Учёные создали и испытали первое трёхмерное термальное маскирующее устройство. Оно скрывает объекты от инфракрасных камер и одновременно защищает их от экстремальных температур. Результаты работы могут использоваться для охлаждения микросхем, защиты чувствительной электроники и предотвращения обнаружения техники по тепловому излучению.
Устройство способно маскировать объекты сложной формы независимо от направления, с которого поступает тепло. В отличие от прежних разработок, рассчитанных на плоские поверхности или один путь теплового потока, новая конструкция направляет тепло вокруг скрываемой области. Поэтому инфракрасная камера фиксирует температурную картину, будто объекта в этом месте нет.
Исследование провели профессор гражданской и экологической инженерии Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне Шелли Чжан, постдокторант Вэйчэнь Ли и аспирант Ибо Ван совместно с профессором Технического университета Дании Оле Сигмундом. О результатах учёные сообщили в журнале Nature Communications. «Настоящее термальное маскирующее устройство должно работать независимо от того, откуда поступает тепло. Наше устройство может скрывать сложный трёхмерный объект в бесконечном числе направлений, сохраняя стабильную и защищённую температуру внутри», — сказала Чжан.
Основой разработки стал решётчатый материал, параметры которого можно независимо менять по трём направлениям. Это позволяет регулировать скорость прохождения тепла через разные участки конструкции и получать более широкий диапазон теплопроводности, чем в прежних системах. При создании устройства исследователи напечатали на 3D-принтере сложную алюминиевую решётку, обеспечивающую эффективную передачу тепла, а оставшееся пространство заполнили методом литья материалом, похожим на резину и плохо проводящим тепло.
Работу устройства проверили между горячей и холодной зонами, создав перепад температур. Инфракрасная камера отслеживала, как меняется температурное поле вокруг скрытой области. Эксперимент показал, что тепло огибает защищённое пространство, а температура внутри остаётся равномерной. Кроме того, устройство успешно скрывало сложные трёхмерные формы, в том числе объекты, напоминающие человеческие головы.
Разработчики связывают с технологией перспективы в управлении теплом в электронике, защите компонентов микросхем и работе оборудования в жёстких условиях. Возможны также применения в системах безопасности и обороны — для маскировки людей или техники от теплового обнаружения и защиты ценных объектов от сильного нагрева. Следующей задачей команда считает создание устройств, способных скрывать не только объекты, подвергающиеся внешнему нагреву, но и источники собственного тепла. «Мы показали, что настоящее трёхмерное всенаправленное термальное маскирование возможно. Следующий шаг — создать устройства, которые будут не только скрывать и защищать, но и активно управлять теплом полезным образом», — сказала Чжан. Исследование поддержали Национальный научный фонд, фонд Виллум и Управление научных исследований ВВС США.