Как сделать предмет невидимым

Обновлено: 04.07.2024

Некоторые вещи, такие как волокна с памятью или пуленепробиваемая пленка, кажутся невозможными. Однако ученые работают над ними и вполне успешно. Рассказываем о десяти материалах будущего и о трендах в material science

Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.

Ученые Пермского и Томского политехнических университетов совместно разработали сверхпрочный литой стеклокристаллический материал. В его основе — оксиды кремния, магния, алюминия, титана и марганца. При взрыве новый материал распределяет энергию по всей своей площади, поэтому он более устойчив к внешнему воздействию и высокой температуре. Схожие материалы, напротив, принимают удар в одной точке и из-за этого разрушаются. Ученые утверждают, что изделия из литого стеклокристаллического материала прослужат в 15 раз дольше, чем изготовленные из металла.

Структура литого стеклокристаллического материала (Фото: пресс-служба Пермского национального исследовательского политехнического университета)

У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.

Сплав для новых систем охлаждения

Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

Композит с возможностью регенерации

В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.

Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.

Волокно для одежды со встроенной нейросетью

В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.

В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.

Бесконечно перерабатываемый пластик

Новый пластик легко разрушается, когда его помещают в специальный раствор (Фото: Питер Кристенсен / Berkeley Lab)

Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.

Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.

Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.

Пленка для очков вместо приборов ночного видения

Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.

Очки со сверхтонкой пленкой ночного видения (Фото: Джейми Кидстон / Австралийский национальный университет)

Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.

Металл против болгарки и дрели

Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.

Ученые предполагают, что изобретение будут использовать для изготовления сейфов и защитного снаряжении против холодного оружия и для работы с режущими инструментами. Ведь если попробовать разрезать Proteus болгаркой или дрелью, то он разрушит диск и сверло. Так получается, потому что материал вызывает боковые вибрации внутри режущих граней. В эксперименте блок толщиной 4 см за минуту привел в негодность диск болгарки.

Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими

Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.

Золото со свойствами пластмассы

Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.

Куда движется material science

Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:

«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.

В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.

В российской сфере material science делают упор на разработку:

новых сверхтвердых материалов;
составов сталей с улучшенными свойствами;
полимерных композиционных веществ, то есть тех, которые состоят из нескольких компонентов;
конструкционных и функциональных материалов — это детали машин, элементы сооружений и другие изделия, которые несут силовую нагрузку.

Идея невидимости давно используется в фантастических произведениях многих авторов (“Человек невидимка” Герберта Уэлса, “Гарри Поттер” и его мантия), поэтому к этому явлению люди уже относятся как к чему-то привычному и обыденному.

Мы сейчас не будем говорить о мантиях-невидимках, которые содержат в себе камеры и проекторы, создающие эффект невидимости, если не смотреть на человека сбоку. А также кучу фейковых мантий-невидимок, спреев-невидимок. Только научные достижения, только хардкор.

Давайте сначала ответим на вопрос: “Почему свет проходит через газ и жидкость, а твердые тела (практически все) для него непрозрачны?” Ответ кроется в атомном строении всех веществ: в твердых телах расстояние между атомами намного меньше, чем в жидкости и тем более в газе. Поэтому свет не может пройти через плотные твердые тела, также как человек не может проскочить через замочную скважину.

Однако есть некоторые исключения. В идеальных кристаллах атомы расположены строго в определенных местах, образуя кристаллическую решетку, причем расстояния между атомами в разных направлениях могут отличаться, поэтому свет может проходить по таким “путям”, где расстояние между атомами достаточно большое (больше длины волны света).

Но если мы возьмем стекло, оно не является кристаллом, оно находится в аморфном состоянии (то есть атомы расположены хаотически). Для того, чтобы оно стало прозрачным, его сначала нагревают до большой температуры (близкой к температуре плавления), а затем резко охлаждают, поэтому стекло обладает многими свойствами жидкости. Не всякий предмет, который мы хотим сделать невидимым, можно расплавить и резко охладить. Да и не факт, что все получится.

Метаматериалы, как способ заставить свет огибать предмет

Одним из перспективных направлений в плане невидимости является создание “метаматериалов“. Уже давно созданы материалы, которые становятся невидимыми в микроволновом диапазоне (как известно и видимый свет, и микроволновое излучение – это волны, которые отличаются частотой колебаний и длиной волны). Метаматериал – это такое вещество, в которое внедрены маленькие частички-имплантаты, заставляющие микроволновые волны идти по определенному пути, по заданным каналам.

Длина волны микроволнового излучения примерно равна 1-3 см. Поэтому если мы хотим, чтобы метаматериал искривлял путь микроволн, в него нужно внедрить частицы размером меньше 1 см. И уже существуют реальные метаматериалы со сложной структурой, состоящей из медной основы, керамики и композитных волокон, которые обводят микроволны вокруг предмета и делают его невидимым в микроволновом диапазоне.

ОК, а что у нас с видимым светом?

У видимого света длина волны составляет примерно 500-800 нанометров (1 нм = 10 -9 м), и чтобы сделать метаматериал невидимым, в него нужно внедрить частицы размером примерно 50-100 нм. То есть эти частицы должны состоять всего лишь из нескольких сотен атомов. В случае мантии-невидимки для искривления пути светового луча придется заниматься модифицированием отдельных атомов! Но это не является чем-то недостижимым, ведь в современных компьютерных процессорах уже создаются чипы размером 5 нм (IBM 2017 год). Чипы создаются по технологии нанолитографии.

В 2007 года был создан метаматериал способный изменять путь прохождения красного света с длиной волны 780 нм (своеобразный рекорд). Ученые взяли лист стекла и нанесли на него тонкий слой серебра, затем слой фторида магния и снова слой серебра. Толщина слоя фторида магния составила 100 нм. Далее в нем вытравили множество отверстий диаметром 100 нм (почти в 8 раз меньше длины волны красного света). И следующие опыты были нацелены на то, чтобы создать метаматериал на этой основе, который сможет обвести красный луч вокруг предмета и сделает этот предмет невидимым для красного света.

В 2013 году ученые-материаловеды из Стэнфордского университета разработали совершенно новый тип метаматериала, который может делать предметы невидимыми практически во всем диапазоне видимого света.

Существует много подходов к достижению невидимости, и новые открытия появляются чуть ли не каждый месяц. Если всего лишь за 6 лет удалось пройти от невидимости только в красном свете, до охвата практически всего диапазона видимого света. Глядя на все это, мантия-невидимка уже не кажется чем-то таким далеким и нереальным.

В редакторе Geometry Dash есть возможность устанавливать степень прозрачности любых объектов. Например, можно сделать невидимым портал, блок или орб. Также допускается установка времени, в течение которого предмет исчезнет. Расскажем, как сделать невидимые объекты.

О триггерах

В редакторе есть особые элементы, которые влияют на геймплей. Во время прохождения уровня триггеры, так называют эти объекты, невидимы. Однако они оказывают влияние на геймплей и персонажа. Например, меняют цвет, прозрачность, заставляют предметы исчезать или появляться.

Триггер Alpha регулирует прозрачность объектов и может сделать их невидимыми.

Инструкция

Разберем, как пользоваться триггером:

Создайте объекты, которые вам нужны: порталы, сферы или любые другие.
Перед предметами расположите триггер Alpha.
Объединяем все объекты в свободную группу.
Триггеру присваиваем туже группу.

Для прозрачности устанавливаем два параметра:

Объект станет полностью невидимым, если второй показатель будет равен нулю. Также можно менять степень прозрачности, делая предметы чуть заметными. Это пригодится, если вы захотите сделать секретные монетки или любые другие элементы игры. Например, при opacity равной 5-10% предмет заметят только самые зоркие игроки.

Видео-инструкция

Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

Как стать невидимым Способы достижения невидимости Проект разработал: Учитель А.А.Жменя

Цель Реализация современного подхода к обучению через применение новых педагогических технологий (проектная, проблемная методики, использование информационных технологий) Задачи: Привлечение учащихся к проектной деятельности Формирование навыков использования учащимися компьютерных технологий Активизация познавательной деятельности учащихся Развитие коммуникативных способностей учащихся Расширение кругозора учащихся

Читайте также: