Illustrerad Vetenskap (Sweden)
Grön revolution:
Osynlighet hjälper solceller.
En halv man vandrar ut över området med solcellspaneler. Bara hans fötter, huvud och ena armen syns. Resten av mannen är osynElig och har ersatts av markens gröna gräs. Hans kropp är täckt av den senaste och mest lovande versionen av en verklig osynlighetsmantel som kan göra det svårt att upptäcka även stora objekt. Plastmaterialet i manteln har skapats av den kanadensiske uppfinnaren Guy Cramer på företaget Hyperstealth, som har arbetat med projektet sedan 2011. Det fungerar på så sätt att det omdirigerar ljusets bana och skapar ett osynlighetsfält bakom sig. Med ett mycket enkelt tillägg kan materialet samla upp de ljusstrålar som passerar förbi solcellerna och pressa upp elproduktionen åtskilliga pinnhål.
Forskare bryter ljuset
Fram till år 2000 var osynlighet bara en avlägsen dröm i gamla science fiction-filmer – en idé som var lika fjärran som warpdrift och tidsmaskiner. Men vid millennieskiftet utvecklade fysikern Sir John Brian Pendry från Imperial College i London, England, en teori om ett material som dirigerar ljusvågor runt ett objekt och på så sätt döljer föremålet.
Idén bygger på att ljus rör sig genom olika material med olika hastigheter. Du har upplevt fenomenet när exempelvis ett sugrör sticks ned i ett glas vatten, och det plötsligt ser ut att brytas av vid övergången från luft till vatten eftersom ljusstrålarna rör sig långsammare genom vatten än luft. Föremålet bryts alltid åt samma håll i naturliga material som vatten. Det kallas positiv brytning. Pendry förutspådde emellertid att konstgjorda material skulle kunna bryta sugröret åt andra hållet i en så kallad negativ brytning. Om det gick att framställa ett material med negativ brytning skulle det uppstå en dold zon bakom materialet, där inga ljusstrålar passerar. I den zonen blir objekt osynliga.
Ringar skapar osynlighet
Det tog sex år innan idén realiserades. 2006 lyckades fysikern David Smith från Duke University i USA utveckla ett sådant material – även kallat ett metamaterial. David Smiths osynlighetsmantel bestod av ihåliga ringar som har placerats inuti varandra. Objektet, som ska döljas, placeras sedan i mitten av ringsystemet. Det uppstår negativ brytning när både hålen i ringarna och det inbördes avståndet dem emellan är mindre än ljusets våglängd. På så sätt dirigeras ljuset runt föremålet på samma sätt som vattnet i en å som strömmar runt en sten och återförenas efter den.
Eftersom det dolda föremålet bara var osynligt för mikrovågor men fortfarande fullt synligt för blotta ögat var vägen till praktisk osynlighet lång. Det problemet brottas metamaterialen fortsatt med. De kan bara dölja ett objekt för ett fåtal utvalda våglängder av ljus.
Enkelt trick trollar bort ljuset
Kanadensaren Guy Cramer valde en mycket enklare väg än forskarna – en väg som senare skulle visa sig bli ett genombrott inom grön energi. Hans mål var från början att utveckla ett billigt osynlighetsmaterial som kan produceras industriellt i stor skala. Inspirationen hittade han i en välkänd illusion kallad lentikulära linser.
Illusionen är nog vanligast förekommande i de kort som visar en bild från ena hållet
och en annan när det vrids lätt. Traditionellt skapas illusionen genom att klistra en bild på linsernas flata baksida. Den fungerar eftersom ytan består av rader av böjda linser som dirigerar ljusets bana. Cramers första trick var att avlägsna bilden bakom linserna. I stället placerade han en ljuskälla framför plasten och ett objekt i en vinkelrät linje bakom förhänget. Plasten fick nu en positiv brytning och skickade ljusstrålarna åt sidan och förbi objektet, som därmed blev osynligt. Men när iakttagaren tittade genom plasten från någon annan vinkel var föremålet dessvärre lika synligt som ett sugrör som bryts av i ett glas vatten. Guy Cramer klistrade därför ihop två bitar plast med lentikulära linser så att de stod rygg mot rygg. Till sin förvåning visade det sig att han hade framställt ett enkelt material med en negativ brytning som skapade en äkta osynlighetszon bakom plasten.
Men utmaningarna stannade inte där. Om en dubbellins exempelvis gör grannens bil osynlig på uppfarten framför huset innebär det samtidigt att plasten spegelvänder omgivningen. Det innebär att parkerade bilar längs trottoaren står felvända, vilket avslöjar manipulationen. Därför framställde uppfinnaren ett plastförhänge med två dubbla lager av lentikulära linser, som bevarade den osynliga zonen och avlägsnade spegelvändningen av bakgrunden. Denna osynlighetsmantel har Guy Cramers företag Hyperstealth nu har sökt patent på. Osynligheten fungerar både i synligt ljus och framför infraröd värmestrålning. Men plastmanteln är bara en prototyp som inte blir helt perfekt eftersom själva plastförhänget ser ut som en matt slöja. Cramer tror dock att det kommer att bli möjligt att utveckla en plast som är kristallklar och inte avslöjar sig själv.
Osynligheten blir grön
Linslager böjer av ljuset
Den genomskinliga plasten består av fyra lager lentikulära linser, som i sin tur består av ett antal rader som placeras växelvis ovanför varandra. De tvingar ljusstrålarna att brytas i motsatt riktning i stället för att fortsätta sin naturliga bana. Det kallas negativ brytning.
2