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智能

未来可以让波绕着走的“超材料”

John Markoff2015-03-25 20:35:35

超材料有多神奇呢?甚至有人考虑到帮助人们防晒。

本文由《纽约时报》授权《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载。 

华盛顿贝尔维尤电 – 塑料行业、电脑行业,还是超材料(Metamaterials)行业?

距离电影《毕业生》里的达斯汀·霍夫曼被人叫到一边,告诉他那句关于未来的著名的“一个词”,已经有半个世纪了——可能是时候把那句台词的内容改一改。超材料似乎同样有能改变整个行业的潜力。在过去约 15 年的时间里,科学家们已经学会了如何构造可以使光线、雷达波、无线电、声音甚至地震波弯曲的材料。而在自然状态下,这些波是不会拐弯的。

超材料理论由前苏联物理学家维克托·韦谢拉戈(Victor Veselago)在 1967 年首次提出,1999 年被由物理学家大卫·史密斯(David R. Smith)领衔的团队发明了出来。而在最初,这种新的设计方法被看作是受到了科幻电影里各种应用(比如隐身斗篷)的启发。

但是现在,研究人员已经对这项技术有了更深入的了解,并且正在一系列领域取得创新性的成果,其中包括无线电天线、雷达、化妆品、隔音材料,以及帮助防御地震和海啸的墙。

去年,飞机制造商空客宣布,它正在和加拿大公司 Lamda Guard 合作,测试一种以超材料为基础、用于客机驾驶舱窗户上的涂层,目的是防止商用飞机驾驶员的视力被激光笔影响。

超材料最关键的创新之处,是它们由亚成分构成,这些亚成分的大小比它们准备控制的辐射的波长还小。这些往往极其微小又精确的构造,随后可以被用来以非自然的形式控制这些波。

这些新型材料的用途可以通过两台 Echodyne 设计的雷达原型机来看到。它是一家创业公司,为它提供资金支持的有微软公司联合创始人比尔·盖茨和 Madrona Venture Group

雷达公司 Echodyne 的埃本·弗兰肯伯格和汤姆·德里斯科与测试间里的一架雷达原型机在一起。

在汽车安全和自动驾驶汽车方面,这项技术都有着明显的市场需求。Google 先进的实验汽车上,就使用了价格昂贵的、以机械激光为基础的设备,它的名字叫作激光雷达(lidar),可以实时生成汽车周围的高分辨率地图。由于有一只飞快旋转的激光发生器,Google 的激光雷达成本大约有 8000 美元。由 Echodyne 设计的雷达可能很快也有能力描绘出类似的地图,但成本却要低很多。

Echodyne 是从 Intellectual Ventures 脱胎出来的第三家超材料公司。Intellectual Ventures 是一家投资和专利公司,由物理学家、微软前 CTO 内森·米尔沃德(Nathan Myhrvold)创立。另外两家公司分别是 Kymeta Evolv Technology,都正在研究其他基于超材料的应用。

Evolv 正在做的是高性能机场安保扫描技术,而 Kymeta 最近宣布和国际通信卫星组织(Intelsat)合作设计陆基和星载智能天线,从而极大地提高下一代卫星互联网接入服务的容量和速度。

张翔(音)是加州大学伯克利分校的机械工程教授,他运营的一个实验室在超材料的应用方面处于领先地位,其中包括所谓的光学“超级透镜”,可能有一天,它的能力可以超过今天的显微镜。

张博士说,他听说有许多军事承包商和商业公司都对超材料的应用很感兴趣。

他说,几年前,他收到几个似乎是军事承包商 Loral Space & Communications 打来的电话。随后他了解到,打电话的人是法国化妆品公司欧莱雅(L’Oréal),原来他们对超材料感兴趣,觉得它可能可以被用来改变人的外貌,或者更有效地帮助人们防晒。

张博士和其他人正在努力研究可以大幅降低成本、提升光学计算机网络性能的应用。

2012 年,伯克利纳米科学和纳米工程研究所发表了一篇和韩国科学家合作的论文,描述了一种以超材料为基础的电子光学调幅器,其所用的单层石墨片只有一个原子那么厚,能把光波频率调制到太赫兹频率。

最近,纽约城市大学一支由物理学家维诺德•梅侬(Vinod Menon)领衔的团队展示了用超材料制成的 LED 灯泡超快速变换形成的光发射。和之前说过的创新一起,它们让光学计算机网络成为了可能,从而实现比现在的千兆网络快得多的传输速度。

人们确实还在探索应用超材料的新领域。最近有发表的论文说,研究人员正在探索实现以超材料为基础的“墙”,以减弱地震波或者海啸的影响。

2013 年,法国 Menard 建筑公司的科学家在自动化电子设备研究论文库 arxiv.org 上发表了一篇论文,描述了一种通过把由超材料制成的空心圆柱网格插入土中来抵消地震影响的办法。他们说,用这种网格可以测量到模拟地震被显著削弱的效果。

张博士说,未来几年内,超材料的新应用肯定会不断涌现。

“现在我们都想象不到到时会是什么样子,”他说,“但我们会不断把它向前推进。”

 

翻译 is译社 葛仲君

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