，据英国BBC未来网站“雷达之下”栏目报道，由中国兰州大学梅中磊副教授和东南大学崔铁军教授领导的研究小组，研制出了有源隐形衣，通过在需要隐藏的物体周围布置上一些信号源，可以使其抵消外界信号的检测，从而实现物体的隐形或变形。该论文发表在世界著名的学术刊物《物理评论快报》上，值得一提的是，该论文的第一作者，是兰州大学信息学院2011级的一位本科生。
隐形衣拖着“小辫子”
虽然名字叫作“隐形衣”，但是这套设备看上去一点都不像衣服—一个由电阻相连构成同心圆、像蜘蛛网一样的电阻网络电路板，半径大约在25厘米;中心部位代表被隐形或者伪装的区域(比如一个苹果)，周围连接36根小辫子一样的受控信号源，可以说和美观两个字完全不沾边。但这个被称作“有源隐形衣”的设备，却可以大有作为。
先让我们看一下这样的场景：一辆没有涂任何隐形材料的装甲车，从监控摄像头前经过，在监控室里看到的却是一辆牛车，或者什么都没有。
这种“诡异”的情况是怎么发生的呢?昨天，记者请教了兰州大学信息科学与工程学院副教授梅中磊。
“人之所以能够看到物体，是由于来自物体的光线进入人眼;探测仪器之所以能发现物体，是因为物体阻挡了电磁波通过。在隐形领域，有很多频段，如微波、红外线、可见光等。而我们这个有源隐形衣，则实现了直流电领域的伪装。这个过程就像小溪里的流水，经过石头时，会绕过石头再合拢向前，如同没有遇到石头一样。这使得仪器显示物体不存在了，也就实现了‘隐形’。”梅中磊副教授解释。
为什么要叫作有源隐形衣呢?“简单讲，有源就是需要布置信号源或者电源，比如我们给出的一圈小辫子等;相对应的无源隐形衣则不需要，只需要特殊材料即可，像之前浙大的那个隐形衣，就是属于无源的。”梅中磊副教授进一步解释，与无源相比，有源隐形更像有一双看不见的手，根据水流的情况，主动将其从石头旁边精确拨开，从而使水流进入不到石头表面，从而达到隐形的目的。
不过，研究小组的设备，实现动态伪装的领域，是在直流电领域，而不是在光学频段上。也就是说并不是让我们肉眼看不到目标物，而是在用特殊仪器探测时，使探测结果发生变化。“这意味着一个目标，只能针对那些特定的设备实现伪装，如通过探测目标，对环境电导率的影响，来推断物体形状的探测设备。”
使探测电流发生弯曲
电磁隐形是近年来科技界的研究热点之一。2006年留美学生刘若鹏从浙大毕业后，研制出来的隐形材料，可以引导微波转向，避开仪器的探测。从那之后，全球出现了研究隐形衣的热潮，而梅中磊和他的科研小组，也是由此在2008年开始了对隐形衣的研究。
在此之前，国内外的科学家，也研究出了各式各样的隐形衣，梅中磊副教授所在研究小组的这一最新研究成果，则是实现了直流领域下的伪装。“我们这个装置最主要的特点就是有源，并且是对直流情况下的隐形、伪装等，基于电路方式和叠加原理，进行了首次实验验证。”
据梅中磊副教授的介绍，与之前的隐形技术不同，这种有源隐形衣的隐形原理，不是反射或吸收波，而是通过部署在物体周围的有源设备，改变波的传播路线，使之发生弯曲，以达到绕射传播的目的。“另外，还可以通过对有源设备的调整，实现动态可控。假设你在地下使用这一设备，你可以隐藏一个秘密燃料库或埋藏的宝藏，使得从地表扫描看来是其他的物体，实现主动控制伪装。”梅中磊副教授补充说，在实验中，检测器检测的不是检测电磁波，而是电压或者电流信号，但两者机理相同。
梅中磊副教授解释，这里面的机理有两个：一个是电磁场的叠加原理，一个是唯一性原理。通过叠加原理，受控信号源可以抵消探测信号的影响或者对其进行改变，而唯一性原理可以保证在边界条件一致的情况下，场是唯一确定。实际应用中，这个技术需要高速硬件设备，对外界探测信号源进行检测，并快速实现对受控信号源的动态调制，对软硬件要求较高。“因此在低频下更容易实现。我们是在直流情况下进行的实验，所以避开了对硬件设备的高要求，并且频率越高则越不容易实现。”
就在梅中磊副教授所在研究小组科研成果发布后数个星期，加拿大多伦多大学的一个实验小组，也完成了一个类似的研究。“这两者的机理是一样的，但他们主要是工作在微波段。”梅中磊副教授解释，直流频段和微波段，从电磁理论来看只是频率高低之分，并无本质差别。从实际应用的角度来看，微波段的应用相对更具有实用性，比如飞机隐身或伪装。
该隐形设备更简单灵活
普通人更关心的，还是像《哈利·波特》里那样的隐形衣。“这种隐形衣叫作光波段的隐形衣，也就是可见光下实现的隐形，让我们肉眼看不到目标物。”梅中磊副教授解释，光也是电磁波的一种，如果物体发出的电磁的频率较高，高到光波段的频率，意味着人的眼睛是看不到的。“光波段的隐形在实验室中是可实现的，但有些缺点，比如频段非常窄—例如只对红光有效，绿光或白光就不行了;或是体积庞大，是个厚的壳，甚至比人的个头还要大，而且远远达不到哈利·波特的隐形衣效果。完美的隐形衣还没问世，现在研究的成果，只能达到部分程度上的隐形。”
“或许叫作隐形装置更为贴切，”梅中磊副教授表示，想像《哈利·波特》里那样把这个装置穿在身上，现阶段还不能实现。“可能最接近就是浙江大学陈红胜教授研发的那种隐形衣了，它像一个玻璃套子，将铅笔放进去后，从一个特定的角度来看，人们看不到这个铅笔，但如果换一个角度，人们可能就看见了。”
目前，大多数的研究还处于非常初级的阶段。事实上，这种隐形设备甚至是非常简陋的。那些大得足以隐藏日常物品的设备，只能工作在微波频段，并且是在一个平面板内而不是三维的;此外，具有部分隐形功能的设备，仅仅使用特殊的光学晶体来隐藏小物体，但同时使得隐形衣本身完全可见。
“相对于其他隐形方式，这项成果方法非常简单、灵活，且在线可控，与此前隐形设备需要复杂的人工电磁材料不同，该设备仅需要对普通电子元器件进行焊接。这意味着将隐形设备设计得更大或更小会相当容易。”梅中磊副教授表示，梅中磊认为，此款隐形衣具有重要的理论价值和实际意义，“这是有源隐形第一次通过科学实验得到证实。它的成功进一步丰富了隐形理论，是今后设计更灵活的隐形设备的基础。”
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