Быть Невидимым

Из школьной программы известно, что видимость объектов — возможность зрительного восприятия, которое представляет собой результат отражения (преломления) света. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает света, то оно невидимо. Тут есть два пути - изменить само тело или загородить его камуфляжем, что-бы как хамелеон сливаться ч окружающим фоном.

Первый путь сложен, однако и на нём есть успехи. правда о невидимости пока и не заикаются, потому что, с научной точки зрения, никакая это не невидимость, а очень даже видимость. Только слабая. Совсем невидимой сделать ткань не получается, хотя — самое важное — технически это возможно.

Принцип прост. Промаслите белую бумагу, заполните все поры между частицами бумаги маслом так,  и бумага сделается такой же прозрачной, как стекло. По тому же пути пошёл и доктор Эшли Уэлш (Ashley J. Welsh).

В августе 2000 года  исследовательская группа из Техасского Университета в Остине (The University of Texas at Austin) сумела добиться прозрачности кожи.

Кусочек кожи хомяка, пропитанный особым раствором, оставался невидимым более 20 минут, и учёные наблюдали, как в появившемся "окне" по подкожным кровеносным сосудам текла кровь. Глубина "просмотра" была приблизительно несколько миллиметров. Примерно через 20 минут "окно" начало затягиваться.

Во время экспериментов "прозрачность" вводилась шприцем подкожно, и авторы фрагментарной невидимости обещали разработать мазь — чтоб не так больно было. Уэлш объяснял журналистам, что используемые им оптические процессы можно сравнить с образом объекта в густом тумане. Когда луч света попадает в этот туман, свет рассеивается во всех направлениях, создавая эффект рассеянного свечения вокруг того, что раньше было световым пучком.

По словам Уэлша (почти дословно), степень рассеивания зависит от размеров маленьких водяных капелек и коэффициента преломления по отношению к индексу рефракции (напомним, рефракция — это преломление световых лучей в атмосфере, проявляющееся в кажущемся смещении или изменении формы удаленных объектов) окружающего воздуха. Аналогично капелькам воды, микроскопические компоненты кожи также рассеивают свет.Это рассеивание мешает нам увидеть подкожные сосуды, потому что свет пропускается кожей не прямолинейно, и он не может быть отражён. Рассеянный свет не в состоянии поддерживать процесс визуализации. Говоря по-русски, "не работает" в оптическом "контакте".И наоборот — свет способен прямолинейно проходить сквозь прозрачные объекты, потому что их коэффициент рефракции аналогичен или идентичен тому же коэффициенту окружающей среды. Различные компоненты кожи и ткани рассеивают и преломляют свет "неоднородно" и по-разному — вот почему кожа и ткани не могут быть прозрачными.

Очевидно, что "гвоздь программы" — состав, которым "пропитали" ткани. По словам самого Уэлша, главной задачей было создать внутри живых клеток среду, оптические свойства которой полностью совпадали с такими же характеристиками воздуха. Кроме того, такую среду нужно было создать только из неядовитых веществ.

Группа Уэлша разработала уникальное для того времени сочетание, основой которого стал глицерин. Глицерин, будучи гигроскопическим спиртом, оказывается, способен изменять коэффициент рассеивания на небольших фрагментах по следующим причинам: ткань (всё это время мы говорим о ткани живого организма — никакого льна и шёлка), "пропитанная глицерином", сжимается ("съёживается") из-за уменьшившегося количества влаги (напомним, гигроскопичность — это способность поглощать влагу).

Вода на неопределённое время перемещается из клетки, а глицерин как бы замещает её, придавая ткани новый коэффициент преломления. Проще говоря, смочите глицерином кусок бумаги (можно туалетной), и коэффициент её прозрачности станет больше. И это в бытовых условиях. Представьте, как это выглядело в лабораторных, при том, что в эликсире использовалось оптимальное соотношение. Никакого волшебства. Один расчёт — но как эффектно!

Любопытно, что в одних данных упоминается пульсирующая кровь, в других же речь идёт о "мёртвой" ткани, под которой проявлялись помещённые подкожно знаки. Одно другому не мешает, но согласитесь, вполне эффектный опыт

Само открытие было сделано двумя аспирантами в UT Austin's College of Engineering — доктором Эриком Чаном (Eric Chan), который работает в медлаборатории в Кливленде (Indigo Medical in Cleveland) и доктором Дженнифер Бартон (Jennifer Barton), которая сейчас является ассистентом профессора биомединженерии в Университет Аризоны (University of Arizona).

Сами эксперименты сейчас продолжает Грэйси Варгас (Gracie Vargas). Сразу после открытия университет подал заявления на патент, и теперь эксперименты финансируются Национальным научным фондом (National Science Foundation), техасским образовательным центром (Texas Higher Education Coordinating Board Advance Research Program) и фондом Альберта и Клемми (Albert W. and Clemmie A. Caster Foundation).На сегодняшний день, кажется, несколько увеличено время "невидимости", а состав стал менее разрушительным для тканей. Кроме того, есть сведения, что "эликсир невидимости" был очень успешно апробирован на желудочно-кишечных тканях и аортах.

Однако , на сегодняшний день, по видимому, всё-таки более перспективен путь создания оптического камуфляжа.

Ещё в давнем 1993-м на техасской земле, в городке Сан-Антонио, состоялся симпозиум на тему "Усиление значимости электронных методов ведения боевых действий" (Enhancing the Value of Electronic Warfare). На симпозиуме прозвучал доклад некоего Ричарда Шоуэнгердта (Richard N. Schowengerdt) "Проект Хамелео — маскировка с использованием электрооптического камуфляжа" (Project Chameleo — Cloaking Using Electro-Optical Camouflage). В этом 19-страничном исследовании формулируется боевой кодекс невидимости, остающийся практически неизменным вплоть до настоящего времени. 

Пересказывать все 19 страниц не станем, но краеугольные идеи доклада сейчас изложим. Собственно, основная идея проста, как всё гениальное — умещается в два предложения. Тем не менее, она, вероятно, приходила уже в миллионы голов, задумывавшихся о невидимости. Если мы хотим сделать какой-то объект невидимым, надо закрыть его щитом-экраном. А на этот экран спроектировать изображение фона позади "невидимого" предмета. Нельзя не отметить, что доклад написан с подкупающей прямотой, в стиле директив советских партийных съездов. Мол, да, есть некоторые трудности, но будем преодолевать, обеспечивать и развивать.

Через год изобретатель патентует свои озарения (Патент US №5307162 от 26 апреля 1994 года). C этих пор авторская концепция невидимости ставится под охрану закона, о чём вас честно предупреждают на одной из немногих информативных страниц сайта Chameleo, причем не какая-то там опытная установка, а сама идея оптического камуфляжа. Полный текст патента, приведённый здесь, поражает своей неопределённостью.Так, в нём говорится, что "система состоит из четырёх главных элементов: датчика, сигнального процессора, щита и средств сопряжения, поддержки и безопасного ограждения упомянутых элементов вместе с укрываемым объектом".

Как видите, под такую формулировку попадает почти любое техническое воплощение "невидимости". В 2001 году действие патента было продлено до 2004-го, когда от изобретателя потребуется очередной денежный взнос для его обслуживания.

Вся эта история могла бы показаться смешной, если б не была грустной. Подозреваем, что любому учреждению, добившемуся значительных успехов на поприще высокотехнологичного камуфляжа и подошедшему к рыночной реализации своих наработок, предстоит длительный и проблематичный судебный спор с "автором невидимости".

Впрочем не расстраивайтесь. Подобный принцип используется в киностудиях мира с конца 60-х годов.

В 1968 году на экраны кинотеатров вышел фильм Стэнли Кубрика (Stanley Kubrick) по шедевру Артура Кларка (Arthur C. Clarke) под названием "2001: Космическая Одиссея" ("2001: A Space Odyssey"). Эту картину назвали "первым настоящим фантастическим фильмом". Прежде всего — за визуальные эффекты.

Дело в том, что Кубрик воспользовался техникой, изобретённой Уиллом Дженкинсом (Will F. Jenkins) — фронтальной проекцией (Front projection). Говорят, что до "Одиссеи" киноиндустрия пользовалась технологией оптической печати (Optical printing) или тылового проецирования (Rear projection), то есть актёры играли на фоне экрана, позади которого работал проектор, создавая иллюзию, к примеру, движущегося пейзажа за "окнами" автомобиля.

Фронтальное же проецирование осуществляется со стороны зрителя — проектор работает с той же самой точки, что и камера, объектив которой оснащён двумя полуотражающими зеркалами, установленными под углом. Закройте глаза ладонями — зеркала установлены примерно так.Проектор передаёт фон на эти два зеркала, которые отражают его за спины актёров на огромный экран из материала, называемого световозвращающим отражателем (retroreflector).

Экран возвращает проекцию фона на зеркала камеры, таким образом, комбинируя реальное и проецируемое изображения. В итоге получается, что тени героев падают в правильных относительно источника света направлениях.

По этому пути пошли японцы. Точнее профессор Токийского университета Сузуму Тачи (Susumu Tachi). Правду у него оптический камуфляж (Optical Camouflage) не получается без надеваемого на голову проектора (Head-Mounted Projector — HMP). Впрочем и сама "Невидимость" является не самостоятельным проектом, и не устройством, а лишь подразделом технологии кристального видения — X'tal Vision (Crystal Vision). Предназначенной для применения в симуляторах и помощи тем специалистам, которым необходимо видеть сквозь предмет.

В случае, если Вы не поняли, самая подробная информация обо всём этом содержится в одном-единственном документе в PDF, но на английском языке. А на этой странице есть 5 видеороликов. А как всё выглядить в сегодняшних условиях. Вы видите на фотографии слева.

Впрочем, возможно, американские военные уже давно и небезуспешно обряжают технику и личный состав в доспехи невидимости, а  информационного камуфляж это как раз всё остальное.В последнем предположении нас убеждает наличие вот этой публикации, подготовленной лабораторий реактивного движения аэрокосмического агентства США (NASA Jet Propulsion Laboratory).. Даже выкладки приводятся, что скрыть объект размерами 10 х 3 х 5 метров можно было бы при помощи оборудования весом 45 кг. А раз упоминается вес, видимо существует и само оборудование.

Вот на оборудовании давайте остановимся подробнее, позаимствовав подробности из статьи  Уила Маккарти (Wil McCarthy) "Быть невидимым" (Being Invisible). 

Вроде бы простая, на первый взгляд, технология требует решения целого комплекса проблем. Начнём с того, что невидимости будет трудно завоевать своё место под солнцем, куда проще ей освоиться в тени. Дело в том, что очень яркие объекты, и само Солнце в первую очередь, практически невозможно адекватно воспроизвести на современных проекционных экранах. Самое слабое мерцание, различаемое человеческим глазом, составляет порядка 1 милливатта на квадратный метр. Свечение дневного неба в 150 тысяч раз сильнее. А солнечное излучение ещё в 230 тысяч раз мощнее, чем у окружающего неба. То есть, если точка зрения на камуфляжный экран диктует необходимость изображения на нём неба или солнца, то, по контрасту с реальной средой, сразу обнаружится вся несостоятельность обманной картинки. Это, кстати как раз и демонстрирует японский оптический камуфляж.

Далее, для фиксации окружения "невидимого" объекта, которое и воспроизводится на экране, необходимыми минимум шесть стереопар видеокамер (фронтальная, тыловая, правая, левая, верхняя и нижняя). На основании полученных от видеокамер данных необходимо рассчитать все возможные перспективы и ракурсы изображения, да ещё делать это в режиме реального времени, когда объект находится в движении.

Всё это потребует очень мощного компьютера с уникальным программным обеспечением и автономным питанием. Требуемые миниатюрные цветные видеокамеры уже разработаны, а вот реализация проекционной части пока что затруднительна

Разрешение видеопроекции можно сделать не выше, чем степень детализации человеческого зрения на дистанции в 2 метра — всего-то около 290 пикселей на квадратный сантиметр. Цвета вполне достаточно 16-битного. Проблема в другом. Совершенно естественно, что изображение на экране должно меняться в зависимости от угла зрения наблюдателя, не меняя своей яркости и реалистичности. Кроме того, необходимо исключить параллакс, благодаря которому наблюдатель может видеть объекты, недоступные взгляду видеокамер.

Поэтому, компьютеру необходимо рассчитывать своё изображение среды для каждой из возможных перспектив, обусловленных удалением наблюдателя от предмета и углом зрения на него.Причём, требуется одновременно показывать разную картинку разным наблюдателям. Оставим в стороне вопросы компьютерного моделирования синтетической трёхмерной среды в режиме реального времени, и рассмотрим только механизм видеопроекции

По мнению Маккарти, камуфлирующий экран может быть конструктивно выполнен из множества миниатюрных полусферических линз — гиперпикселей.

Если под каждой линзой поместить крошечный дисплей размером, скажем, 180х180 пикселей, то можно сразу проецировать картинку с 32400 точек зрения на объект. Какова же должна быть мощность компьютера, который сделает из вас человека-невидимку?

Допустим, площадь замкнутого экрана — 4 квадратных метра. Разрешение — 290 пикселей на квадратный сантиметр. Итого 11 миллионов 600 тысяч пикселей. Умножаем на 32400 и получаем 375 миллиардов пикселей. Это эквивалентно 286 тысячам компьютерных мониторов с разрешением 1280х1024.

Логика дальнейших выкладок Маккарти не вполне ясна, но, по его уверениям, при 60-герцовой частоте обновления экрана, понадобится центральный процессор минимум в 10 миллиардов ГГц. Предоставим самым пытливым читателям возможность проверить сии арифметические упражнения и попутно заметим, что захват стереоизображения, манипуляции трёхмерными образами и их деформация с учётом формы экрана потребуют введения двойного коэффициента.

Правда, тотчас же Маккарти снижает нагрузку на процессор в 100 миллионов раз (за счёт уловок "умного" программного обеспечения) и, в результате цифровой эквилибристики, получает необходимую для камуфляжа сотню пентиумов по 2 ГГц.

И тут уже совсем несложно подсчитать искомую мощность — около 10 КВт, всего-то шесть фенов для волос. А для питания самого четырёхметрового дисплея нужно и того меньше — 600 Вт. В общем, литиево-ионной батареи весом в 2,5 кг на 20 Ач хватит, при стандартном 12-вольтовом напряжении, на целых 24 минуты полнейшей невидимости.

Остаётся уповать на закон Мура (не каждому захочется таскать на себе 100 процессоров), новые технологии производства элементов питания и гибких дисплеев, ну и подождать лет десять. А к тому времени и программу напишут. И тогда новое поколение генераторов невидимости сделает её достоянием каждого.

Источник : membrana.ru 

wWw.ZeXe.De