Ученые из Калифорнийского университета в Беркли, вдохновленные способностью хамелеонов менять цвет кожи, разработали уникальный метаматериал, который умеет динамически переключаться между поглощением, передачей и отражением микроволн. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances в 2025 году, открывает двери для множества революционных применений в самых разных областях.
Ключевым моментом в разработке нового материала стало понимание того, как хамелеоны управляют своей окраской. Их кожа содержит фотонные кристаллы, расстояние между которыми может меняться, изменяя тем самым отражение света. Команда под руководством профессора Грейс Гу и постдокторанта Даниэля Лима разработала метаматериал, который имитирует этот процесс, но уже для микроволн.
Метаматериал представляет собой решетчатую структуру, которая может механически сжиматься и расширяться. В сжатом состоянии он поглощает более 90% микроволн в диапазоне от 4 до 18 ГГц, становясь практически невидимым для радаров. Это открывает огромные перспективы в области военной техники, позволяя создавать самолеты и транспортные средства, которые «исчезают» с экранов радаров.
Однако, в отличие от существующих материалов, которые имеют «фиксированную» реакцию на электромагнитные волны, новый метаматериал умеет адаптироваться к динамически изменяющимся условиям. В расширенном состоянии, он способен пропускать до 24.2% сигналов, что делает возможным использование беспроводных коммуникаций даже при наличии «невидимости» от радаров.
Для создания такого адаптивного материала, команда применяла 3D-печать и алгоритмы машинного обучения. Последние, в частности, были использованы для оптимизации структуры материала, чтобы точно контролировать его электромагнитные свойства. Это позволило добиться того, что материал может переключаться между различными режимами работы.
В своей работе профессор Гу отметила, что «ключевым открытием стала возможность достижения как широкополосного поглощения, так и высокой передачи в одной структуре». Это свойство, по ее словам, делает материал весьма гибким, а следовательно, перспективным для широкого круга приложений – от технологий «невидимки» до современных систем связи и сбора энергии.
Кроме оборонной сферы, материал может быть использован и в гражданских целях. Смарт-окна, которые могут «затемняться» для приватности и регулировать прохождение сигналов. Также этот материал может быть полезен для повышения эффективности сбора электромагнитной энергии и улучшения беспроводных коммуникаций.
Доктор Лим подчеркивает, что данный материал предоставляет уникальную возможность: «В оборонном применении, этот настраиваемый метаматериал можно использовать для создания транспортных средств или самолетов, которые становятся 'невидимыми' для радаров, когда это необходимо. При этом, он может пропускать сигналы связи, когда это требуется, обеспечивая одновременно как стелс, так и связь в единой системе».
Настраиваемая природа этого материала позволяет адаптировать его к изменяющимся потребностям, что делает его универсальным решением для управления электромагнитными волнами. Уникальное сочетание гибкости, программируемости и широкого спектра применения делает этот метаматериал важным шагом в развитии технологий будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
Ключевым моментом в разработке нового материала стало понимание того, как хамелеоны управляют своей окраской. Их кожа содержит фотонные кристаллы, расстояние между которыми может меняться, изменяя тем самым отражение света. Команда под руководством профессора Грейс Гу и постдокторанта Даниэля Лима разработала метаматериал, который имитирует этот процесс, но уже для микроволн.
Метаматериал представляет собой решетчатую структуру, которая может механически сжиматься и расширяться. В сжатом состоянии он поглощает более 90% микроволн в диапазоне от 4 до 18 ГГц, становясь практически невидимым для радаров. Это открывает огромные перспективы в области военной техники, позволяя создавать самолеты и транспортные средства, которые «исчезают» с экранов радаров.
Однако, в отличие от существующих материалов, которые имеют «фиксированную» реакцию на электромагнитные волны, новый метаматериал умеет адаптироваться к динамически изменяющимся условиям. В расширенном состоянии, он способен пропускать до 24.2% сигналов, что делает возможным использование беспроводных коммуникаций даже при наличии «невидимости» от радаров.
Для создания такого адаптивного материала, команда применяла 3D-печать и алгоритмы машинного обучения. Последние, в частности, были использованы для оптимизации структуры материала, чтобы точно контролировать его электромагнитные свойства. Это позволило добиться того, что материал может переключаться между различными режимами работы.
В своей работе профессор Гу отметила, что «ключевым открытием стала возможность достижения как широкополосного поглощения, так и высокой передачи в одной структуре». Это свойство, по ее словам, делает материал весьма гибким, а следовательно, перспективным для широкого круга приложений – от технологий «невидимки» до современных систем связи и сбора энергии.
Кроме оборонной сферы, материал может быть использован и в гражданских целях. Смарт-окна, которые могут «затемняться» для приватности и регулировать прохождение сигналов. Также этот материал может быть полезен для повышения эффективности сбора электромагнитной энергии и улучшения беспроводных коммуникаций.
Доктор Лим подчеркивает, что данный материал предоставляет уникальную возможность: «В оборонном применении, этот настраиваемый метаматериал можно использовать для создания транспортных средств или самолетов, которые становятся 'невидимыми' для радаров, когда это необходимо. При этом, он может пропускать сигналы связи, когда это требуется, обеспечивая одновременно как стелс, так и связь в единой системе».
Настраиваемая природа этого материала позволяет адаптировать его к изменяющимся потребностям, что делает его универсальным решением для управления электромагнитными волнами. Уникальное сочетание гибкости, программируемости и широкого спектра применения делает этот метаматериал важным шагом в развитии технологий будущего.
