เสื้อคลุมพิมพ์ลาย 3 มิติ ตบตากล้องอินฟราเรดด้วยการเบี่ยงเบนความร้อน
ทีมนักวิจัยสหรัฐฯ และเดนมาร์กพัฒนาเสื้อคลุมความร้อน 3 มิติอิสระ สามารถซ่อนวัตถุซับซ้อนจากกล้องอินฟราเรดได้โดยไม่ทิ้งรอยความผิดปกติ
ภาพประกอบจากคลังภาพสต็อก ไม่ใช่ภาพจากเหตุการณ์จริง
- นักวิจัย UIUC และ DTU พัฒนาเสื้อคลุมความร้อน 3 มิติอิสระ
- วัสดุผสมโครงสร้างอะลูมิเนียมพิมพ์ 3 มิติและยาง PDMS
- เบี่ยงเส้นทางความร้อนรอบวัตถุแทนการสร้างกำแพงกั้นแบบเดิม
- ทดลองสำเร็จกับวัตถุรูปทรงผลไม้และหน้าคนในห้องทดลอง
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา-แชมเปญ (UIUC) และมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก (DTU) ได้ร่วมกันพัฒนาเสื้อคลุมความร้อนแบบ 3 มิติอิสระที่สามารถซ่อนวัตถุรูปทรงซับซ้อนจากการตรวจจับด้วยรังสีอินฟราเรดได้ อุปกรณ์ชิ้นนี้ไม่ได้ทำหน้าที่เพียงแค่กั้นความร้อนจนกลายเป็นจุดเย็นน่าสงสัยบนจอภาพ แต่เลือกที่จะนำพาพลังงานความร้อนให้ไหลเลี่ยงพื้นที่ที่ต้องการปกป้อง ก่อนจะปล่อยให้เดินทางต่อไปตามเส้นทางเดิม ส่งผลให้รูปแบบอุณหภูมิภายนอกยังคงราบเรียบแทบไม่ถูกรบกวน ซึ่งแนบเนียนกว่าการสร้างกำแพงกันความร้อนทื่อๆ ไว้รอบสิ่งที่ต้องการซ่อน
ก่อนหน้านี้เสื้อคลุมความร้อนมักถูกออกแบบมาให้ใช้งานกับพื้นผิวเรียบ รูปทรงเรขาคณิตแบบง่าย หรือรองรับทิศทางความร้อนที่ตายตัวเพียงด้านเดียวเท่านั้น แต่นวัตกรรมเวอร์ชันล่าสุดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับรูปทรงสามมิติที่ไม่อาศัยรูปทรงเรขาคณิตตายตัว และรับมือกับกระแสความร้อนที่เปลี่ยนแปลงไป โดยทีมนักวิจัยเริ่มต้นจากการทำแผนที่จำลองการเคลื่อนที่ของความร้อนรอบวัตถุที่ซ่อนอยู่ จากนั้นจึงแปลงรูปแบบดังกล่าวให้กลายเป็นโครงสร้างเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นและทิศทางแตกต่างกันไปในแต่ละจุด
ภาพประกอบจากคลังภาพสต็อก ไม่ใช่ภาพจากเหตุการณ์จริง
เทคโนโลยีการควบคุมการไหลของความร้อนนี้ อาศัยหลักการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่า Topology Optimization ซึ่งช่วยคำนวณหาโครงสร้างวัสดุที่เหมาะสมที่สุดในการหักเหคลื่นความร้อน คล้ายกับวิธีที่แผ่น metamaterial หักเหคลื่นแสงหรือคลื่นเสียง การนำอะลูมิเนียมและยาง PDMS มาผสมผสานกันทำให้สามารถควบคุมอัตราการนำความร้อนได้อย่างแม่นยำในระดับจุลภาค
โครงสร้างของเสื้อคลุมชิ้นนี้ประกอบด้วยโครงตาข่ายอะลูมิเนียมที่พิมพ์ด้วยระบบ 3 มิติ ผสานเข้ากับ PDMS ซึ่งเป็นวัสดุคล้ายยางที่มีคุณสมบัติในการนำความร้อนต่ำมาก ตัวอะลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นเส้นทางกำหนดทิศทางความร้อนที่จัดวางไว้อย่างประณีต ขณะที่วัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูงกว่าจะทำหน้าที่หน่วงความร้อนในจุดอื่น การปรับเปลี่ยนความหนาและทิศทางของแกนโครงตาข่ายนี้ทำให้นักวิจัยสามารถควบคุมการเดินทางของความร้อนได้ราวกับระบบจราจรความร้อนที่มีการจัดระเบียบอย่างดีเยี่ยม
ในการทดลองหลัก ทีมงานได้นำแกนกลางรูปทรงแอปเปิ้ลไปใส่ไว้ในเปลือกหุ้มรูปทรงลูกแพร์ แล้วนำโครงสร้างดังกล่าวไปวางไว้ระหว่างแผ่นอะลูมิเนียมสองแผ่น โดยด้านหนึ่งถูกให้ความร้อนจนถึง 40°เซลเซียส ส่วนอีกด้านทำให้เย็นลงด้วยน้ำแข็ง หลังจากผ่านไปหนึ่งชั่วโมง ภาพจากกล้องอินฟราเรดแสดงให้เห็นว่าความร้อนไหลอ้อมวัตถุด้านในและกลับคืนสู่รูปแบบที่เกือบจะต่อเนื่องกันสนิทภายนอกเสื้อคลุม ไม่ว่าจะเดินทางในแนวตั้งหรือแนวนอนก็ตาม
วิธีการดังกล่าวได้รับการทดสอบกับรูปทรงอิสระอื่นๆ อีกหลายแบบ รวมถึงต้นแบบโลหะชิ้นที่สองและโครงสร้างรูปใบหน้าที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสร้างขึ้นจากข้อมูลพื้นผิวเชิงดิจิทัล บางชิ้นถูกพิมพ์ขึ้นด้วยพลาสติกเพื่อยืนยันว่าการออกแบบนั้นสามารถผลิตได้จริง ขณะที่การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าเวอร์ชันรูปหน้าคนสามารถจัดการกับความร้อนที่เดินทางมาตามแกนทิศทางที่แตกต่างกันถึงสามแกนได้
นอกเหนือจากการพรางตัวจากอินฟราเรดแล้ว เทคโนโลยีนี้ยังมีศักยภาพในการช่วยเบี่ยงเบนความร้อนให้ออกห่างจากเซ็นเซอร์ที่บอบบาง ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แบตเตอรี่ หรืออุปกรณ์ที่ต้องเผชิญกับอุณหภูมิสุดขั้ว อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันเสื้อคลุมดังกล่าวยังคงเป็นต้นแบบในห้องทดลองที่มีความแข็งและถูกจำกัดรูปทรงให้ทำงานอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของแข็งและถูกควบคุมไว้เท่านั้น มันยังไม่สามารถนำมาคลุมสวมใส่บนตัวบุคคลหรือเครื่องจักรที่สร้างความร้อนขึ้นมาเองได้ โดยขั้นตอนต่อไปทีมนักวิจัยจะศึกษาพัฒนาระบบแอคทีฟที่สามารถจัดการกับความร้อนภายในเหล่านี้ได้ด้วย ซึ่งนั่นจะเป็นจุดที่การล่องหนทางความร้อนอาจขยับเข้าไปใกล้ความเป็นจริงในชีวิตประจำวันมากยิ่งขึ้น
ที่มา: designboom
พบข้อมูลผิดพลาดในบทความนี้? แจ้งปัญหาบทความนี้
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น