负折射让隐身不再是科幻 隐身衣可3D打印

　　■本报记者 沈湫莎

　　想拥有一件哈利·波特小说中的隐身斗篷么，科学家说没问题。在昨天上海科协大讲坛举办的“3D打印与超材料智造”上，美国亚利桑那大学电气与计算机工程系辛皓教授表示，可以通过人为控制电磁波折射率的手段，让衣服“隐形”。“我相信有生之年能够做出这样的衣服。”辛皓说。今年的他正当年富力强，不久前他的团队更是取得了一项突破——第一次从理论上解决了制作隐形衣材料的损耗和增益问题。

　　负折射让隐身不再是科幻

　　想象一根稻草插在一杯水里，在正常折射率条件下，你观察到的水下面的稻草会弯曲，如果这杯水具有负折射的特性，你看到的稻草就会消失不见，这一原理是制作隐身衣的基础。辛皓说：“理论上说，能够认为设计任何折射率的材料，当人穿上能够弯曲他们周围光的衣服后，身体的一部分自然就隐形了。”

　　辛皓一直在从事超材料制造方面的研究。所谓超材料，就是拥有自然界并不存在的性能的合成材料，比如弯曲电磁波、声波和其他类型的波等。与其合作者一起，辛皓发现了一种使用金属、塑料和其他物质3D打印超材料的方法，使用这种方法打印出来的超材料具有奇特的“负折射”的特性，也就是说这种材料可以让光波倒退。

　　辛皓表示，这种超材料比较类似于多孔保龄球和微小铜线电路板，当它们以非常精细的几何结构组装时，就会出现负折射现象，导致周边能量波出现非自然弯曲，从宏观上看，这就是人们常说的隐形、幻觉等。

　　解决材料的损耗问题

　　其实，弯曲光线的理论已经提出很多年，但为何隐身衣还只是存在于科幻或玄幻小说中？辛皓说，就目前的技术条件来说，仍然有一部分光不可避免出现反射，这意味着对象还无法做到完全隐身。

　　“有时候穿着隐身衣反而会更加突出，比如你会看到黑乎乎的一块，这有可能是由于人为设计的、符合红光的折射率不适合蓝光所致。”辛皓说。

　　想要人人都买得起隐身衣，还要解决的一个大问题是成本。现在，当光波通过超材料后，材料会出现衰减，也就是说如果新买的衣服穿几天后就不管用，谁还会掏钱买？这成了超材料面临的最大问题。

　　辛皓团队设想了一种补偿机制，将给电池供电的隧道二极管以及微纳米制造技术融入设计中，当光通过材料时，通过微波强化产生能量增益，简单来说就是一边充电、一边放电。目前，这种自带能源供给的超材料已经通过理论上的验证。

　　这一成果一经发表，就引起广泛关注，不难想象，如果能解决超材料的“能量困境”，就能为人类社会带来许多新突破。比如将隐形衣“披”在飞机上，那么无论视觉还是雷达都无法发现它的存在；如果用于显微镜上，那么将突破光学的衍射极限，人们可以看到最微小、最精确的细节，比如单个蛋白质和病毒。

　　除了隐身，超材料还将带给人类社会翻天覆地的变化，比如弯曲水波或地震波。据悉，基于这一理论，法国正在研制一种地震波超材料来保护他们的医院、核电站等重要设施，当地震波与材料“相遇”时会自动“绕行”，保护重要设施不受损害。

　　3D打印将颠覆设计思维

　　辛皓相信，隐身衣一定能够制作出来，而制作的方式，很可能是3D打印。“3D打印与超材料是完美搭配。”他说。

　　为何3D打印如此受到新材料制造者的追捧？辛皓指出，任何一个物体都可以看成是空间分布的各种性质，如果我们在三维空间中的任意一点都能够任意放上我们需要的介质，理论上就能制造出完全贴合我们需求的产品。在美国，3D打印已经引起一场制造界的地震，不过在中国，辛皓认为人们对3D打印的本质理解得还不够透彻。

　　“为什么我们一直使用电路板，因为二维东西最容易设计，我们现处的电子世界就是从二维的电路板慢慢发展起来的。”辛皓说，“不过既然掌握了三维手段，我们为何不能在制造时直接从3D开始？”他举例说，比如在人骨中添加一块通讯材料，以便让人体与设备保持关联；又或者让飞机翅膀本身成为一根天线，有3D打印帮助，这些“异想”并不遥远。

　　超材料和3D打印会永远改变人们的生活，要实现它，我们还需更多颠覆性思维。

(来源:文汇报)