Kan du känna värmen? Till en värmekamera, som mäter infraröd strålning, värmen som vi kan känna är synlig, som värmen från en resenär på en flygplats med feber eller kylan från ett läckande fönster eller dörr på vintern.
I en tidning publicerad i Proceedings of the Royal Society A:Matematisk, Fysik och ingenjörsvetenskap , en internationell grupp tillämpade matematiker och fysiker, inklusive Fernando Guevara Vasquez och Trent DeGiovanni från University of Utah, rapportera ett teoretiskt sätt att efterlikna termiska objekt eller göra objekt osynliga för termiska mätningar. Och det kräver inte en romulansk mantel eller Harry Potters osynlighetsmantel.
Metoden möjliggör finjustering av värmeöverföring även i situationer där temperaturen ändras med tiden, säger forskarna. En tillämpning kan vara att isolera en del som genererar värme i en krets (säg, en strömkälla) för att förhindra att den stör värmekänsliga delar (säg, en värmekamera). En annan tillämpning kan vara i industriella processer som kräver noggrann temperaturkontroll i både tid och rum, till exempel styra kylningen av ett material så att det kristalliserar på ett speciellt sätt.
Skydds- eller osynlighetsanordningar har länge varit inslag i fiktiva berättelser, men på senare år har vetenskapsmän och ingenjörer utforskat hur man förverkligar science fiction. Ett tillvägagångssätt, använda metamaterial, böjer ljus på ett sådant sätt att ett föremål blir osynligt.
Precis som våra ögon ser föremål om de avger eller reflekterar ljus, en värmekamera kan se ett föremål om det sänder ut eller reflekterar infraröd strålning. I matematiska termer, ett föremål kan bli osynligt för en värmekamera om värmekällor placerade runt det kunde efterlikna värmeöverföring som om föremålet inte fanns där.
Nyheten i teamets tillvägagångssätt är att de använder värmepumpar snarare än specialtillverkade material för att dölja föremålen. Ett enkelt hushållsexempel på en värmepump är ett kylskåp:för att kyla matvaror pumpar det värme från insidan till utsidan. Att använda värmepumpar är mycket mer flexibelt än att använda noggrant tillverkade material, säger Guevara. Till exempel, forskarna kan få ett objekt eller en källa att framstå som ett helt annat objekt eller källa. "Så åtminstone ur termiska mätningsperspektiv, " Guevara säger, "de kan få ett äpple att se ut som en apelsin."
Forskarna utförde det matematiska arbete som behövdes för att visa att, med en ring av värmepumpar runt ett föremål, det är möjligt att termiskt dölja ett objekt eller efterlikna värmesignaturen för ett annat objekt.
Arbetet förblir teoretiskt, Guevara säger, och simuleringarna förutsätter en "sonderande" punktvärmekälla som skulle reflektera eller böja sig runt objektet - den termiska motsvarigheten till en ficklampa i ett mörkt rum.
Temperaturen på den sonderingskällan måste vara känd i förväg, en nackdel med arbetet. Men tillvägagångssättet är inom räckhåll för nuvarande teknik genom att använda små värmepumpar som kallas Peltier-element som transporterar värme genom att leda en elektrisk ström över en metall-metall-övergång. Peltier-element används redan i stor utsträckning i konsument- och industritillämpningar.
Forskarna föreställer sig att deras arbete kan användas för att noggrant kontrollera temperaturen på ett objekt i rum och tid, som har tillämpningar för att skydda elektroniska kretsar. Resultaten, forskarna säger, kan också tillämpas på korrekt läkemedelstillförsel, eftersom matematiken för värmeöverföring och diffusion liknar den för överföring och diffusion av mediciner. Och, de lägger till, matematiken om hur ljus beter sig i diffusa medier som dimma kan också leda till tillämpningar i visuell cloaking.
Förutom Guevara och DeGiovanni, Maxence Cassier, CNRS-forskare vid Fresnel-institutet i Marseille, Frankrike och Sébastien Guenneau, CNRS-forskare, UMI 2004 Abraham de Moivre-CNRS, Imperial College London, London, Storbritannien var medförfattare till studien.
