和背景融為一體 紅外線攝影機下的隱形斗篷

by:時時
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不管是哈利波特的隱形斗篷,還是科幻片中的透明人劇情,「讓自己隱形」是不少人心中曾經閃過的念頭。最近,有科學家研發出一款新的材料,只要戴上它你就能在紅外線攝影機下變得「隱形」。

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迷彩裝能夠讓人看起來和背景融為一體,但當對方拿出紅外線攝影機之後就無所遁形了。

Photo: Emma Goldsmith

「熱偽裝」技術很重要

在軍事行動裡面,要如何躲過敵人的眼睛是很重要的事情。白天的時候有迷彩裝可以欺敵,到了晚上,雖然人類的眼睛夜視能力並不好,但有了紅外線攝影機或護目鏡,只要是恆溫動物都難逃過這些鏡頭的法眼。

因此,在軍事用途上「熱偽裝」(thermal camouflage)技術就變得很重要。

變色速度要夠快,還要很輕巧

然而,想要躲過紅外線攝影機並不容易,因為這不是只要找到一個東西來擋住自己的體溫不被量到即可,最重要的是這個東西,要能夠在一瞬間變得和背景溫度一樣,才能真的讓自己融入背景之中。

而且它還要夠輕巧,最好是能夠做到真人戴上去還能活動自如的程度,才方便軍人在夜間行動。

找到又輕又薄又能隱形的材料

最近,土耳其畢爾肯大學、麻省理工學院和曼徹斯特大學的團隊表示,他們已經研發出符合上述特質──又輕又薄又可以在紅外線攝影機下隱形的材料。

這種「隱形材料」是由石墨烯(graphene)、聚乙烯等高分子化合物聚合而成,而這項研究已經刊載在《奈米快訊》上。

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圖為 2009年,在日本橫濱,一名工作人員在紅外線攝影機的畫面前拿著一杯水。

路透社

石墨烯很容易吸收熱能,也很容易放熱

本來,石墨烯這種材料很容易吸收或放出能量,如果將石墨烯放在手上,它能夠快速吸收手上的熱能再釋放出來──雖然手上的熱能被石墨烯帶走後,手會覺得涼爽一點,但在紅外線攝影機底下,它還是能拍到石墨烯對外放出的熱能,一樣逃不過紅外線攝影機的鏡頭。

加上電壓就能「隱形」

然而,研究團隊發現,只要幫這個「隱形材料」加上外部電壓,聚乙烯層內帶有電荷的分子就會跑到石墨烯層,這就會降低石墨烯對外放出熱能的能力──也就是說,紅外線攝影機下石墨烯變「隱形」了。

圖為研究人員的手上拿著「隱形材料」之後,在紅外線攝影機鏡頭底下,手看起來就像是「隱形」了一樣。

「把石墨烯變成金屬」

研究團隊的柯卡巴斯(Coskun Kocabas)解釋道,當帶電分子跑到石墨烯層後改變了石墨烯的導電性與光學性質,「我們基本上是將石墨烯變成金屬」。

這種「隱形材料」和金屬最大的不同在於,它維持了石墨烯又輕又薄的性質,還可以藉由調整電壓大小,來改變自己吸收、放熱的能力。

外加電壓改變了「隱形材料」的性質

當「隱形材料」的溫度比環境溫度高的時候,外加電壓會讓「隱形材料」不容易放熱,就能讓「隱形材料」在紅外線攝影機下「隱形」。

但柯卡巴斯也說,當「隱形材料」的溫度比環境溫度低時,外加電壓反而會讓「隱形材料」更容易反射環境中的紅外線,就能維持這種「隱形」效果。

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圖為「隱形紙」的示意圖──只要用「隱形紙」罩住人或車子,就能在紅外線攝影機的鏡頭「隱形」。

Photo: Emiliano Grusovin

知道溫度就能「隱形」

影片中可以看出,隨著外加電壓大小的改變,這款「隱形材料」在紅外線攝影機鏡頭下的溫度就不同。

因此,只要能知道背景溫度為何,就能讓「隱形材料」在紅外線攝影機鏡頭下看起來和背景溫度一樣。

感應溫度到變溫都能自己來

於是,研究團隊替「隱形材料」裝上能夠感應外界溫度的感應器,再利用演算法算出讓「隱形材料」在紅外線攝影機下隱形所需的電壓值大小,它就能夠隨著環境溫度的變化在紅外線攝影機下「隱形」。

研究團隊表示,只要是在攝氏 25-38℃的溫度下,這款「隱形材料」都能在紅外線攝影機下 5秒內融入背景。

可以變94%透明的「隱形紙」

上周,美國威斯康辛大學麥迪遜分校的團隊研發出來的「隱形紙」(stealth sheet)也有類似的效果。這款「隱形紙」是由可以彎曲的矽組成,厚度不到 1毫米相當於 10張紙的厚度。

根據研究團隊說法,這種「隱形紙」最高可以吸收 94%的紅外線──這也就是說,只要用這種「隱形紙」把自己罩起來,就能夠在紅外線攝影機下透明 94%。


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參考資料:
01 Scientists develop thermal camouflage that can fool infrared cameras
02 Hiding in plain heat: thermal camouflage moves one step nearer
03 A step towards an invisibility cloak: Graphene sheet with 'thermal camouflage' can hide soldiers from infrared cameras
04 Ultrathin "stealth sheet" can hide and fake heat signatures