Các nhà khoa học và kỹ sư trên thế giới đang có những bước tiến đáng kể trong lĩnh vực công nghệ vật liệu tàng hình, mở ra một tương lai mà các vật thể có thể trở nên gần như vô hình với mắt người và các hệ thống cảm biến khác. Dựa trên các nghiên cứu và phát triển mới nhất, tiềm năng ứng dụng của công nghệ này là vô cùng rộng, trải dài từ quân sự, an ninh đến y học và sản xuất năng lượng tái tạo.
Nhiều hướng nghiên cứu đang được triển khai để đạt được khả năng tàng hình của vật liệu:
Metamaterials (Siêu vật liệu): Đây là những vật liệu nhân tạo được thiết kế với cấu trúc nano để kiểm soát luồng ánh sáng, có khả năng bẻ cong ánh sáng theo những cách khác thường, khiến vật thể “biến mất” hoặc trông khác đi. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo metamaterials có thể bẻ cong ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại gần. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã sử dụng ánh sáng laser không hội tụ để “khâu” các chuỗi hạt nano vàng lại với nhau trong nước, mở ra phương pháp sản xuất metamaterials hiệu quả hơn. Các ứng dụng tiềm năng của metamaterials bao gồm ngụy trang quân sự, cảm biến (dược phẩm, chất nổ), và cải thiện độ phân giải của kính hiển vi.
Quantum Stealth: Công ty Hyperstealth Biotechnology (Canada) đã được cấp bằng sáng chế cho vật liệu bẻ cong ánh sáng (light-bending material) có tên là Quantum Stealth, vật liệu này được chế tạo để làm cho người và các vật thể lớn như xe tăng và máy bay trở nên gần như vô hình khi đặt sau nó. Quantum Stealth sử dụng một hệ thống thấu kính lenticular để tán xạ ánh sáng, tạo ra các “điểm mù”; làm mất công dụng của các cảm biến hồng ngoại và tia cực tím. Hiện công nghệ chế tạo vật liệu Quantum Stealth vẫn còn ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng đây là vật liệu được kỳ vọng và có tiềm năng ứng dụng vào các thiết bị dùng cho quân đội.
“Beam of Invisibility” (Chùm tia tàng hình): Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Vienna đã phát triển một kỹ thuật mới sử dụng một chùm tia chiếu từ trên xuống để thay đổi tính chất của vật liệu, khiến nó trở nên trong suốt đối với các bước sóng ánh sáng khác đến từ bên cạnh. Kỹ thuật này dựa trên việc chiếu một mẫu chính xác lên vật liệu để triệt tiêu sự tán xạ ánh sáng bên trong nó. Mặc dù hiện tại vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu cơ bản, phương pháp này có tiềm năng ứng dụng trong mạng lưới viễn thông và nghiên cứu các vật thể nhỏ.
Metalenses (Thấu kính kim loại): Đây là những thấu kính mỏng sử dụng cấu trúc nano để định hình mặt sóng ánh sáng một cách độc lập với bước sóng. Một đột phá vào năm 2018 đã tạo ra metalenses có khả năng hoạt động trên toàn bộ quang phổ ánh sáng nhìn thấy bằng cách sử dụng các nanofin titan. Sự kết hợp giữa metalenses và metamaterials được xem là chìa khóa để tạo ra các thiết bị tàng hình thực thụ hoạt động trên nhiều bước sóng ánh sáng. Ứng dụng trước mắt của metalenses bao gồm máy ảnh, thiết bị VR, và kính hiển vi.
Transformation Optics: Công nghệ này cho phép ánh xạ trường điện từ lên một lưới không gian có thể điều chỉnh; khi lưới bị biến dạng, trường điện từ cũng bị tác động theo. Với cấu hình/thông số kỹ thuật phù hợp sẽ làm cho một vật thể bên trong lưới có thể được ẩn hoàn toàn. Công nghệ này đã được sử dụng để phát triển các áo choàng 2D và đang hướng tới áo choàng 3D.
Kỹ thuật mô hình hóa Ma trận đường truyền (TLM): Các nhà khoa học tại Đại học Granada (Tây Ban Nha) đã phát triển một phương pháp số trị để mô hình hóa metamaterials và ẩn các vật thể ở một tần số nhất định trong một bộ mô phỏng điện từ. Nghiên cứu này là chìa khóa để đạt được khả năng tàng hình đối với radar và thậm chí cả mắt người.
Sử dụng sóng ánh sáng đặc biệt qua môi trường rối loạn: Các nhà nghiên cứu tại Áo và Hà Lan đã tìm ra một loại sóng ánh sáng đặc biệt có thể truyền qua một vật thể mờ đục (như bột oxit kẽm) và chiếu hình ảnh của vật thể ở phía sau lên một máy dò, khiến vật thể ban đầu dường như biến mất. Hiện tại công nghệ này đang còn nhiều thách thức, nhưng nó có nhiềm tiềm năng ứng dụng trong kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh y tế và nghiên cứu sinh học.
Công nghệ vật liệu tàng hình hứa hẹn sẽ mang lại những ứng dụng mang tính cách mạng trong nhiều lĩnh vực:
• Quân sự và Quốc phòng: Ngụy trang binh lính, phương tiện, và trang thiết bị khỏi sự phát hiện của đối phương, tránh radar và các cảm biến khác.
• An ninh và Giám sát: Ngụy trang hệ thống giám sát, tạo ra lá chắn chống bạo động.
• Sản xuất năng lượng tái tạo: Tăng hiệu suất của tấm pin mặt trời.
• Y học và Nghiên cứu sinh học: Chẩn đoán hình ảnh, nghiên cứu tế bào và các vật thể nhỏ.
• Công nghệ tiêu dùng: Quần áo tàng hình (trong tương lai), đồ dùng ngoài trời.
• Viễn thông: Cải tiến mạng lưới viễn thông.
• Quang học và hình ảnh: Cải thiện độ phân giải kính hiển vi, phát triển thấu kính mỏng và hiệu quả hơn.
• Âm học và địa chấn: Tạo phòng cách âm hoàn toàn, chuyển hướng sóng địa chấn.
Mặc dù đạt được nhiều tiến bộ, vẫn còn những thách thức đáng kể cần vượt qua
• Kiểm soát ánh sáng trên toàn bộ quang phổ nhìn thấy: Nhiều công nghệ hiện tại chỉ hiệu quả ở một số bước sóng nhất định.
• Kích thước, tính thực tế và khả năng sản xuất hàng loạt: Nhiều vật liệu và thiết bị vẫn còn nhỏ, cồng kềnh hoặc khó chế tạo trên quy mô lớn.
• Góc nhìn và khoảng cách: Hiệu quả tàng hình có thể thay đổi tùy thuộc vào vị trí quan sát.
• Độ bền và tính linh hoạt của vật liệu: Một số vật liệu tàng hình hiện tại có thể mỏng manh.
Triển vọng tương lai
Bất chấp những thách thức, sự kết hợp giữa các hướng nghiên cứu khác nhau, đặc biệt là sự hợp nhất giữa metamaterials và metalenses, đang mở ra những hy vọng lớn cho việc hiện thực hóa áo choàng tàng hình thực thụ có khả năng hoạt động trên toàn bộ quang phổ ánh sáng nhìn thấy. Các nhà khoa học tin rằng, với những tiến bộ hiện tại, công nghệ tàng hình có thể trở thành hiện thực trong tương lai không xa.
Nguồn: SATI – Tổng hợp
Tài liệu tham khảo
1. “Invisible” materials could be made with light – https://www.cbsnews.com/news/new-invisible-materials-made-with-light/
2. ‘Beam of Invisibility’ Could Hide Objects Using Light – https://www.livescience.com/60649-beam-of-invisibility-cloaks-objects-with-light.html
3. Invisibility Cloak One Step Closer: New Metamaterials Bend Light Backwards – https://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080811092450.htm
4. Invisibility cloaks are not just possible, but are becoming reality – https://bigthink.com/starts-with-a-bang/invisibility-cloak-183582/
5. New Technique Allows Certain Objects To Be Invisible To Human Eye – https://www.sciencedaily.com/releases/2008/09/080912091730.htm
6. Scientists may have found the secret to invisibility – https://www.freethink.com/science/invisibility
