Áo choàng tàng hình đã không còn là thứ chỉ xuất hiện trong những tác phẩm viễn tưởng, nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ quang học đã đưa chúng ta đến gần hơn với những chiếc áo choàng tàng hình ngoài đời thực.
Áo choàng tàng hình hoạt động như thế nào?
Về cốt lõi, công nghệ tàng hình dựa vào việc điều khiển sóng ánh sáng, thứ chịu trách nhiệm cho nhận thức thị giác của chúng ta. Các nhà nghiên cứu đã phát triển các phương pháp sáng tạo giúp uốn cong và chuyển hướng ánh sáng, che giấu các vật thể khỏi tầm nhìn một cách hiệu quả.
Tuy nhiên, để có thể chế tạo ra một chiếc áo choàng tàng hình trên toàn bộ phổ thị giác là một thách thức không hề nhỏ. Trước đây, các nhà khoa học đã chế tạo máy bay chiến đấu tàng hình trước radar và chế tạo áo khoác tàng hình nhiệt để che giấu binh lính khỏi máy tầm ảnh nhiệt của đối phương. Nhưng để che giấu một thứ gì đó khỏi mắt thường như thể nó chưa từng tồn tại thì cần phải có một số kỹ thuật tân tiến và phức tạp.
Thông thường, khi ánh sáng tương tác với một vật thể, nó sẽ bị hấp thụ hoặc phản xạ lại ánh sáng, làm cho vật thể đó có thể nhìn thấy được. Trong khi đó "tàng hình" sẽ yêu cầu ánh sáng đi qua một vật thể mà không bị xáo trộn, như thể nó không có ở đó. Để đạt được điều này, một thiết bị che giấu cần phải chuyển hướng ánh sáng từ mọi hướng xung quanh vật thể, để nó có vẻ vô hình từ mọi góc độ.
Metamaterial là một loại vật chất nhân tạo, mà tính chất của nó phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn là thành phần cấu tạo.
Metamaterial, vật liệu được dùng sẽ có các đặc tính độc đáo không có trong tự nhiên, đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra áo choàng tàng hình. Bằng cách thiết kế những vật liệu này với cấu trúc nano được sắp xếp cẩn thận, các nhà khoa học có thể kiểm soát hành vi của sóng ánh sáng, cho phép điều khiển ánh sáng xung quanh một vật thể, làm cho vật thể đó có vẻ như vô hình.
Mặt khác, Metamaterial cũng là những thấu kính mỏng có thể hội tụ ánh sáng có nhiều bước sóng khác nhau vào cùng một điểm, khắc phục những hạn chế của thấu kính truyền thống.
Một phương pháp khác được sử dụng để chế tạo áo choàng tàng hình là chuyển hướng của ánh sáng. Những kỹ thuật này yêu cầu kiểm soát chính xác tốc độ, hướng và cường độ của sóng ánh sáng để đạt được hiệu quả mong muốn.
Ví dụ về áo choàng tàng hình
Mặc dù áo choàng tàng hình thực sự vẫn đang là lĩnh vực trong quá trình nghiên cứu và phát triển khoa học, nhưng đã có những tiến bộ và minh chứng đáng chú ý trong lĩnh vực này.
Tàng hình lượng tử - Quantum Stealth
Bằng cách xếp nhiều lớp dạng thấu kính với các phân bố thấu kính khác nhau, vật liệu này có thể khúc xạ ánh sáng ở nhiều góc độ, tạo ra các "điểm chết" ngăn ánh sáng đi qua và che giấu chủ thể một cách hiệu quả trong khi vẫn giữ cho hậu cảnh không bị ảnh hưởng.
Vào năm 2019, Hyperstealth Biotechnology, một nhà sản xuất đồng phục ngụy trang cấp quân sự của Canada đã cho ra mắt nguyên mẫu "tàng hình lượng tử", một loại vật liệu mỏng như tờ giấy có thể bẻ cong ánh sáng xung quanh. Hơn nữa, lớp áo tàng hình không chỉ hoạt động đối với ánh sáng khả kiến mà nó còn có thể chống lại tia hồng ngoại và tia hồng ngoại sóng ngắn, khiến cho nó trở thành một chiếc áo choàng tàng hình băng thông rộng.
Áo choàng Rochester
Được phát triển vào năm 2014 tại Đại học Rochester, nó có thể hoạt động ở nhiều hướng trong môi trường 3 chiều, nhờ vào hệ thống gồm 4 thấu kính.
Điều này có nghĩa là thiết bị có thể ẩn đối tượng khỏi tầm mắt từ bất kể vị trí của người xem so với đối tượng đó. Nhóm đã hoàn thành kỳ tích này bằng cách lựa chọn cẩn thận loại thấu kính, công suất và khoảng cách giữa các thấu kính.
Mặc dù thiết bị hiện tại cho thấy những tiến bộ đáng kể nhưng vẫn còn những điểm cần cải thiện. Trước hết, không thể biến thiết lập này thành một bộ đồ tàng hình vì hệ thống quang học phức tạp và không linh hoạt.
Bên cạnh việc giải quyết được vấn đề góc nhìn, “áo choàng Rochester” cho phép duy trì trạng thái tự nhiên cho bối cảnh nền, không làm biến dạng quang cảnh xung quanh vật thể.
Áo choàng tàng hình trước camera an ninh
Một nhóm sinh viên Trung Quốc đã tìm cách vượt qua các camera an ninh bằng một phát minh đột phá. Và kết quả là họ đã tạo ra được một chiếc áo được thiết kế để khiến người mặc nó gần như vô hình trước các camera do AI giám sát - InvisDefense.
InvisDefense sở hữu khả năng hiến người mặc tàng hình trước camera giám sát trong khi vẫn có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
"Camera an ninh sử dụng công nghệ AI có ở khắp mọi nơi. Chúng tràn ngập cuộc sống của chúng ta", Wei Hui, sinh viên tốt nghiệp ngành khoa học máy tính tại Đại học Vũ Hán, người đã thiết kế thuật toán cốt lõi của chiếc áo choàng, cho biết.
"Chúng tôi đã thiết kế sản phẩm này để chống lại khả năng phát hiện mã độc, nhằm bảo vệ quyền riêng tư và sự an toàn của mọi người trong một số trường hợp nhất định".
Người mặc không bị hệ thống an ninh do AI kiểm soát phát hiện là con người.
Vào ban ngày, camera chủ yếu dựa vào nhận dạng chuyển động và đường viền để xác định cơ thể người. Bằng cách trang trí bề mặt của InvisDefense bằng hoa văn ngụy trang được thiết kế đặc biệt, chiếc áo có thể phá vỡ thuật toán nhận dạng của thị giác máy một cách hoàn hảo, khiến camera không thể phân biệt người mặc là người.
Khi bóng tối buông xuống, thách thức tăng lên khi máy ảnh chuyển sang chụp ảnh nhiệt hồng ngoại. Để chống lại điều này, InvisDefense tích hợp các mô-đun kiểm soát nhiệt độ có hình dạng bất thường trên bề mặt bên trong của nó, tạo ra một mô hình nhiệt độc đáo có thể đánh lừa camera hồng ngoại.
Tàng hình kim loại
Metalens phẳng này là thấu kính đơn đầu tiên có thể hội tụ toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy được - kể cả ánh sáng trắng - vào cùng một điểm và ở độ phân giải cao. Nó sử dụng các mảng sợi nano titan dioxit để tập trung đồng đều các bước sóng ánh sáng và loại bỏ quang sai màu.
Một bước đột phá vào năm 2018 liên quan đến việc sử dụng các sợi nano titan trong các ống kim loại, cho phép chúng uốn cong ánh sáng ở mức cần thiết để đạt được khả năng tàng hình. Trong khi các siêu vật liệu trước đây không thể bao phủ các bước sóng ánh sáng khả kiến, thì sự kết hợp giữa Metalens và siêu vật liệu cho thấy hứa hẹn trong việc mở rộng khả năng tàng hình đối với quang phổ ánh sáng khả kiến.
Sự tiến bộ này trong công nghệ kim loại mang đến khả năng tạo ra các thiết bị che giấu ánh sáng khả kiến, trong đó ánh sáng có các bước sóng khác nhau có thể được điều khiển để khiến các vật thể trở nên vô hình. Mặc dù công nghệ này vẫn chưa được phát triển đầy đủ, nhưng nó là một bước quan trọng để đạt được những chiếc áo choàng tàng hình ngoài đời thực trong tương lai gần.
Khiên tàng hình
Theo Invisibility Shield Co., khiên của họ hoạt động tốt nhất khi được sử dụng trên nền đồng nhất.
Khiên tàng hình sử dụng một dãy thấu kính được thiết kế chính xác để điều khiển ánh sáng một cách khéo léo. Bằng cách chuyển hướng phần lớn ánh sáng phản xạ từ đối tượng ra xa người quan sát, nó có thể ngụy trang hiệu quả cho người đứng sau nó. Sau đó, ánh sáng được chuyển hướng này sẽ lan sang một bên trên mặt của tấm chắn, tạo ra ảo giác về hậu cảnh.
Tương lai của áo choàng tàng hình
Trong lĩnh vực quân sự, công nghệ tàng hình có thể cách mạng hóa các hoạt động tàng hình, khiến các tài sản quân sự trở nên vô hình trước radar hoặc các hệ thống giám sát. Ngoài ra, trong lĩnh vực quang học, kỹ thuật tàng hình có thể nâng cao hiệu quả của kính viễn vọng, kính hiển vi và các thiết bị hình ảnh khác.
Mặc dù chúng ta có thể không sớm chứng kiến những chiếc áo choàng tàng hình giống như trong Harry Potter, nhưng không thể phủ nhận những bước tiến đạt được trong lĩnh vực này là vô cùng ấn tượng. Nghiên cứu và hợp tác đang diễn ra giữa các nhà khoa học, kỹ sư và chuyên gia vật liệu hứa hẹn những bước đột phá hơn nữa trong tương lai. Công nghệ tàng hình một ngày nào đó có thể trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta, cách mạng hóa các ngành công nghiệp khác nhau và thay đổi cách chúng ta nhìn nhận thế giới.