研究者たちは、物体をあらゆる方向から赤外線カメラに対して見えなくする初の三次元全方位熱エネルギー「マント」を開発しました。従来の二次元または単一の角度でのみ有効な設計と比較して、この新しい装置は熱を物体の周りに誘導し、単に熱を遮るだけでなく、物体を「何も存在しないように見せる」ことができます。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の土木および環境工学の教授Shelly Zhangは、「真の熱エネルギーのマントは、あらゆる熱源の下で機能するべきです。我々の装置は、無限の方向で複雑な三次元物体を隠すことができ、内部の温度を安定させ、保護します。」と述べています。
熱エネルギーのシグネチャーの終焉？通常、兵士やドローン、過熱したマイクロチップなどの物体は明らかな熱エネルギーのシグネチャーを発し、暗闇の中で容易に検出されます。しかし、この革新的な材料は、熱の放射と検出の方法を変えることによって、赤外線スクリーン上の熱エネルギーのシグネチャーを完全に排除します。材料科学者を長年悩ませてきた問題を解決するために、研究チームは熱伝達の基礎的な数学に立ち返りました。市販の標準材料では要件を満たすことができなかったため、マントのために全く新しい構造を設計する必要がありました。最終的な結果は、高度なハニカムに似た複雑な三次元印刷の格子フレームです。
この混合装置は、高い熱伝導率を持つ三次元印刷のアルミニウム格子を備え、低熱伝導性のゴム状材料で充填されています。
新型熱エネルギーのマントが複雑な物体を隠すことができる
格子の三次元調整により、局所的な熱伝導率の正確な調整が可能になりました。熱がマントに接触すると、熱は内部の物体に浸透することなく、滑らかな石を水が流れるように外殻を回り、反対側で滑らかに再結合します。観察している赤外線カメラにとって、熱の景観は完全に干渉を受けず、物体は見えなくなります。古い技術は環境の変化や観察角度の変更で機能しなくなりますが、この革新は複雑な表面や動的環境の中でその隠蔽効果を維持します。
多様な用途この材料は、極端な温度勾配の中に置かれ、赤外線カメラを使用して熱の流れを追跡しました。外部の観察者にとって、温度場は完全に正常に見え、隠された物体は存在しないかのようです。一方、マントの内部は安全な均一温度に保たれ、外部の過酷な環境から保護されています。研究者たちは、頭部の詳細な三次元モデルを含む高度に不規則な幾何形状を隠すことにも成功しました。将来的な用途は多岐にわたります。このマントは、消費者電子機器において、ますます小型化するマイクロチップ内での熱管理の方法を変える可能性があり、破壊的なホットスポットを脆弱な電子部品から完璧に遠ざけることができます。
防衛の観点から、その軍事的価値は明らかです。戦車、ドローン、そして人員は敵対地域内で完全に隠蔽され、熱追尾センサーや空中熱監視からの検出を免れることができます。Zhangは、「熱を正確に制御する必要がある分野や、何かを熱検出から保護する必要がある分野は、この研究の恩恵を受けることができます。しかし、我々はより広範に見ており、これは熱によって運ばれる情報を隠し、保護することに関わっています。」と述べています。次に、研究チームの目標は「スマート」マントを作成することです。彼らは、内部で生成された熱を感知し、必要に応じてそのエネルギーを動的に放出する材料を構築することを望んでいます。
この研究は、デンマーク工科大学（DTU）との国際的な共同作業であり、研究結果は『Nature Communications』誌に掲載されています。