Thiết bị ngụy trang thông minh ‘biến hình’ như lá cây, né tia laser và ẩn nhiệt

Vật liệu thay đổi pha giúp tàng hình nhiệt và ánh sáng

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một thiết bị ngụy trang hồng ngoại tương thích đa phổ, có khả năng điều chỉnh linh hoạt nhờ sử dụng một loại vật liệu thay đổi pha (phase-change material – PCM).

Dựa trên đặc tính bức xạ hồng ngoại của các loài cây thuộc họ hoa hồng, thiết bị này được thiết kế nhằm đạt được khả năng tương thích đa chức năng gồm: ngụy trang hồng ngoại, quản lý nhiệt, tránh bị phát hiện bởi tia laser và ẩn mình trong phổ ánh sáng khả kiến.

Thiết kế của thiết bị sử dụng thuật toán tối ưu bầy đàn kết hợp với phương pháp miền thời gian sai phân hữu hạn (finite difference time domain – FDTD).

Các nhà nghiên cứu đã ứng dụng vật liệu thay đổi pha In3SbTe2 (IST), vốn có các đặc tính quang học độc đáo. Cả mô phỏng và thử nghiệm thực tế đều cho thấy kết quả tích cực.

Theo công trình được công bố trên tạp chí Opto-Electronic Advances , ở cả 2 trạng thái vô định hình (aIST) và tinh thể (cIST), thiết bị đều đạt được khả năng ngụy trang hồng ngoại mô phỏng cây lá cũng như ngụy trang hồng ngoại siêu phát xạ thấp trong các dải cửa sổ khí quyển (3–5 micromét và 8–14 micromét).

Cụ thể, trong trạng thái aIST, thiết bị có độ phát xạ lần lượt là 0,38 và 0,29 ở các dải 3–5 μm và 8–14 μm, trong khi vẫn duy trì khả năng tàng hình trước tia laser với mức hấp thụ lần lượt đạt 0,99; 0,92 và 0,88 tại các bước sóng 1,064 μm, 1,55 μm và 10,6 μm.

Tối ưu khả năng ngụy trang và ứng dụng quân sự

Ở trạng thái tinh thể (cIST), thiết bị có độ phát xạ lần lượt là 0,36 và 0,08 trong 2 dải nêu trên, cho phép mô phỏng lá cây cũng như ngụy trang hồng ngoại siêu thấp, theo thông cáo báo chí từ nhóm nghiên cứu.

Công trình còn so sánh hiệu suất ngụy trang hồng ngoại của thiết bị với các mẫu lá cây, tấm silicon, tấm bột than và màng bạc trong các dải 3–5 μm và 8–14 μm. Kết quả cho thấy, mẫu nào có độ phát xạ gần hơn thì màu sắc trong ảnh hồng ngoại càng giống nhau hơn.

Ngoài ra, hệ thống mới còn thể hiện khả năng mô phỏng hiệu ứng tránh tia laser, đồng thời tái hiện các đặc tính quang phổ phản xạ và cấu trúc vi mô của thiết bị.

Về khả năng quản lý nhiệt, thiết bị sử dụng hai dải không thuộc cửa sổ khí quyển (2,5–3 μm và 5–8 μm) để tản nhiệt. Khả năng tránh phát hiện bằng tia laser được duy trì ở ba bước sóng cụ thể: 1,064 μm, 1,55 μm và 10,6 μm.

Trong dải ánh sáng khả kiến, khả năng hấp thụ cao giúp thiết bị ngụy trang hiệu quả. Các nhà nghiên cứu cho biết, việc điều chỉnh các thông số hình học của lớp cấu trúc bề mặt cho phép thay đổi màu sắc theo nhu cầu ( Opto-Electronic Advances ).

Hướng tới tàng hình đa phổ và mã hóa động

Nhóm nghiên cứu nhận định: “Công trình này không chỉ cho thấy tiềm năng trong việc chuyển đổi đảo ngược, tái cấu hình hình ảnh và mã hóa động với vật liệu IST, mà còn đưa ra chiến lược hiệu quả để đối phó công nghệ phát hiện đa phổ.”

Thiết bị được phát triển bởi Nhóm Nghiên cứu Quang điện tử Vi-Nano và Cảm biến Thông minh, trực thuộc Trường Khoa học, Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia Trung Quốc.

Các nghiên cứu liên quan của nhóm đã đạt được nhiều giải thưởng cấp quốc gia và quân sự về thành tựu khoa học – công nghệ. Họ cũng đã nộp đơn và được cấp hơn 70 bằng sáng chế phát minh quốc gia.

Công trình đã kết hợp thành công vật liệu thay đổi pha IST với khả năng thay đổi trạng thái, đảo ngược và tạo hoa văn, mở ra hướng phát triển mới cho hình ảnh tái cấu hình, chuyển đổi đảo ngược và mã hóa động.

Việc hiện thực hóa ngụy trang hồng ngoại tương thích đa phổ từ vật liệu IST được xem là một biện pháp hữu hiệu để đối phó với công nghệ phát hiện đa phổ hiện đại, theo kết luận được công bố trên tạp chí Opto-Electronic Advances .