Поговоримо про натхнення. Хамелеон, ящірка, відома своєю шкірою, що змінює колір, є джерелом натхнення для нового електромагнітного матеріалу, який одного дня зможе зробити транспортні засоби й літаки «невидимими» для радарів.
Як повідомляється в журналі Science Advances, група інженерів Каліфорнійського університету в Берклі розробила метаматеріальний поглинач мікрохвиль, що настроюється, який може перемикатися між поглинанням, передачею або відбиттям мікрохвиль на вимогу, імітуючи механізм зміни кольору хамелеону.
"Ключовим відкриттям стала можливість досягнення як широкосмугового поглинання, так і високої передачі в одній структурі, що забезпечує адаптивність у динамічних середовищах", - сказала Грейс Гу, головний дослідник дослідження та доцент кафедри машинобудування. "Ця гнучкість має широкий спектр застосування: від технологій скритності до передових систем зв'язку та збору енергії".
За словами Гу, створення матеріалів, які можуть ефективно поглинати електромагнітні хвилі, такі як від радарів чи мікрохвилі, було давньою технологічною проблемою. «Наявні матеріали, як правило, мають конструкцію "один розмір підходить усім", - сказала вона. "Вони фіксуються у своїй реакції після того, як вони зроблені, що обмежує їх використання в динамічних середовищах, де адаптивність має вирішальне значення".
Прагнучи створити матеріал, який міг би динамічно змінювати те, як він взаємодіє з електромагнітними хвилями, дослідники черпали натхнення в хамелеоні. Рептилія з липким язиком змінює колір, регулюючи відстань між фотонними кристалами у своїй шкірі, щоб модулювати віддзеркалення світла.
Гу та її команда працювали над адаптацією аналогічного механізму налаштування до своєї конструкції метаматеріалу. Результатом стала хрестоподібна структура, яка може механічно трансформуватися для управління її електромагнітними властивостями. Стискаючись чи розширюючись — синхронізований рух, який забезпечує взаємопов'язана система ферм — метаматеріал може змінювати свій електромагнітний відгук від широкосмугового поглинання до режиму передачі.
Використовуючи машинне навчання та генетичні алгоритми, дослідники оптимізували конструкцію структури для конкретних, цільових електромагнітних реакцій, досягнувши рівня програмованості. Потім вони виготовили структуру за допомогою 3D-друку і перевірили її здатність перемикатися між поглинанням та передачею мікрохвиль.
"У стислому вигляді структура поглинає більше ніж 90% мікрохвиль в діапазоні 4-18 ГГц, що фактично робить її невидимою для радарів і забезпечує скритність", - сказав Деніел Лім, науковий співробітник і перший автор дослідження. "У розгорнутому вигляді вона дозволяє передавати до 24,2% сигналу, забезпечуючи зв'язок при необхідності".
За словами Ліма, цей біоінспірований електромагнітний матеріал має потенціал для покращення технологій у широкому спектрі областей, включаючи оборону, бездротовий зв'язок, енергетику та інтелектуальну інфраструктуру.
"В оборонних додатках цей метаматеріал, що налаштовується, може використовуватися для створення транспортних засобів або літаків, які стають "невидимими" для радарів при необхідності", - сказав Лім. "Водночас він може пропускати сигнали зв'язку, коли це необхідно, забезпечуючи як скритність, так і зв'язок в одній системі".
Матеріал також може бути використаний для створення розумних вікон, які перемикаються між блокуванням та передачею сигналів, покращуючи конфіденційність та безпеку зв'язку. Крім того, Гу припускає, що його можна буде використовувати для підвищення ефективності систем збирання електромагнітної енергії, які допомагають живити датчики та батареї.
«Природа конструкції, що настроюється, дозволяє їй адаптуватися до мінливих потреб, надаючи універсальне рішення для управління електромагнітними хвилями», — сказав Гу.
