Teorías del encubrimiento analiza varias teorías basadas en la ciencia y la investigación para producir un dispositivo de encubrimiento electromagnético . Las teorías presentadas emplean óptica de transformación , encubrimiento de eventos, cancelación de dispersión dipolar, transmisión de luz de túnel, sensores y fuentes activas, y encubrimiento acústico .
Un dispositivo de camuflaje es aquel en el que el propósito de la transformación es ocultar algo, de modo que una región definida del espacio quede aislada de forma invisible del paso de campos electromagnéticos (consulte Encubrimiento de metamateriales [1] [2] ) u ondas sonoras. Los objetos en el lugar definido todavía están presentes, pero las ondas incidentes se guían a su alrededor sin verse afectadas por el objeto en sí. Junto con este " dispositivo de camuflaje " básico, se han propuesto otros conceptos relacionados en artículos científicos revisados por pares , y se analizan aquí. Naturalmente, algunas de las teorías discutidas aquí también emplean metamateriales, ya sean electromagnéticos o acústicos , aunque a menudo de una manera diferente a la demostración original y su sucesora, la capa de banda ancha .
El primer dispositivo de camuflaje electromagnético se produjo en 2006, utilizando metamateriales de índice de gradiente . Esto ha llevado al floreciente campo de la óptica de transformación (y ahora la acústica de transformación), donde la propagación de ondas se manipula con precisión controlando el comportamiento del material a través del cual viaja la luz (el sonido).
Las ondas y el material huésped en el que se propagan tienen una relación simbiótica: ambos actúan uno sobre el otro. Una capa espacial simple se basa en ajustar las propiedades del medio de propagación para dirigir el flujo suavemente alrededor de un objeto, como el agua que fluye junto a una roca en un arroyo, pero sin reflejos o sin crear turbulencias. Otra analogía es la de un flujo de automóviles que pasa por una isla de tráfico simétrica : los automóviles se desvían temporalmente, pero luego pueden volver a reunirse en un flujo suave que no contiene información sobre si la isla de tráfico era pequeña o grande, o si flores o una gran isla. Es posible que se hayan colocado carteles publicitarios en él.
Aunque ambas analogías mencionadas anteriormente tienen una dirección implícita (la del flujo de agua o la orientación de la carretera), las capas a menudo se diseñan para que sean isotrópicas , es decir, para que funcionen igualmente bien en todas las orientaciones. Sin embargo, no es necesario que sean tan generales y podrían funcionar sólo en dos dimensiones, como en la demostración electromagnética original, o sólo desde un lado, como en el caso de la llamada capa de alfombra .
Los mantos espaciales tienen otras características: cualquier cosa que contengan puede (en principio) mantenerse invisible para siempre, ya que un objeto dentro del manto puede simplemente permanecer allí. Las señales emitidas por los objetos dentro de la capa que no son absorbidas también pueden quedar atrapadas para siempre por su estructura interna. Si una capa espacial pudiera activarse y desactivarse a voluntad, los objetos de su interior aparecerían y desaparecerían en consecuencia.
El manto de eventos es un medio para manipular la radiación electromagnética en el espacio y el tiempo de tal manera que una determinada colección de sucesos o acontecimientos queden ocultos a los observadores distantes. Conceptualmente, un ladrón de cajas fuertes puede entrar en escena, robar el dinero en efectivo y salir, mientras que una cámara de vigilancia graba la puerta de la caja fuerte cerrada y sin ser molestada en todo momento. El concepto utiliza la ciencia de los metamateriales en los que se puede hacer que la luz se comporte de maneras que no se encuentran en los materiales naturales. [3]
El manto de eventos funciona diseñando un medio en el que diferentes partes de la luz que iluminan una determinada región pueden ralentizarse o acelerarse. Una parte delantera de la luz se acelera para que llegue antes de que ocurran los eventos, mientras que una parte trasera se ralentiza y llega demasiado tarde. Después de su aparición, la luz se reforma desacelerando la parte delantera y acelerando la parte trasera. El observador lejano sólo ve una iluminación continua, mientras que los acontecimientos que ocurrieron durante el período de oscuridad del funcionamiento de la capa pasan desapercibidos. El concepto puede estar relacionado con el tráfico que circula por una autopista: en un determinado punto, algunos coches aceleran, mientras que los que van detrás frenan. El resultado es una brecha temporal en el tráfico que permite el cruce de un peatón. Después de esto, el proceso se puede revertir para que el tráfico reanude su flujo continuo sin espacios. Considerando a los coches como partículas de luz (fotones), el acto del peatón que cruza la calle nunca es sospechado por el observador de la carretera, que ve un flujo ininterrumpido y imperturbado de coches. [3] [4]
Para una ocultación absoluta, los eventos deben ser no radiantes. Si emiten luz durante su aparición (por ejemplo, por fluorescencia), el observador distante recibe esta luz como un único destello. [3]
Las aplicaciones de Event Cloak incluyen la posibilidad de lograr "interrupción sin interrupción" en canales de datos que convergen en un nodo. Se puede suspender temporalmente un cálculo primario para procesar información prioritaria de otro canal. Después se puede reanudar el canal suspendido de forma que parezca que nunca se ha interrumpido. [3]
La idea de la capa de evento fue propuesta por primera vez por un equipo de investigadores del Imperial College de Londres (Reino Unido) en 2010 y publicada en el Journal of Optics. [3] En una preimpresión del arXiv de física de Cornell se ha presentado una demostración experimental del concepto básico utilizando tecnología óptica no lineal . [5] Esto utiliza lentes de tiempo para ralentizar y acelerar la luz y, por lo tanto, mejora la propuesta original de McCall et al. [3] que, en cambio, se basó en el índice de refracción no lineal de las fibras ópticas . El experimento afirma un intervalo de tiempo oculto de aproximadamente 10 picosegundos , pero esa extensión a los regímenes de nanosegundos y microsegundos debería ser posible.
También se ha propuesto un esquema de encubrimiento de eventos que requiere un único medio dispersivo (en lugar de dos medios sucesivos con dispersión opuesta) basado en la aceleración de paquetes de ondas. [6] La idea se basa en modular una parte de una onda de luz monocromática con un chirrido de frecuencia no lineal discontinuo de modo que se creen dos cáusticos aceleradores opuestos en el espacio-tiempo a medida que los diferentes componentes de frecuencia se propagan a diferentes velocidades de grupo en el medio dispersivo. Debido a la estructura del chirrido de frecuencia, la expansión y contracción del intervalo de tiempo ocurren continuamente en el mismo medio, creando así un intervalo de tiempo biconvexo que oculta los eventos encerrados. [6]
En 2006, el mismo año del primer manto metamaterial, se propuso otro tipo de manto. Este tipo de encubrimiento aprovecha la resonancia de las ondas de luz mientras coincide con la resonancia de otro objeto. En particular, una partícula colocada cerca de una superlente parecería desaparecer cuando la luz que rodea la partícula resuena con la misma frecuencia que la superlente. La resonancia cancelaría efectivamente la luz reflejada por la partícula, haciéndola electromagnéticamente invisible. [7]
En 2009, se diseñó un dispositivo de camuflaje pasivo para que fuera un "dispositivo de invisibilidad externa" que deja el objeto oculto al aire libre para que pueda "ver" su entorno. Esto se basa en la premisa de que la investigación del encubrimiento no ha proporcionado una solución adecuada a un problema inherente; Debido a que ninguna radiación electromagnética puede entrar o salir del espacio oculto, esto deja al objeto oculto de la capa sin capacidad para detectar visualmente, o de otro modo, cualquier cosa fuera del espacio oculto. [8] [9]
Un dispositivo de ocultación de este tipo también es capaz de "ocultar" sólo partes de un objeto, como abrir una mirilla virtual en una pared para ver el otro lado. [10]
La analogía del tráfico utilizada anteriormente para el manto espacial puede adaptarse (aunque de manera imperfecta) para describir este proceso. Imaginemos que un coche se ha averiado en las inmediaciones de la rotonda, y está alterando el flujo del tráfico, provocando que los coches tomen rutas diferentes o creando un atasco . Este manto exterior corresponde a una rotonda cuidadosamente deformada que logra anular o contrarrestar el efecto del coche averiado, de modo que cuando el flujo de tráfico se aleja, tampoco queda evidencia en ella ni de la rotonda ni del coche averiado.
La cubierta plasmónica , mencionada junto con las cubiertas de metamateriales (ver metamateriales plasmónicos ), utiliza teóricamente efectos de resonancia plasmónica para reducir la sección transversal de dispersión total de objetos esféricos y cilíndricos. Se trata de cubiertas de metamateriales sin pérdidas cerca de su resonancia de plasma que posiblemente podrían inducir una caída dramática en la sección transversal de dispersión, haciendo que estos objetos sean casi "invisibles" o "transparentes" para un observador externo. Se pueden utilizar cubiertas pasivas de bajas pérdidas, incluso sin pérdidas, que no requieren una alta disipación, pero que dependen de un mecanismo completamente diferente. [11]
Para este efecto se requieren materiales con parámetros constitutivos negativos o de bajo valor. Ciertos metales cercanos a su frecuencia de plasma o metamateriales con parámetros negativos podrían satisfacer esta necesidad. Por ejemplo, varios metales nobles cumplen este requisito debido a su permitividad eléctrica en las longitudes de onda infrarroja o visible con una pérdida relativamente baja. [11]
Actualmente sólo los objetos microscópicamente pequeños pueden parecer transparentes. [11]
Estos materiales se describen además como metamateriales homogéneos e isotrópicos que cubren una frecuencia cercana al plasma y reducen drásticamente los campos dispersos por un objeto determinado. Además, estos no requieren ningún proceso de absorción, anisotropía o falta de homogeneidad, ni cancelación de interferencias. [11]
La "teoría clásica" del metamaterial abarca los trabajos con luz de una sola frecuencia específica. Una nueva investigación, de Kort-Kamp et al , [12] que ganó el premio “Escuela de Óptica No Lineal y Nanofotónica” de 2013, muestra que es posible sintonizar el metamaterial a diferentes frecuencias de luz.
Como implica la nomenclatura, este es un tipo de transmisión de luz. La transmisión de luz ( radiación EM ) a través de un objeto como una película metálica se produce con la ayuda de túneles entre inclusiones resonantes. Este efecto se puede crear incorporando una configuración periódica de dieléctricos en un metal, por ejemplo. Al crear y observar picos de transmisión, las interacciones entre los dieléctricos y los efectos de interferencia provocan la mezcla y división de resonancias. Con una permitividad efectiva cercana a la unidad, los resultados se pueden utilizar para proponer un método para volver invisibles los materiales resultantes. [2]
Existen otras propuestas para el uso de la tecnología de camuflaje.
En 2007 se revisa el encubrimiento con metamateriales y se presentan deficiencias. Al mismo tiempo, se presentan soluciones teóricas que podrían mejorar la capacidad de ocultar objetos. [13] [14] [15] [16] Posteriormente, en 2007, se analiza en tres dimensiones una mejora matemática en el blindaje cilíndrico para producir un "agujero de gusano" electromagnético. [17] Los agujeros de gusano electromagnéticos, como dispositivo óptico (no gravitacional) que se derivan de teorías de encubrimiento, tienen aplicaciones potenciales para avanzar en algunas tecnologías actuales. [18] [19] [20]
Se podrían realizar otros avances con una superlente acústica . Además, los metamateriales acústicos han logrado una refracción negativa de las ondas sonoras. Los posibles avances podrían ser exploraciones ultrasónicas mejoradas, exploraciones médicas sónicas más nítidas, mapas sísmicos con más detalle y edificios que ya no sean susceptibles a los terremotos. Las imágenes subterráneas se pueden mejorar con detalles más finos. Las superlentes acústicas, el encubrimiento acústico y los metamateriales acústicos se traducen en aplicaciones novedosas para enfocar o dirigir ondas sónicas. [21]
La tecnología de camuflaje acústico podría usarse para impedir que un observador que utilice un sonar detecte la presencia de un objeto que normalmente sería detectable porque refleja o dispersa ondas sonoras. Idealmente, la tecnología abarcaría un amplio espectro de vibraciones en diversas escalas. La gama puede abarcar desde componentes electrónicos o mecánicos en miniatura hasta grandes terremotos. Aunque la mayor parte de los avances se han logrado en soluciones matemáticas y teóricas, recientemente se ha demostrado un dispositivo de metamaterial de laboratorio para evadir el sonar. Se puede aplicar a longitudes de onda de sonido de 40 a 80 kHz. [21] [22] [23]
Las olas también se aplican a los cuerpos de agua. Se ha desarrollado una teoría para una capa que podría "ocultar" o proteger plataformas artificiales, barcos y costas naturales de las destructivas olas del océano, incluidos los tsunamis. [22] [24] [25]