Vidim te, ne vidiš me

Koncept nevidljivosti donedavno je pripadao isključivo fantaziji. No još je fantastičnija realnost! Znanost već ima dovoljno znanja da može birati želi li razvijati jednu od dvije tehnologije nevidljivosti.

Piše: Darija Tabulov-Truta
Foto: Liderova arhiva

Ako ste ljubitelj zgoda i nezgoda Harryja Pottera ili igre 'Dangeons and Dragons' ili pak od djetinjstva sanjate o mogućnosti iznenadnog nestanka, onda ste dobro upoznati s idejom plašta nevidljivosti. Prebaciš čarobni plašt preko glave i pred očima cijelog svijeta jednostavno nestaneš! Tko barem na trenutak ne bi volio zaogrnuti takav plašt i osluhnuti što o njemu pričaju ljudi koji su, eto, uvjereni da niste s njima u prostoriji. Istina, dvojbeno je bismo li baš sve voljeli čuti, no osim nekih neugodnih činjenica i komentara dio tako prikupljenih informacija vjerojatno bi nam ipak godio ili nam dao neke životne prednosti. U bajkama, mitovima ili igricama nevidljivost se pretpostavlja, pripisuje magičnim, nadnaravnim silama i stoga ne dovodi u pitanje. Koncept nevidljivosti donedavno je pripadao isključivo fantaziji. No još je fantastičnija realnost: za znanost je nevidljivi plašt postao izvediv! Tehnologija je još daleko od savršene, ali znanost je ima dovoljno znanja da može birati želi li razvijati jednu od dvije tehnologije nevidljivosti.

S jedne je strane tehnologija optičke kamuflaže koju su razvili znanstvenici sa Sveučilišta u Tokiju. Taj pristup funkcionira poput plavog ekrana kakav iza sebe imaju TV prognostičari i oni koji se bave filmskim efektima. Ideja je, da ako želite da ljudi vide kroz vas, snimite ono što će biti iza vas i projicirate na tijelo. Jasno, to se ne može mjeriti sa savršenim prikrivanjem koje je Potteru omogućilo da neometano istraži Hogwards. Tehnologija ipak daje slične, iako ograničene, rezultate. Znatno napredniji pristup leži u istraživanju nevidljivog plašta od metamaterijala, odnosno sićušnih struktura manjih od valne duljine svjetlosti. Ako bi se pravilno konstruirao takav materijal, plašt bi zapravo navodio zrake vidljivog svjetla oko samog objekta, odnosno preusmjeravao ih kao što kamenje mijenja tok potoka. Zasad ta tehnologija radi samo u dvije dimenzije i izvediva je uz iznimno male čestice, manje od 10 mikrometara, no čini se da će biti otklonjen barem dio prepreka vezanih uz taj pristup.

Međutim, pozabavimo se prvo izmijenjenom realnosti optičke kamuflaže. Ona bi stvorila otprilike slično iskustvo kakvo je Potter imao skrivajući se od profesora Snapea, no izvedba je složena. Osoba koja želi biti nevidljiva prvo bi morala odjenuti ogrtač od posebnog materijala, a promatrač bi trebao biti na određenome mjestu. Naravno, pitanje je znači li to da bi promatrač, pomakne li se, mogao otkriti da se pred njim skriva netko stopljen s podlogom pomoću projiciranog materijala. Taj fikcijski plašt daje zaštitu u polumjeru od 360 stupnjeva. No optička kamuflaža nije čarolija, funkcionira primjenjujući tehnologiju proširene stvarnosti kojoj su pionirski otvorili put Ivan Sutherland i njegovi studenti s Harvarda, te Utaha, još 1960. godine. Sustav proširene stvarnosti dodaje računalno generirane informacije korisničkoj senzornoj percepciji. Zamislite se u opuštajućoj šetnji ulicama. Iako možda niste posebno zagledani u svaki izlog, dodatne, periferne informacije prikupljaju se i stvaraju vašu prilično cjelovitu sliku o prostoru. Jasno vam je da ste prošli pokraj primjerice parkiranog vozila. Važno je shvatiti da proširena i virtualna stvarnost nisu isto. Virtualna stvarnost pokušava zamijeniti stvarnost, a proširena je pokušava dopuniti dodatnim sadržajima. Najbolje je to usporediti s heads-up (HUD) displejom za svakodnevni život.

Većina sustava proširene stvarnosti zahtijeva da korisnik gleda kroz poseban uređaj kako bi vidio realne scene obogaćene sintetiziranom grafikom. To, naravno, podrazumijeva vrlo snažno računalo, ali i nekoliko drugih komponenti: odjeću izrađenu od visokoreflektirajućeg materijala, digitalnu videokameru, računalo, projektor te poseban sustav zrcala nazvan kombinator.  Kako se sada postiže efekt nevidljivosti? Kao prvo, treba naglasiti da je plašt izrađen od retroreflektirajućeg materijala. Ta high-tech tkanina pokrivena je tisućama svjetlećih kuglica. Kako svjetlost pada na jednu od tih perli, tako se vraća istim smjerom otkud je došla. Većina stvari koje nas okružuju imaju grubu površinu koja svjetlost raspršuje u različitim smjerovima; jedino zrcalo zbog glatke površine stvara izravnu refleksiju (u kojoj se sve zrake svjetla reflektiraju pod istim kutem s površinom zrcala).

Pri retrorefleksiji kuglice djeluju poput prizme pa lome zrake svjetlosti procesom loma ili refrakcije, koje putuju natrag isto kao i zraka upadne svjetlosti. Rezultat je da promatrač smješten uz izvor svjetlosti prima mnogo više svjetla te vidi i refleksiju svjetlosti. Ta je vrsta materijala prisutna na prometnim znakovima, biciklima, zaštitnim prslucima... Kameru zatim treba postaviti iza predmeta kako bi se uhvatila pozadina. Snimljene fotografije iz kamere računalo preračunava i pretvara u odgovarajuću perspektivu te transformira snimljeno u sliku koja će biti projicirana na retrorefleksirajućem materijalu. Projektor zatim osvijetli modificiranu sliku na materijalu, osvjetljujući svjetlosne perlice kroz otvor kontrolnog uređaja koji se zove iris dijafragma, a napravljen je od neprozirne ploče s okretnim prstenom koji mijenja promjer centralnog otvora. Otvor mora biti veličine vrha igle (da bi se osigurala veća dubina polja), kako bi ekran ili naš čarobni ogrtač mogao biti smješten na bilo koju udaljenost. Dolazimo do dijela kada cjelokupnom sustavu treba specijalno zrcalo, i to kako bi reflektiralo projiciranu sliku na materijal i kako bi se odbijene svjetlosne zrake vratile prema oku korisnika. To posebno zrcalo zove se kombinator jer reflektira i prenosi.
U pravilu smješten ispred oka promatrača kombinator mu omogućava da vidi obje slike: onu računalno prilagođenu i svjetlo iz okruženja. No korisnik mora gledati kroz okance u zrcalu kako bi vidio proširenu stvarnost.

Dakle, opisali smo slijed zbivanja, a osoba koja nosi takav ogrtač postaje nevidljiva jer se u pozadini prikazuje scena na retroreflektirajućem materijalu. Istodobno zrake svjetla od ostatka svijeta mogu doći do oka promatrača kojem se čini kao da nevidljiva osoba postoji u inače uobičajenom prostoru.
Iako plašt nevidljivosti ima prizvuk nadnaravnosti - fantastičnih avantura i zlobnih obmana, aplikacija za optičku kamuflažu još je daleko od ostvarenja. Budući da ta tehnologija pruža razne mogućnosti primjene, mogla bi pomoći pilotima da pri slijetanju pod kokpita učine transparentnim kako bi vidjeli pistu i podvozje. Kada bi pogledali dolje, vidjeli bi vanjsku stranu trupa. Osim toga, u vožnji automobilom više ne bismo morali provjeravati mrtvi kut ili gledati u retrovizor. Umjesto toga, mogli bismo samo pogledati kroz cijeli stražnji dio vozila. A veoma velik potencijal te tehnologije krije se i u medicini. Kirurzi bi zahvaljujući optičkoj kamuflaži mogli vidjeti skrivena tkiva kroz svoje ruke i instrumente. Ipak, optička kamuflaža nije jedini način stvaranja nevidljivosti.

Metamaterijali nude mnogo privlačniju viziju nevidljivosti jer ne zahtijevaju brojne projektore, zrcala i kamere. Ruski fizičar Viktor Veselag još je 1967. godine osmislio koncept malenih umjetnih tvorevina, manjih od valne duljine svjetlosti (one moraju biti preusmjerene) i negativnoga elektromagnetskog svojstva, kako bi utjecale na objekt u interakciji s elektromagnetskim poljima. Treba se pritom podsjetiti da slike do nas stižu putem svjetlosnih valova, a zvuk putem zvučnih. Stoga, ako uspijete kanalizirati valove oko objekta, možete ih i efikasno skriti od pogleda ili sluha. 

Iza te ideje kriju se i metamaterijali koji su proizvod znanosti, a ne prirode, jer za stvaranje strukture potrebne za preusmjeravanje elektromagnetskih valova bila je nužna nanotehnologija. David Smith sa Sveučilišta Duke 2006. godine iskoristio je prijašnje teorije fizičara kako bi stvorio materijal za iskrivljenje protoka mikrovalova. Smithov matamaterijal sastavljen je od koncentričnih prstenova koji sadrže elektronički mikrovalni distorzer (iskrivljač). Kada je aktivan, usmjerava frekvencije specifičnih mikrovalova oko središnjeg dijela materijala.  Ljudi očito ne vide u mikrovalnom spektru, ali tehnologija je pokazala da se energija valova može preusmjeriti oko objekta. Tako je Smith ponudio metodu prema kojoj recept za nevidljivost leži u prilagodbi na različite valove. Već 2007. godine Igor Smolzaninov sa Sveučilišta Maryland i njegov tim stvorili su materijal sposoban za svijanje ne samo oku nevidljivog nego i vidljivog svjetla oko objekta.

Riječ je o samo 10 mikrometara širokom plaštu Purdue koji primjenjuje zlatne krugove ispunjene polariziranom svjetlosti cijena. Ti krugovi usmjeravaju dolaznu svjetlost od skrivenog objekta čineći ga nevidljivim. Kineski fizičari s Wuhana primjenjuju taj koncept na zvučni spektar i predlažu stvaranje akustičnog plašta nevidljivosti. Singapurski su pak znanstvenici nedavno pronašli sustav djelotvoran i na vidljivom svjetlu, koristeći se kalcitom.
No nevidljivost metamaterijala još je ograničena jer su oni mali i ograničeni na dvije dimenzije. Stoga nisu dovoljno dobri da se upustite u 3D spletke. Kako stvari zasad stoje, Harryjev plašt od današnjih metamaterijala teško bi nosio i najsnažniji čovjek na Zemlji pa se ta tehnologija prilagođava za prikrivanje stacionarnih objekata poput tenka. S obzirom na brzinu znanstvenog razvoja, nitko sa sigurnošću tvrditi ne može da se uskoro nećemo doma igrati plaštem nevidljivosti.