メタマテリアル

Dec 03 2007
メタマテリアルは、他の物質とは異なる動作をする人工的なタイプの物質から作られています。メタマテリアルがどのように開発され、使用されているかをご覧ください。
DARPAの野心的なプロジェクトは、兵士とその影を見えなくするための鎧を作成することです。

研究者たちは現在、メタマテリアルと呼ばれる人工的なタイプの物質に関連する可能性を模索しています。

天然に存在する物質は、それを構成する分子に基づいて動作を示します。完成品を構成する原子材料によって、製品がどのような特性を持つかが決まります。たとえば、木と光の関係を考えてみましょう。木材は、すべての自然物と同様に、光を反射および屈折させます。しかし、それが反射および屈折する光の量は、光の電磁波が木材を構成する粒子(電子など)とどのように相互作用するかによって異なります。

メタマテリアルでは、パーツ自体ではなく、パーツの合計がマテリアルの動作を決定します。研究者は、特定のパターンや形状に配置された金や銅などの特定の材料を使用することで、それらの材料の特性を組み合わせることができることを発見しました。言い換えれば、自然物質とは異なり、メタマテリアルの動作は、それを構成する材料の特性と、材料の組み合わせ方に依存します。

では、メタマテリアルはどのようにして何かを見えなくするのでしょうか?それを単純化するために、デューク大学のデビッドR.スミスはこれを提案します:糸で織られた生地を想像してください。このファブリックでは、光はスレッド上を流れることのみが許可されています(つまり、スレッド間の隅や隙間に光が移動することはできません)。生地にピンで穴を開けると、光は穴の周りを回り、元の移動経路に戻ります。これは、光が糸の上を移動することしかできないためです。ですから、光の波には穴は存在しません。穴にオブジェクトを入れると、光の波もオブジェクトの周りを回り、オブジェクトを効果的に見えなくします[出典:TechnologyReview ]。

これは、メタマテリアルが理論的に実行できることです。メタマテリアルは、光を反射または屈折させるのではなく、オブジェクトの周りに光を導きます。したがって、光の波(およびそれらを知覚する人間の目)にとって、オブジェクトはそこにさえ存在しない可能性があります。光の波がオブジェクトの周りのメタマテリアルによって導かれ、元のコースに戻ることができれば、オブジェクトも影を落とすことはありません。これは、メタマテリアルを使用してクローキングデバイスを作成するもう1つの目標です。

スミスは、メタマテリアルを使用してマイクロ波(レーダーで使用される電磁波)を操作する数人の研究者の1人です。あらゆる種類の電磁波長を効果的に操作するには、使用するメタマテリアルを波長よりも小さくする必要があります。マイクロ波の波長はセンチメートル単位で測定されるため、科学者は、マイクロ波を操作するのに十分小さいメタマテリアルを作成し、物体の周りで波を動かす技術を持っています。ステルス爆撃機メタマテリアルの右の層で被覆さは、例えば、レーダーには見えないかもしれません。シールドは見えますが、レーダーは飛行機を検出できません。

航空機全体を肉眼で見えなくすることは、より大きな課題です。一つには、現在、光波を操作するために必要な小規模な材料を製造する技術がありません。光の波長はナノメートル(10億分の1メートル)で測定され、光を遮断するために必要なメタマテリアルはそれよりもさらに小さくなければなりません。別の課題は、異なる波長に異なる色が存在するため、可視スペクトル全体の光を操作するためにメタマテリアルクローキングデバイスを配置する必要があることです。そして最後に、クローキングデバイスは、通常は彼または彼女に到達する光がクローキングデバイスの周りに向けられるため、内部の人を暗闇に沈めます。

メタマテリアルの研究と資金提供が現在のペースで続けば、これらの課題はすぐに克服される可能性があります。しかし、テクノロジーが実用化される前に解決しなければならない他の課題があります。DARPAプロジェクトの1つの要求は、それが非対称であることです。これは、内側の着用者は外を見ることができるはずですが、スーツの外側の誰にも見えないことを意味します。これらの問題が解決されると、将来の軍隊を見つけるのは非常に難しいかもしれません。

光、不可視性、および関連トピックの詳細については、次のページにアクセスしてください。

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その他のすばらしいリンク

  • DARPA
  • デビッドR.スミス博士のホームページ
  • ジョン・ペンドリー卿のホームページ

ソース

  • ボール、フィリップ。「TR10:目に見えない革命。」テクノロジーレビュー。2007年3月12日。http://www.technologyreview.com/Nanotech/18292/
  • カウチ、スティーブン。「究極の捕食者、目に見えない軍隊を見よ。」年代。2007年11月11日。http://www.theage.com.au/news/national/behold-the-ultimate-predator--the-invisible-army/2007/11/10/1194329568834.html
  • メラリ、ジーヤ。「魔法のじゅうたんを浮揚させる3つの方法。」ニューサイエンティスト。2007年8月6日。http://www.newscientist.com/channel/fundamentals/dn12429-three-ways-to-levitate-a-magic-carpet.html
  • シャクトマン、ノア。「シュートスルー、目に見えない自己回復シールド:Darpaの目標。」有線。2007年6月19日。http://blog.wired.com/defense/2007/06/shootthrough_in.html
  • スミス博士、デビッドR.「電磁メタマテリアル」。デューク大学。2006年6月10日。http://www.ee.duke.edu/~drsmith/about_metamaterials.html
  • 「陸軍は「見えない」ジェームズ・ボンドスタイルの戦車をテストします。」デイリーメール。2007年10月30日。http://www.dailymail.co.uk/pages/live/articles/news/worldnews.html?in_article_id = 490669&in_page_id = 1811
  • 「英国の防衛研究者は目に見えない戦車を作ります。」フォックス・ニュース。207年11月1日。http://www.foxnews.com/story/0,2933,306678,00.html
  • 「RT&E予算項目の正当化シート。」米国国防技術情報センター。2006年2月。http://www.dtic.mil/descriptivesum/Y2007/DARPA/0603764E.pdf
  • 「RT&E予算項目の正当化シート。」米国国防技術情報センター。2007年2月。http://www.dtic.mil/descriptivesum/Y2008/DARPA/0603764E.pdf

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