隐形衣是如何工作的

首先，让我们穿上这种大小合适的碳纳米管隐形斗篷，体验一下海市蜃楼效应的奇观。

你可能最熟悉的“海市蜃楼”来自沙漠流浪者的故事，他们瞥见遥远的绿洲，却发现它只是海市蜃楼——没有神奇的饮用水湖，只有更多的热沙。

热沙是关键海市蜃楼的效果(或光热光谱分析偏转)，因为沙子和空气之间的温差会弯曲或折射，光线．折射使光线向上射向观众的眼睛，而不是从表面反射光线。在沙漠蜃景的经典例子中，这种效应导致天空的“水坑”出现在地面上，这是合乎逻辑的(也是饥渴的)。大脑解释为一池水。你可能已经在炎热的路面上看到过类似的效果，远处的路面上似乎有池水闪闪发光。

2011年，德克萨斯大学达拉斯纳米技术研究所(University of Texas at Dallas NanoTech Institute)的研究人员设法利用了这种效应。他们用了几张碳纳米管，将碳薄片包裹成圆柱形管[来源:阿利耶夫et al。］．每一页纸只有一个分子那么厚，但却像钢铁一样坚固，因为每一页纸上的碳原子紧密地结合在一起。这些薄片也是极好的热导体，使它们成为理想的海市蜃楼制造者。

在实验中，研究人员用电加热薄片，将热量传递到周围的区域(一个培养皿水）.正如你从照片中看到的，这导致光线从碳纳米管片上弯曲，有效地隐形了它后面的任何东西。

不用说，没有多少地方会让你想穿一件又小又热又必须浸泡在水里的衣服，但这项实验证明了这种材料的潜力。随着时间的推移，这项研究可能不仅会让隐形斗篷成为可能，还会让其他光弯曲设备成为可能——所有这些设备都有一个方便的开关。

接下来，让我们穿上一件由超材料制成的隐形斗篷。

超材料提供一种更引人注目的隐形技术，而不需要多个投影仪和相机。这些微小的人造结构比光的波长还小(它们必须改变它们的方向)，并且表现出负面的电磁特性，从而影响物体与电磁场的相互作用。

天然材料都有积极的折射率这就决定了如何去做光波与它们进行交互。折射率部分源于化学成分，但内部结构起着更重要的作用。如果我们在足够小的尺度上改变一种材料的结构，我们就可以改变它们对入射波的折射方式——甚至迫使它们从正折射转变为负折射。

记住，图像是通过光波到达我们的。声音通过声波传到我们这里。如果你能引导这些波绕过一个物体，你就能有效地将它从视野或声音中隐藏起来。想象一条小溪。如果你把一个装满红色染料的茶包放入流动的水中，它就会在下游出现，因为它改变了水的颜色、味道和气味。但如果你能把水分流到茶包周围呢?

2006年，杜克大学(Duke University)的大卫·史密斯(David Smith)采用了英国理论物理学家约翰·彭德里(John Pendry)提出的一个早期理论，并利用它创造了一种能够扭曲微波流动的超材料。史密斯的超材料结构由含有电子微波畸变器的同心圆环组成。当被激活时，它们会引导特定频率的微波围绕材料的中心部分。

显然，人类看不到微波频谱，但这项技术证明，能量波可以绕过物体。想象一下，一件斗篷可以让三年级学生用稻草点燃的纸团转向，让它绕过穿着者，并让它在另一边继续移动，就好像它的轨迹没有遇到对手，直接穿过了斗篷里的人。现在转移一块岩石需要多长的时间?一颗子弹?

史密斯的超材料证明了这种方法。隐身的秘诀在于使它适应不同的波。

接下来是关于超材料的更多内容。

2007年，马里兰大学的伊戈尔·斯莫利亚尼诺夫(Igor Smolyaninov)带领他的团队在隐形的道路上走得更远。结合普渡大学的Vladimir shalav早期提出的理论，Smolyaninov构建了一种能够弯曲物体周围可见光的超材料。

普度隐形斗篷只有10微米宽，使用了注入偏振光的同心金环。这些环引导入射的光波远离隐藏的物体，有效地使它不可见。武汉大学的中国物理学家将这一概念引入了可听范围，他们提出创造一种能够转移物体周围声波的声学隐形斗篷。

就目前而言，超材料的隐形斗篷有些局限性。它们不仅很小;它们被限制在二维空间——几乎不需要你消失在三维战场的场景中。此外，制成的隐形衣将比一个成年巫师希望携带的还要重。因此，这项技术可能更适合用于隐藏固定的建筑物或车辆，如坦克。

准备好穿上一些老式的光学迷彩时装了吗?

这项技术利用了一种叫做增强现实20世纪60年代，伊万·萨瑟兰(Ivan Sutherland)和他在哈佛大学(Harvard University)和犹他大学(University of Utah)的学生率先开创了这种技术。

光学伪装提供了类似于哈利波特的隐形斗篷的体验，但使用它需要稍微复杂的安排。首先，想要隐形的人(让我们叫他哈里)穿上一件像连帽雨衣的衣服。这件衣服是用一种特殊的材料做的，我们一会儿会对它进行更仔细的检查。

接下来，一个观察者(让我们叫他斯内普教授)站在哈利面前的一个特定位置。在那个地方，斯内普没有看到哈利穿着带兜帽的雨衣，而是透过斗篷看到了哈利，让哈利看起来像是隐形人。上面的照片告诉你斯内普会看到什么。如果斯内普站到一边，从稍微不同的地方看哈利呢?他只会看到那个穿着银色外衣的小巫师。随之而来的可能是皱眉和拘留。幸运的是，他虚构的斗篷可以提供360度的保护。

光学伪装没有魔法的作用。它通过利用一种叫做增强现实技术——这种技术最早是在20世纪60年代由哈佛大学(Harvard University)和犹他大学(University of Utah)的伊万·萨瑟兰(Ivan Sutherland)及其学生首创的。你可以阅读更多关于增强现实增强现实是如何工作的，但在这里简单回顾一下会有帮助。

增强现实系统将计算机生成的信息添加到用户的感官感知中。例如，想象你走在城市的街道上。当你在沿途浏览网站时，额外的信息会增强和丰富你的正常视图。也许是餐馆一天的特色菜，或者是剧院的演出时间，或者是车站的公车时刻表。重要的是要理解增强现实和虚拟现实是不一样的。虚拟现实的目标是取代世界，而增强现实只是试图用额外的、有用的内容来补充世界。可以将其视为日常生活中的平视显示器(HUD)。

大多数增强现实系统要求用户通过一个特殊的观看设备来看到一个用合成图形增强的真实场景。他们还需要一个功能强大的计算机。光学伪装也需要这些东西，但它也需要一些其他组件。以下是让一个人看起来隐形所需的一切:

在下一页中，我们将更详细地查看每一个组件。

好了，你有了摄像机、电脑、投影仪、合成器和奇妙的反光雨衣。增强现实技术是如何将这个奇怪的购物清单变成隐身的秘方的呢?

首先，让我们仔细看看这件雨衣:它是用反光材料制成的。这种高科技面料上覆盖着成千上万的小珠子。当光线照射到其中一颗珠子时光线弹回来的方向和它们来的方向完全一致。

要理解为什么这是独一无二的，看看其他类型的表面是如何反射光线的。粗糙的表面会产生漫反射，因为入射的光线会向不同的方向散射。完全光滑的表面，如镜子，创造了所谓的镜面反射——入射光线和反射光线与镜面形成完全相同的角度的反射。

在反向反射时，玻璃珠就像棱镜一样，通过折射弯曲光线。这使得反射光沿着入射光的相同路径返回。其结果是:位于光源处的观测者接收到更多的反射光，因此看到更明亮的反射。

反光材料其实很常见。交通标志、道路标志和自行车反光镜都利用了retroreflection技术，以便在夜间驾驶的人更容易看到。大多数现代商业影院的电影屏幕也利用了这种材料，因为它允许在黑暗条件下获得高亮度。在光学伪装中，反反射材料的使用是至关重要的，因为它可以在很远的地方和明亮的阳光下被看到——这是隐形错觉的两个要求。

对于其余的设置，摄像机需要被放置在主体后面以捕捉背景。计算机从摄像机中获取捕获的图像，计算适当的角度，并将捕获的图像转换为将投影到反反射材料上的图像。

然后，投影仪将修改过的图像照在衣服上，通过发光光光束通过一个开口由一个叫做可变光圈．这种膜片由薄而不透明的板制成，转动一个环可以改变中央开口的直径。为了使光学伪装正常工作，这个开口必须是针孔的大小。为什么?这确保了更大的景深，这样屏幕(在这种情况下是斗篷)就可以定位在离投影仪任何距离的地方。

最后，整个系统需要一个特殊的镜子，将投影的图像反射到斗篷上，并让斗篷反射的光线返回到用户的眼睛。这个特殊的镜子被称为分束器,或者一个合路器——一面半镀银的镜子，既能反射光线(镀银的那一半)，又能透光(透明的那一半)。

如果正确地放置在用户的眼睛前面，该组合器可以让用户感知电脑增强的图像和来自周围世界的光线。这是至关重要的，因为计算机生成的图像和现实世界的场景必须完全集成，以使隐形的错觉看起来更真实。使用者必须透过镜子的窥孔看增强现实．

在下一页，我们将看看这整个系统是如何结合在一起的。

现在让我们把所有这些部件放在一起，看看隐形斗篷是如何让人变得透明的。下图显示了各种设备和设备件的典型布置。

一旦一个人穿上用反光材料制成的斗篷，下面是事件的顺序:

穿斗篷的人看起来是隐形的，因为背景场景被展示在反光材料上。与此同时，来自世界其他地方的光线可以到达用户的眼睛，使它看起来就像一个隐形人存在于一个正常的世界。

“隐形衣”这个词往往会让人联想到奇妙的冒险、魔法间谍和超凡脱俗的欺骗。然而，光学伪装的实际应用还远远不够。你可以忘记隐藏你的罗慕伦星际飞船或在女巫师的宿舍闲逛，但这并不意味着这项技术没有许多可行的用途。

例如,飞行员找到一份飞机可以利用这项技术让驾驶舱地板变得透明。这将使他们只需俯视地面就能看到跑道和起落架(这将显示从机身外部的视野)。同样，驾驶员也不必处理后视镜和盲点。相反，他们可以“透过”汽车的整个后部。这项技术甚至在医学领域有潜在的应用前景，因为外科医生可以使用光学伪装，通过他们的手和仪器看到底层组织的畅通无阻的视图。

有趣的是，这项技术的一个可能应用实际上是围绕着使物体更可见的问题。这个概念叫做相互telexistence本质上是将远程用户的外观投射到一个涂有反光材料的机器人上。假设一名外科医生正在通过远程控制机器人手术给病人动手术。相互远程存在将为协助手术的人类医生提供一种感觉，即他们是在与另一个人而不是机器一起工作。

目前，相互远程存在还只是科幻小说，但科学家们仍在继续推进这项技术的边界。例如，普遍的游戏已经成为现实。普遍的游戏将游戏体验扩展到现实世界中，无论是在城市街道还是在偏远的荒野。带着移动显示器的玩家在游戏世界中移动，同时传感器会捕捉他们所处环境的信息，包括他们的位置。这些信息传递的游戏体验会根据用户所处的位置和所做的事情而发生变化。

不要在我们面前消失。我们有更多的链接供你下一步探索。