Inżynieryjny trik zamiast magicznego materiału
Podstawowym wyzwaniem w termicznej manipulacji jest matematyka. Aby mały obiekt zachowywał się jak duży, teoretycznie potrzebny jest materiał o ujemnej przewodności cieplnej. Problem w tym, że taki materiał w przyrodzie nie istnieje – to czysta abstrakcja. Zamiast szukać niemożliwego, naukowcy postawili na sprytne, aktywne rozwiązanie. Zaprojektowali tak zwaną aktywną metapowierzchnię termiczną, czyli specjalnie ukształtowaną granicę wyposażoną w siatkę miniaturowych modułów. Elementy te działają jak rozproszone, mikroskopijne pompy ciepła – jedne wstrzykują energię termiczną, inne ją odbierają, wszystko przy użyciu prądu elektrycznego. System nie łamię praw termodynamiki, lecz je sprytnie wykorzystuje. Zużywając energię, aktywnie wymusza przepływ ciepła wokół ukrytego obiektu w precyzyjnie zaplanowany sposób. W efekcie dla zewnętrznego obserwatora wyposażonego w kamerę termowizyjną, pole temperaturowe wygląda tak, jakby zakłócał je obiekt o zupełnie innych rozmiarach.
Czytaj też: Chińska ceramika, której nie da się zniszczyć. Nowy materiał wytrzyma nawet największe skrajności
Konkretny test przeprowadzono w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Jako tło wykorzystano miedzianą płytę, której końce utrzymywano w stałych temperaturach 47°C i 14°C, tworząc równomierny gradient. W centrum umieszczono mały, izolowany dysk o promieniu zaledwie 10 mm. Kluczowy pierścień z dziesięcioma modułami termoelektrycznymi zamontowano wokół niego. Wyniki były bardziej niż satysfakcjonujące.
Walidacja eksperymentalna pokazuje, że wykonany superrozpraszacz wzmacnia sygnaturę rozpraszania termicznego małego izolowanego obszaru kołowego dziewięciokrotnie, skutecznie naśladując sygnaturę rozpraszania obszaru o dziewięciokrotnie większym promieniu – opisują autorzy badania
Dla kamery termowizyjnej malutki dysk prezentował się więc tak, jakby miał promień 90 mm. Zjawisko, które wcześniej istniało głównie w teoriach i symulacjach – nazywane termicznym superrozpraszaniem – udało się po raz pierwszy zademonstrować w praktyce.
Gdzie przyda się termiczne superrozpraszanie?
Oczywiste skojarzenia prowadzą do zastosowań militarnych. Możliwość zmiany sygnatury termicznej obiektu otwiera drogę do zaawansowanego kamuflażu lub tworzenia atrakcyjnych, fałszywych celów dla systemów naprowadzanych w podczerwieni. W teorii, niewielki bezzałogowiec mógłby imitować duży statek powietrzny, a większy pojazd – skuteczniej się maskować. Perspektywy cywilne są jednak równie ciekawe, choć prawdopodobnie odleglejsze w czasie. Technologia mogłaby znaleźć zastosowanie w efektywniejszym zarządzaniu energią, na przykład w systemach jej odzysku.
Czytaj też: Te okna prawie nie tracą ciepła. MOCHI wywróci rynek termomodernizacji do góry nogami
Prawdziwym świętym Graalem dla branży technologicznej jest jednak potencjał w zarządzaniu ciepłem w mikroelektronice. Gdyby udało się precyzyjnie kierować przepływem energii termicznej w ściśle upakowanych układach, jak te w smartfonach czy laptopach, można by rozwiązać jeden z ich głównych problemów – przegrzewanie. Prace nad technologią są oczywiście w bardzo wczesnej fazie. Naukowcy skupiają się teraz na poprawie jej efektywności, testowaniu bardziej złożonych kształtów i badaniu szerszego spektrum scenariuszy. Sam pomysł zastąpienia fantastycznych „meta-materiałów” aktywnymi, sterowanymi elektronicznie systemami jest jednak wyjątkowo intrygujący.