隠れ蓑のしくみ

それを認めなさい。あなたは不可視のマントを所有したいと思います。パーティーで恥ずかしい偽物を口に出す？魔法の服を着て、仲間のパーティー参加者の卑劣な視線から消えてください。上司があなたについて本当に言っていることを聞きたいですか？彼または彼女のオフィスに直接散歩して、商品を手に入れてください。

そのような素晴らしいファッションアクセサリーは、サイエンスフィクションとファンタジーの世界で途方もなく標準になっています。男の子の魔法使いから銀河系のサファリハンターまで、誰もがワードローブに少なくとも1つの目に見えないブラウスを持っていますが、現実の世界で私たちの貧しい樹液はどうですか？

まあ、マグル、科学はあなたにいくつかの良いニュースを持っています：不可視のマントは現実です。テクノロジーは完璧にはほど遠いですが、消えゆくアパレルのハイテクブティックに足を踏み入れる場合は、不可視のマントのオプションをご案内します。

最初に、UTD NanoTechInstituteの2011年秋コレクションから新鮮なカーボンナノチューブの素晴らしいファッションをいくつか見ていきます。この新しい技術は、砂漠の蜃気楼の原因となる同じ自然現象に触発されています。電気刺激によって加熱されると、マントと周囲の領域との間の急激な温度勾配が急な温度勾配を引き起こし、光を着用者から遠ざけます。キャッチ：着用者は水を愛し、ペトリ皿の中に収まることができなければなりません。

あるいは、メタマテリアルから作られたものを好むかもしれません。これらの小さな構造は、光の波長よりも小さいです。適切に構築されている場合、それらはオブジェクトの周りに光線を導きます-流れの中の水をそらす岩のように。ただし、現時点では、このテクノロジーは2次元でのみ機能し、直径10マイクロメートルの超小型サイズでのみ提供されます。

レトロなファッションに興味があるなら、東京大学の科学者によって開発された光学迷彩技術もあります。このアプローチは、テレビの天気予報やハリウッドの映画製作者が使用するブルースクリーンと同じ原理で機能します。人々にあなたを通して見てもらいたいのなら、あなたの後ろにあるものを撮影して、それをあなたの体に投影してみませんか？あなたがビデオグラファーの側近と一緒に旅行するなら、これはあなたのためのマントかもしれません。

サイズについてこれらのファッションのいくつかを試す準備はできましたか？

内容

1. ミラージュ効果：カーボンナノチューブ
2. メタマテリアル：光の波を曲げる
3. メタマテリアル：見えないタンク
4. 光学迷彩：現実の変化
5. 光学迷彩：不可視のマントコンポーネント
6. 光学迷彩：より多くの不可視のマントコンポーネント
7. 光学迷彩：完全な不可視システム
8. 光学迷彩：実世界の不可視性アプリケーション

まず、このカーボンナノチューブの不可視のマントをサイズで試してみて、蜃気楼効果の驚異を体験してみましょう。

あなたは、おそらく最も精通している蜃気楼飲料水の無い奇跡的な湖、唯一のより熱い砂-それだけが唯一の蜃気楼だっ発見するために、遠くのオアシスを垣間見る砂漠の放浪者の話から。

砂と空気の間の固い温度差が光線を曲げたり、屈折させたりするため、熱い砂は蜃気楼効果（または光熱偏向）の鍵となります。屈折は、光線を表面で跳ね返らせるのではなく、見る人の目に向かって上に振り上げます。砂漠の蜃気楼の古典的な例では、この効果により、空の「水たまり」が地面に現れます。これは、論理的な（そして喉が渇いた）脳が水のプールとして解釈します。あなたはおそらく、熱い道路の表面で同様の効果を見たことがあるでしょう。道路の遠くの部分がプールされた水でキラリと光っているように見えます。

2011年、テキサス大学ダラスナノテク研究所の研究者は、この効果を利用することに成功しました。彼らは、カーボンナノチューブのシート、円筒形のチューブに包まれたカーボンのシートを使用しました[出典：Aliev etal。]。各ページは、単一分子ほどの厚さではありませんが、各チューブの炭素原子が非常に緊密に結合されているため、鋼と同じくらい強力です。これらのシートは優れた熱伝導体でもあり、理想的な蜃気楼メーカーになっています。

実験では、研究者はシートを電気的に加熱し、それが熱を周囲の領域（水のペトリ皿）に伝達しました。写真からわかるように、これにより、光がカーボンナノチューブシートから離れる方向に曲がり、その背後にあるものをすべて目に見えない形で効果的に覆い隠しました。

言うまでもなく、水に浸かっていなければならない小さな過熱した服を着たい場所は多くありませんが、実験はそのような材料の可能性を示しています。やがて、この研究により、不可視のマントだけでなく、他の光を曲げるデバイスも可能になる可能性があります。これらはすべて、便利なオン/オフスイッチを備えています。

次に、メタマテリアルで作られた不可視のマントに滑り込みましょう。

メタマテリアルは、複数のプロジェクターやカメラを必要とせずに、不可視技術のより説得力のあるビジョンを提供します。 1967年にロシアの物理学者VictorVeselagoによって最初に概念化されたこれらの小さな人工構造物は、光の波長よりも小さく（それらを迂回させる必要があります）、物体が電磁界と相互作用する方法に影響を与える負の電磁特性を示します。

天然素材はすべて正の屈折率を持っており、これが光波がそれらとどのように相互作用するかを決定します。屈折率は化学組成に一部起因しますが、内部構造はさらに重要な役割を果たします。材料の構造を十分に小さいスケールで変更すると、入ってくる波を屈折させる方法を変更できます。正の屈折から負の屈折に強制的に切り替えることもできます。

画像は光の波を介して私たちに届くことを忘れないでください。音は音波を介して私たちに届きます。これらの波をオブジェクトの周りに向けることができれば、それを効果的に視界や音から隠すことができます。小さな小川を想像してみてください。赤い染料がたっぷり入ったティーバッグを流れる水に貼り付けると、水の色合い、味、匂いが変わったおかげで、その存在が下流にはっきりと現れます。しかし、ティーバッグの周りの水をそらすことができたらどうでしょうか？

2006年、デューク大学のDavid Smithは、英国の理論物理学者John Pendryによって提起された初期の理論を採用し、それを使用してマイクロ波の流れを歪めることができるメタマテリアルを作成しました。スミスのメタマテリアルファブリックは、電子マイクロ波ディストータを含む同心リングで構成されていました。活性化されると、それらは材料の中央部分の周りで周波数固有のマイクロ波を操縦します。

明らかに人間はマイクロ波スペクトルには見えませんが、この技術はエネルギー波が物体の周りを回ることができることを示しました。3年生のストローファイアのスピットボールをそらすことができるマントを想像してみてください。それを着用者の周りに動かし、まるでその弾道がマントの中の人をまっすぐに通り抜けたかのように反対側に続けることができます。さて、岩をそらすのはどれだけのストレッチになるでしょうか？弾丸？

スミスのメタマテリアルがその方法を証明しました。不可視性のレシピは、さまざまな波に適応させることにあります。

次にメタマテリアルについて詳しく説明します。

最小のフロンティア

科学の創造物であるメタマテリアルは、自然には発生しません。電磁波の方向を変えるために必要な微細な構造を作成するために、科学者はナノテクノロジーを採用しています。ナノテクノロジーのしくみを読んで、世界最小の機械についてすべて学びましょう。

2007年、メリーランド大学のIgor Smolyaninovは、彼のチームをさらに遠くに導き、不可視化へと導きました。Smolyaninovは、パデュー大学のVladimir Shaleavによって提案された初期の理論を取り入れて、オブジェクトの周囲に可視光を曲げることができるメタマテリアルを構築しました。

幅わずか10マイクロメートルのPurdueマントは、偏光シアン光が注入された同心円状の金のリングを使用しています。これらのリングは、入ってくる光の波を隠されたオブジェクトから遠ざけ、効果的に見えなくします。武漢大学の中国の物理学者は、この概念を可聴範囲に取り入れ、物体の周りに音波をそらすことができる音響の不可視の隠れ蓑の作成を提案しました。

当分の間、メタマテリアルの不可視のマントはやや制限されています。それらは小さいだけではありません。それらは2次元に制限されています-3D戦争ゾーンの風景に消える必要があるものはほとんどありません。さらに、結果として得られるマントは、成長した魔法使いでさえも持ち歩くことを望んでいたよりも重くなります。その結果、この技術は、静止した建物や戦車などの車両を隠すなどのアプリケーションに適している可能性があります。

昔ながらの光学迷彩ファッションに身を任せる準備はできていますか？

このテクノロジーは、拡張現実テクノロジーと呼ばれるものを利用しています。これは、1960年代にハーバード大学とユタ大学のIvanSutherlandと彼の学生によって最初に開拓されたテクノロジーの一種です。

光学迷彩は、ハリーポッターの不可視のマントと同様の体験を提供しますが、それを使用するには、少し複雑な配置が必要です。まず、見えないようにしたい人（ハリーと呼びましょう）は、フード付きのレインコートに似た衣服を着ます。衣服は特別な素材でできており、後で詳しく調べます。

次に、オブザーバー（彼をスネイプ教授と呼びましょう）が特定の場所でハリーの前に立ちます。その場所では、ハリーがフード付きのレインコートを着ているのを見る代わりに、スネイプはマントを真っ直ぐに見ているので、ハリーは見えないように見えます。上の写真は、スネイプが見るものを示しています。そして、スネイプが横に踏み出して、少し違う場所からハリーを見たとしたら？なぜ、彼は単に男の子の魔法使いが銀の服を着ているのを見るでしょう。しかめっ面と拘留が続く可能性があります。ハリーにとって幸運なことに、彼の架空のマントは360度の保護を提供します。

光学迷彩は魔法では機能しません。これは、拡張現実技術と呼ばれるものを利用することで機能します。これは、1960年代にハーバード大学とユタ大学のIvanSutherlandと彼の学生によって最初に開拓された技術の一種です。拡張現実の詳細については、拡張現実の仕組みをご覧くださいが、ここで簡単に要約すると役立ちます。

拡張現実システムは、コンピューターで生成された情報をユーザーの知覚に追加します。たとえば、街の通りを歩いていると想像してみてください。途中のサイトを見つめると、通常のビューを強化および強化するための追加情報が表示されます。たぶん、それはレストランでのその日のスペシャル、劇場での上映時間、または駅でのバスのスケジュールです。理解することが重要なのは、拡張現実は仮想現実と同じではないということです。バーチャルリアリティは世界に取って代わることを目的としていますが、拡張現実は単にそれを追加の役立つコンテンツで補完しようとします。日常生活のヘッドアップディスプレイ（HUD）と考えてください。

ほとんどの拡張現実システムでは、合成されたグラフィックスで強化された現実世界のシーンを表示するために、ユーザーが特別な表示装置を調べる必要があります。彼らはまた、強力なコンピューターを求めています。光学迷彩にはこれらのものも必要ですが、他にもいくつかのコンポーネントが必要です。人を見えなくするために必要なものはすべて次のとおりです。

次のページでは、これらの各コンポーネントについて詳しく見ていきます。

さて、あなたはあなたのビデオカメラ、コンピューター、プロジェクター、コンバイナー、そして素晴らしい反射レインコートを持っています。拡張現実技術は、この奇妙な買い物リストをどのようにして不可視のレシピに変えるのでしょうか？

まず、レインコートを詳しく見てみましょう。レインコートは再帰反射素材で作られています。このハイテク生地は、何千もの小さなビーズで覆われています。光がこれらのビーズの1つに当たると、光線はそれらが来たのとまったく同じ方向に跳ね返ります。

これがユニークである理由を理解するには、光が他のタイプの表面でどのように反射するかを見てください。粗い表面は、入射（入射）光線が多くの異なる方向に散乱するため、拡散反射を作成します。鏡のような完全に滑らかな表面は、鏡面反射と呼ばれるものを作成します。これは、入射光線と反射光線が鏡面とまったく同じ角度を形成する反射です。

再帰反射では、ガラスビーズはプリズムのように機能し、屈折によって光線を曲げます。これにより、反射光線は入射光線と同じ経路に沿って戻ります。結果：光源にいる観察者は、より多くの反射光を受け取るため、より明るい反射が見られます。

再帰反射材料は実際にはかなり一般的です。交通標識、道路標識、自転車の反射板はすべて、レトロ反射を利用して、夜間に運転している人に見やすくなっています。現代のほとんどの商業劇場にある映画のスクリーンも、暗い条件下で高い輝きを放つため、この素材を利用しています。光学迷彩では、再帰反射素材の使用が重要です。これは、明るい日光の下で遠くから外から見ることができるためです。これは、不可視の錯覚の2つの要件です。

残りのセットアップでは、背景をキャプチャするためにビデオカメラを被写体の後ろに配置する必要があります。コンピュータは、ビデオカメラからキャプチャされた画像を取得し、適切な遠近法を計算し、キャプチャされた画像を再帰反射素材に投影される画像に変換します。

次に、プロジェクタは、虹彩絞りと呼ばれるデバイスによって制御される開口部から光線を照射することにより、衣服の修正された画像を照射します。このダイヤフラムは薄く不透明なプレートでできており、リングを回すと中央の開口部の直径が変わります。光学迷彩が適切に機能するためには、この開口部はピンホールのサイズである必要があります。どうして？これにより、被写界深度が深くなり、スクリーン（この場合はマント）をプロジェクターから任意の距離に配置できます。

最後に、システム全体では、投影された画像をマントに向けて反射し、マントで跳ね返る光線をユーザーの目に戻すために、特別なミラーが必要です。この特別なミラーは、ビームスプリッターまたはコンバイナーと呼ばれます。これは、光を反射し（銀色の半分）、光を透過する（透明な半分）半銀鏡です。

ユーザーの目の前に適切に配置されている場合、コンバイナーを使用すると、ユーザーはコンピューターによって強調された画像と周囲の光の両方を知覚できます。不可視の錯覚をリアルに見せるためには、コンピューター生成画像と実世界のシーンを完全に統合する必要があるため、これは非常に重要です。ユーザーは、拡張現実を確認するために、このミラーののぞき穴を覗く必要があります。

次のページでは、このシステム全体がどのように統合されるかを見ていきます。

次に、これらすべてのコンポーネントを組み合わせて、不可視のマントが人を透明にするように見えることを確認しましょう。次の図は、すべてのさまざまなデバイスと機器の一般的な配置を示しています。

人が再帰反射素材で作られたマントを着たら、次の一連のイベントがあります。

再帰反射素材に背景シーンが表示されているため、マントを着ている人は見えません。同時に、他の世界からの光線がユーザーの目に届くようになり、他の点では通常の世界に見えない人が存在するように見えます。

「不可視のマント」という言葉は、幻想的な冒険、魔法のスパイ、そして異世界の欺瞞のイメージを呼び起こす傾向があります。ただし、光学迷彩の実際の用途ははるかに少ないです。ロミュランの宇宙船を隠したり、女性の魔法使いの寮でぶらぶらしたりすることを忘れることができますが、それはテクノロジーの実行可能な用途が多くないという意味ではありません。

たとえば、飛行機に着陸するパイロットは、このテクノロジーを使用してコックピットの床を透明にすることができます。これにより、床を見下ろすだけで滑走路と着陸装置を見ることができます（胴体の外側からの眺めが表示されます）。同様に、ドライバーは鏡や死角に対処する必要がありません。代わりに、彼らは車両の後部全体を「見通す」ことができました。外科医は光学迷彩を使用して手や器具を通して下にある組織を遮るものがないように見ることができるため、この技術は医療分野での潜在的な用途さえ誇っています。

興味深いことに、このテクノロジーの1つの可能なアプリケーションは、実際にはオブジェクトをより見やすくすることを中心に展開しています。この概念は相互テレイグジスタンスと呼ばれ、基本的に、再帰反射材料でコーティングされたロボットにリモートユーザーの外観を投影することを含みます。外科医が遠隔操作ロボット手術を介して患者を手術していたとしましょう。相互テレイグジスタンスは、手順を支援する人間の医師に、機械ではなく別の人間と一緒に作業しているという認識を提供します。

現在、相互テレイグジスタンスは空想科学小説ですが、科学者たちはテクノロジーの限界を押し上げ続けています。たとえば、パーベイシブゲームはすでに現実のものになりつつあります。パーベイシブゲームは、街の通りであろうと遠隔地の荒野であろうと、ゲーム体験を現実の世界にまで広げます。モバイルディスプレイを搭載したプレーヤーは世界中を移動し、センサーは場所などの環境に関する情報をキャプチャします。この情報は、ユーザーがどこにいて何をしているかによって変化するゲーム体験を提供します。

私たちに消えないでください。次に探索するためのリンクがたくさんあります。

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