На экране тепловизора теплый предмет сразу заметен как светлое пятно на холодном фоне. Исследователи из США и Дании создали устройство, которое убирает это пятно. Тепло обтекает спрятанную вещь и движется дальше так, будто препятствия не существовало.

Это первый физически изготовленный трехмерный тепловой плащ. Он скрывает сложные объекты почти со всех сторон. Принцип отличается от обычной теплоизоляции. Изоляция останавливает тепло, а здесь его перенаправляют. Для тепловизора сбоку картина температур остается почти неизменной.

Как работает новый плащ

Работу выполнили в Иллинойском университете в Урбана-Шампейн под руководством профессора Шелли Чжан. Тепловые плащи создавали и раньше, но они действовали только на плоской поверхности или в одном известном направлении. Если тепло шло с другой стороны, объект выдавал себя искажениями температуры.

«Настоящий тепловой плащ должен работать независимо от того, откуда идет тепло, — говорит исследовательница Шелли Чжан. — Наше устройство скрывает сложный трехмерный объект со многих направлений и одновременно поддерживает стабильную температуру внутри».

Теория существовала давно. Она рассчитывает путь тепла так, чтобы температурное поле вокруг казалось ненарушенным. Сложность была в производстве. Разные участки плаща должны проводить тепло с разной скоростью и в разных направлениях. Готового материала с такими свойствами нет.

Решение нашли в решетчатой структуре. Ее геометрию можно изменять независимо по всем трем осям. Изменение формы и расположения ячеек меняет теплопроводность участка.

Использовали два материала с разными свойствами. Алюминиевую решетку напечатали на 3D-принтере. Она хорошо проводит тепло и работает как быстрые магистрали. Пустоты залили резиноподобным материалом, который почти не пропускает тепло. Вместе они создают управляемый маршрут: где-то поток разгоняется, где-то замедляется и в итоге обходит спрятанную вещь.

Проверка в лаборатории

Конструкцию поставили между горячей и холодной зонами и наблюдали тепловизором. Снаружи объекта как будто не существовало. Тепло проходило мимо защищенного участка и смыкалось за ним без характерных искажений. Внутри температура оставалась ровной и не зависела от внешних условий.

Затем задачу усложнили. Скрывали замысловатые трехмерные формы, в частности детализированные фигуры, похожие на человеческие головы. Метод справился и с неровной геометрией.

Есть существенное ограничение. Нынешний плащ рассчитан на тепло, которое приходит извне. Спрятать предмет, который греется сам, значительно сложнее. Его собственное тепло будет накапливаться внутри и рано или поздно выдаст местоположение.