Мантия невидимка в реальности

Любой, у кого есть доступ к зеленому экрану, может легко сделать себе плащ-невидимку, и этим активно пользуются при производстве фильмов. Поэтому отношение к устройствам, которые делают вас невидимыми в реальной жизни, обычно скептическое. Однако теперь у фанатов Гарри Поттера есть отличный повод для радости — создан настоящий работающий «плащ-невидимка». Хотя, как это обычно бывает, на деле все не так радужно.

Называется этот амбициозный проект Quantum Stealth, и занимается им канадская компания Hyperstealth Biotechnology Corp., основной род деятельности которой — военный камуфляж. Ее генеральный директор, Гай Крамер, целое десятилетие смутно намекал про свои достижения в области невидимости, однако не предоставлял публике ничего, кроме компьютерных рендеров. Все уже начинали считать его обычным шарлатаном, однако недавно он опубликовал видео, показывающее реально рабочий прототип «плаща-невидимки».

Да, как видите, заходя за специальное пластиковое покрывало, Крамер становится почти полностью невидимым — остается лишь смутная тень. В телефонном интервью изобретатель сказал, что люди после просмотра этого были либо впечатлены, либо предполагают, что он притворяется. Он воспринимает скептицизм как комплимент. «Если это работает настолько хорошо, что вы думаете, что я притворяюсь, то я выполнил свою задачу», — говорит Крамер.

Вообще говоря, в «плаще-невидимке» Quantum Stealth нет ничего квантового. Обычно этот термин относится к микроскопическим структурам на уровне атомного ядра, где перестают корректно работать законы привычной нам классической физики. Так вот — здесь работает именно последняя. «Это классика с точки зрения Галилея», — отмечает Дункан Стил, физик из Мичиганского университета.

Какой же ключ к этой невидимости? Обыкновенные линзы. Ну ладно, не совсем обыкновенные — их научное название «лентикулярный растр».

Если вы или ваши дети учились в школе в конце 90-ых или начале нулевых, вы скорее всего знакомы с ними. Помните такие шершавые голографические наклейки, которые давали разные картинки под разными углами? Вот это они и есть. На самом деле, на этих наклейках не одно изображение, а несколько, разделенных на тонкие полоски, перемежающиеся друг с другом. А сам лентикулярный растр представляет собой массив плоско-выпуклых собирающих цилиндрических линз, который позволяет под углом увидеть только те полоски, которые относятся к одному определенному изображению. В итоге, поворачивая такую наклейку или постер, вы можете увидеть сразу несколько изображений, которые обычно складываются в какое-либо движение для наглядности.

Крамер понял, что прозрачный лентикулярный растр может искривлять весь спектр видимого света (он также может искривлять ближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазоны). Он со смехом рассказал, что физики скептически относились к тому, что нечто подобное возможно. «Физики говорили: мы знаем, что можно искривлять свет одной определенной длины волны. Но вы не можете делать это с двумя длинами волн одновременно, если одна красная, а другая синяя. И уж точно не со всем видимым спектром», — говорит он.

На гифке, облетевшей весь интернет, показаны уложенные вместе цветные карандаши, на которые смотрят как раз через лентикулярный растр. Когда он расположен горизонтально, то через него видны только горизонтальные карандаши. Но стоит повернуть его на 90 градусов, как горизонтальные карандаши размываются, а вертикальные наоборот, становятся четкими. Магия и трюки, скажете вы? Нет, это просто физика.

Линзы преломляют свет при прохождении через них. Вместо того, чтобы продолжать движение по прямой линии, свет замедляется и рассеивается под разными углами, создавая пятна, через которые свет больше не проходит (Крамер называет их «мертвыми точками»). Если человек или вертикальный объект находятся в мертвой точке вертикальной цилиндрической линзы, то свет не попадет на них — иными словами, они станут практически невидимыми.

Заметьте, что Крамер стратегически верно выбрал фон на первой гифке: что размытый зеленый фон, что не размытый — они выглядят одинаково. А вот горизонтальная лепнина и плинтус в вертикальных линзах остаются четкими, что усиливает эффект невидимости.

Действительно, лепнина и плинтус, которые видны через «плащ-невидимку», на деле прижатые в центре к друг другу изображения левой и правой частей экрана, объясняет Джозеф Чой, инженер по оптическим технологиям в Raytheon. Крамер это хорошо показывает на гифке ниже, где он светит лазером через лентикулярный растр.

Свет, проходя через него, рассеивается и создает две полоски по бокам от непрозрачного объекта. И, двигая лазер, можно добиться такого эффекта, что обе полоски света соединятся на стене сзади — то есть там, куда по сути свет не может добраться из-за непрозрачного объекта.

Первая версия «плаща-невидимки» была максимально проста: огромный лентикулярный растр из вертикальных линз. Он позволял Крамеру скрываться от глаз на однородном фоне без вертикальных предметов, но все-таки маскировка была размытой и слегка искаженной.

Вторая версия была уже куда лучше: Крамер добавил еще один кусок лентикулярного растра за первым. Это позволило создать гораздо более четкое изображение, особенно если скрывающийся человек находится на расстоянии около 8 метров от наблюдателя. Всего он создал более десятка версий, и в последней на данный момент, 13-ой, «плащ» представляет собой два листа лентикулярного растра, слегка сдвинутых друг от друга. Но общая суть остается та же: вы не становитесь невидимым, просто фоновые изображения по обе стороны экрана, слева и справа от человека за ним, сжимаются и размываются посередине, тем самым скрывая его.

Будучи аспирантом, Чой из Raytheon работал в команде, которая разработала «Рочестерский плащ» (гифка ниже) — устройство, которое направляет свет вокруг объекта с помощью четырех маленьких линз и источника света. Оно вполне успешно работает со всеми длинами волн видимого света (это видно на гифке ниже), но только на очень маленькой площади. К тому же линзы для каждого объекта приходилось смещать — в общем, до практического применения этой технологии было далековато.

Чой утверждает, что Quantum Stealth на самом деле не является «плащом-невидимкой» в чисто научном смысле. «Когда мы говорим про невидимость, это означает, что вы посылаете свет через среду с предметом, и он получается именно таким, как если бы этого предмета не было», — говорит он. «Это на самом деле очень трудно сделать».

«Идеальный плащ», по его словам, будет создавать такое изображение, которое можно просматривать со всех сторон, без смещений, искажений или изменений по сравнению с реальным фоном. По мнению Чоя, Quantum Stealth больше похож на умный фильтр для Photoshop в режиме реального времени — тот, который размывает объекты. «По сути, это стирает вас. Вы не исчезаете полностью — вы размываетесь», — говорит он.

«Не будет идеального плаща-невидимки в том смысле, что он не будет работать всегда, во всех местах, на всех длинах волн», — добавляет Чой. «Но если вы сможете заставить его скрыть вас хотя бы от видимого света, то он уже станет практичным».

Основная цель изобретения Крамера — это военный камуфляж. Он считает, что в полевых условиях Quantum Stealth может эффективно замаскировать цель и, в некоторой степени, ее движение. И, по его словам, если такой «плащ» и не сможет что-то скрыть, то он, по крайней мере, исказит изображение, чтобы цель перестала идентифицироваться.

Ключ к потенциальному успеху новой технологии лежит в простоте дизайна. Quantum Stealth не требует источника питания, он легкий, тонкий и простой в использовании. «Вы просто вручаете его солдату и говорите держать его перед собой, и это все, что им нужно знать», — говорит Крамер.

Наталия Киеня

Невидимость веками была третьей мечтой человечества после полетов и способности видеть то, что далеко. Сегодня для первого есть самолеты, а для второго — телевидение и интернет. Какие технологии позволят нам научиться исчезать по собственному желанию в будущем? Кожа кальмара, отсутствующий небоскреб и —Т&P изучили разработки современных ученых, чтобы ответить на этот вопрос.

Прежде всего, плохая новость: сделать живое тело невидимым с помощью эликсира пока не представляется возможным. Английский писатель и публицист Герберт Уэллс в своем романе «Человеке-невидимка», написанном в 1897 году, объяснял: «Тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает света, то оно не может быть видимо само по себе. Если вы положите кусок обыкновенного стекла в воду или, еще лучше, в жидкость, более плотную, чем вода, то вы стекла почти совсем не увидите, потому что свет, переходя из воды в стекло, преломляется и отражается очень слабо, и вообще не подвергается почти никакому воздействию». Иными словами, чтобы сделать тело невидимым, нужно уменьшить коэффициент преломления его тканей (кожи, мышц, внутренних органов и костей) до коэффициента преломления воздуха. Ни физика, ни физиология сегодня не позволяют нам этого сделать: невидимые глаза не смогут улавливать свет, а для изменения оптических свойств тканей нужно так перекроить обмен веществ, что станет не понятно, как жить с этим. Идея шапки-невидимки тоже выглядит сомнительно: она должна временно менять оптические свойства не только живых тканей, но и одежды и обуви, — предметов, сделанных из совсем других материалов, часто смешанных и синтетических.

Плащ-невидимка работает совсем не так, как шапка или эликсир: не меняя свойств предмета, он может направить лучи света в обход и заставить стороннего наблюдателя видеть только то, что находится позади. Сегодня субстанции с такими свойствами уже есть: это метаматериалы с отрицательным углом преломления, который заставляет лучи света огибать объект и делает его невидимым глазу.

Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счет их расположения. Ученый исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды — поглощаться или проходить сквозь нее. Он предложил использовать материалы, в состав которых входит металл (проводник электричества) и диэлектрик. Тем не менее, когда в 2006 году дошло до опытов, выяснилось, что метаматериалы Пендри делают предметы невидимыми только в инфракрасном диапазоне. Тогда профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили отказаться от металла и использовать только диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного.

Чтобы сделать плащ-невидимку, такие кристаллы начали исследовать физики из Бирмингема. Вскоре им удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Когда все кристаллы оказались на подложке, в них проделали отверстия нанометрового диаметра. В результате получилось гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне. Именно такую технологию, возможно, использовали канадские создатели военных «исчезающих плащей», которые пока держат состав своего материала в секрете.

Канадская компания Hyperstealth специализируется на камуфляже и выпускает ткань Quantum Stealth. Этот мягкий материал обводит свет вокруг объекта и позволяет сделать его невидимым для глаз, приборов ночного видения и тепловизоров, а также скрывает тень. Материал работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков, стоит недорого. Тем не менее, купить его пока нельзя, ведь изначально эта ткань была предназначена для канадской, американской и британской армии. Военные и представители групп быстрого реагирования начали тестировать Quantum Stealth в 2012 году. В апреле 2014 года Hyperstealth объявила о запуске коммерческого варианта своего плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB. Его свойства будут не такими удивительными, как у армейского аналога, однако исчезновений все равно можно будет добиться. Сейчас компания оформляет права интеллектуальной собственности на массовую версию разработки. Уже следующем году она, возможно, попадет на рынок.

Ученые из Университета Техаса в Далласе разработали технологию использования углеродных нанотрубок, которая позволяет «стирать» объекты. В ее основе лежит эффект миража, или фототермическое преломление. Чтобы заставить предмет «исчезнуть», специалисты используют цилиндрические молекулы углерода с высокой теплопроводимостью. Включая и выключая подачу тока, ученые нагревают и остужают материал, вынуждая предмет за ним появляться и пропадать. Основная проблема техасского изобретения, тем не менее, заключается в том, что для его работы скрываемый объект непременно должен находиться в контейнере с водой.

Американское архитектурное бюро GDS строит в Сеуле невидимый небоскреб Infinity. В высоту это здание будет достигать 450 м. Для строительства его создатели используют бетон и стекло, а невидимости планируют добиться за счет использования оптических видеокамер и дисплеев на фасаде. Камеры будут снимать то, что находится позади небоскреба, и транслировать изображение на его стены. Это создаст впечатление, что вы смотрите сквозь здание, а то и вовсе не видите его. Чтобы дисплеи смогли точнее отображать пейзаж, у Infinity будет три вертикальные секции, каждая с шестью сторонами. Правда, по углам, на стыке дисплеев, небоскреб все равно будет выглядеть заметным. До тех пор, пока мы не изобретем мягкие дисплеи достаточной прочности, устранить эту проблему не получится.

Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила ученым из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Они использовали белок под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Специалисты нашли его в тканях кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii), которого изучали по заказу Службы военно-морских исследований США. Они обнаружили, что в его тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Сокращая и увеличивая расстояние между слоями, кальмар «отражает» свет разного диапазона и меняет цвет. Чтобы воспроизвести эту способность, ученые выделили рефлектин из клеток с высоким показателем преломления и поместили слой этого белка на и пленку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Специалисты говорят, что их разработка станет «первым решающим шагом» к созданию исчезающего плаща. Такая самонадеянность понятна: ведь если, повторяя за птицами, мы научились летать, почему бы нам не научиться быть невидимыми, повторяя за кальмаром?

Производители игрушек анонсировали скорый релиз мантии-невидимки из вселенной Гарри Поттера. Магическая вещь поступит в продажу уже этим летом. Но ещё рано радоваться и планировать ночной поход в секретное отделение школьной библиотеки, ведь для этого нужно немного технологий (и денег).

Британский магазин игрушек Wow! Stuff вместе с компанией Warner Bros. UK анонсировал в конце июня выход нового девайса из серии по волшебной вселенной Гарри Поттера. Если раньше они выпускали волшебные палочки, снитчи и дневники Тома Реддла, которые творили волшебство при помощи смартфонов и других хитроумных технологий, то теперь фанаты произведений Роулинг смогут становиться невидимыми.

Разработчики показывали действие плаща ещё в феврале 2019 года, но официально рассказали о выходе игрушки в свет 23 июня. До этого они провели презентацию плаща на вокзале Кингс-Кросс у вымышленной платформы девять и три четверти. Механизм действия магического плаща уже можно посмотреть в тизере девайса.

Мантия показывает своё волшебство за счёт зелёной подкладки, которая работает как хромакей и которую камера смартфона заставляет исчезнуть в приложении вместе с человеком, надевшим плащ.

Разработчики прислали предрелизные версии девайса YouTube-блогерам, и эти мантии действительно работают так, будто вы собираетесь подслушать разговор Хагрида, Дамблдора и министра магии.

Плащ даже позволяет закосплеить некоторые сцены из фильмов о Гарри Поттере.

Мантия станет доступна по предзаказу с 1 июля, в начале августа поступит в продажу в Великобритании, США и Австралии, а позже — и в других странах. Плащ идёт в комплекте с подставкой для телефона для максимально статичной картинки и кодом для приложения.

Стандартная версия будет стоить 70 долларов (около 4,4 тысяч рублей), а более дорогой вариант со стилизованным штативом — 80 долларов (около 5 тысяч рублей).

Introducing the Wow Stuff Harry Potter Invisibility Cloak!
Head down to King’s Cross Station before 5pm TODAY, to see the all-new Invisibility Cloak in action. pic.twitter.com/zLGpi7ijQl

Пользователи твиттера восприняли новинку с восторгом и, кажется, уже готовы купить себе волшебный предмет.

A Gypsy Circle ‏

Botagoz Koshim ‏

А у некоторых пользователей даже появились собственные заказы по вещам из волшебной вселенной Гарри Поттера.

Erik Henrique ‏

Всё-таки у фанатов Гарри Поттера в этот раз получится исчезнуть под мантией, хоть и на экранах смартфонов. Подобное проделывал и один шотландец, причём он даже хотел продать свой плащ. Однако у товара был один изъян.

Волшебные предметы не в первый раз внезапно появляются в продаже. И некоторые из них можно купить у знаменитостей. Так, в интернет-магазине Гвинет Пэлтроу появился репеллент от вампиров, и в его подлинности не стоит сомневаться, ведь он был создан целительницей.