Forskere har laget en usynlighetskappe – kan skjule objekter for varmekameraer

Det høres ut som teknologi fra en science fiction-film: Amerikanske forskere har utviklet en tredimensjonal «usynlighetskappe» som får objekter til å forsvinne fra varmekameraer. Teknologien kan på sikt brukes til å beskytte elektronikk, kontrollere varme i databrikker og gjøre utstyr vanskeligere å oppdage med termiske kameraer.

Vitenskap og teknologi: Forskere ved University of Illinois Urbana-Champaign i USA har klart noe som lenge har vært en utfordring innen materialteknologi.

De har utviklet og testet en tredimensjonal konstruksjon som kan lede varme rundt et objekt, slik at et varmekamera ikke oppfatter den forventede temperaturforstyrrelsen.

Resultatene er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications og ble omtalt av ScienceDaily mandag 26. oktober.

Lurer varmekameraet

Et varmekamera registrerer infrarød stråling og omdanner denne til bilder som viser temperaturforskjeller.

Teknologien brukes blant annet av brannvesen, industri, redningstjenester og sikkerhetspersonell.

Den nye konstruksjonen fungerer ved å lede varme rundt et skjult område i stedet for å la varmen passere direkte gjennom det.

Dermed blir temperaturfordelingen utenfor konstruksjonen omtrent som om objektet ikke var der.

For et varmekamera kan det skjulte området derfor bli svært vanskelig å skille fra omgivelsene.

Det betyr ikke at objektet blir usynlig for vanlige kameraer eller det menneskelige øyet.

Laget av aluminium og gummi

Forskerne har utviklet et spesielt materiale som kombinerer aluminium og et gummilignende stoff.

Aluminium leder varme godt, mens gummimaterialet har langt dårligere varmeledningsevne.

Ved hjelp av avansert 3D-printing laget forskerne et komplisert gitter av aluminium. Mellomrommene ble deretter fylt med det gummilignende materialet.

Resultatet er en konstruksjon der varmen kan styres gjennom forskjellige deler av materialet.

Forskerne kan dermed kontrollere hvordan varmen beveger seg i tre dimensjoner.

Kan skjule kompliserte former

Tidligere forsøk med termiske usynlighetskapper har i stor grad vært begrenset til flate konstruksjoner eller varme som beveger seg i én bestemt retning.

Den nye teknologien kan håndtere varme som kommer fra forskjellige retninger.

Forskerne testet også konstruksjonen med kompliserte tredimensjonale objekter, blant annet former som minner om menneskehoder.

I forsøkene plasserte de materialet mellom varme og kalde områder og undersøkte temperaturfordelingen med et infrarødt kamera.

Resultatene viste at varmen ble ledet rundt det skjulte området, samtidig som temperaturen på innsiden holdt seg forholdsvis stabil.

Kan beskytte fremtidens databrikker

En av de mest interessante anvendelsene er elektronikk.

Moderne prosessorer utvikler store mengder varme, spesielt når de brukes til avanserte KI-beregninger.

I dagens datasentre krever dette omfattende kjøling.

Forskerne mener prinsippene bak den nye konstruksjonen kan brukes til å utvikle materialer som leder varme bort fra temperaturfølsomme komponenter.

Slike materialer kan i fremtiden bidra til bedre temperaturkontroll i prosessorer, elektroniske sensorer og avansert industriutstyr.

Det er foreløpig ikke dokumentert at teknologien kan redusere strømforbruket i kommersielle datasentre.

Kan få betydning for norsk industri

Også i Norge kan teknologien på lengre sikt bli interessant.

Industrien på Haugalandet og i Sunnhordland bruker avansert elektronikk og sensorer i blant annet offshoreinstallasjoner, energianlegg og maritim virksomhet.

Her kan utstyr være utsatt for store temperaturforskjeller og krevende driftsforhold.

Dersom teknologien utvikles videre, kan spesialmaterialer som styrer varme, bidra til bedre beskyttelse av følsom elektronikk.

Også norske datasentre kan i fremtiden ha nytte av materialer som gjør det enklere å kontrollere temperaturer rundt databrikker og annet utstyr.

Dette er mulige anvendelser. Den nye forskningen har ikke demonstrert ferdige produkter for norsk industri.

Kan også få militær betydning

En annen mulig anvendelse er å gjøre utstyr vanskeligere å oppdage med termiske sensorer.

Varmekameraer brukes i dag blant annet til overvåking, søk etter mennesker og registrering av kjøretøy og teknisk utstyr.

Forskerne mener at fremtidige versjoner av materialet kan brukes til å redusere synlige temperaturforskjeller i bestemte situasjoner.

Men teknologien har en viktig begrensning.

Den nåværende konstruksjonen er utviklet for å lede varme som kommer utenfra, rundt et skjult område.

Det er langt vanskeligere å skjule objekter som selv produserer varme, slik som mennesker, motorer og elektroniske komponenter.

Slike anvendelser krever videre forskning.

Dansk professor deltok i utviklingen

Forskningen er ledet av professor Xiaojia Shelly Zhang ved University of Illinois Urbana-Champaign.

Også forskerne Weichen Li og Yibo Wang har deltatt, sammen med professor Ole Sigmund ved Danmarks Tekniske Universitet.

Dermed har prosjektet også en nordisk tilknytning.

Forskerne mener den nye konstruksjonen viser at det er mulig å styre varme i tre dimensjoner med langt større frihet enn tidligere.

Neste mål: Skjule varmekilder

Den store utfordringen fremover blir å utvikle materialer som også kan håndtere varme som produseres inne i det skjulte området.

Dette vil kreve mer avanserte løsninger som kan flytte, fordele eller kontrollere varmeenergi etter behov.

Dersom forskerne lykkes, kan teknologien få langt flere anvendelser innen elektronikk, temperaturbeskyttelse og avanserte materialer.

Foreløpig er det snakk om en eksperimentell konstruksjon som er testet under kontrollerte forhold.

Men forskerne har demonstrert et viktig prinsipp: Ved å styre hvordan varme beveger seg gjennom et materiale, kan et objekt skjules for termisk avbildning uten at det fysisk forsvinner.

Dermed har ideen om en usynlighetskappe kommet ett skritt nærmere virkeligheten – i hvert fall for varmekameraene.