Designing metamaterials for mechanical invisibility cloaks

Kan Harry Potter gömma sig för ultraljud och jordbävningsvågor? De senaste tio åren har intresset för osynlighet nått nya höjder. Detta beror inte bara på Harry Potter, utan har också sin bakgrund i vetenskapliga framsteg. 2003 lyckades forskare visa att man kan i princip göra föremål "osynliga för elektrisk ström", genom att omge dem med ett skikt av material med lämpliga ledningsegenskaper. "Osynlig" betyder här att, inte nog med att det inbäddade föremålet inte påverkar strömmen, utan det "ser ut som" allt innanför skiktet är en homogen kropp. År 2006 lyckades man visa att samma fenomen kan uppträda för elektromagnetiska vågor, alltså för bl a ljus och radarvågor. Man kan alltså i princip gömma föremål så att det inte ens märks att något blivit gömt; jämför skillnaden mellan att använda å ena sidan ett lakan, och å andra sidan att använda Harry Potters osynlighetsmantel för att göra Harry osynlig. I praktiken har det visat sig vara en utmaning att hitta de rätta materialen för att skapa dessa "osynlighetsmantlar"; man talar om svårigheten att designa s k metamaterial, alltså material med speciell mikrostruktor som ger de önskade makroegenskaperna. Även om matematiken ger kravspecifikationen för metamaterialet, så är det inte lätt att hitta den rätta mikrostrukturen. Forskning pågår, och framsteg har gjorts. Men det är inte bara för ljus och elektrisk ström som man kan vilja uppnå "osynlighet": Tänk om man kunde skydda t ex kärnkraftverk mot jordbävningsvågor, genom att arrangera marken kring kraftverket så att kraftverket blir "osynligt" för den seismiska vågen! Eller om man kunde göra fästpunkterna för paneler i fordon och farkoster "osynliga" för stomljud, och man därigenom kunde minska kabinbuller. Eller om man kunde omge de spår som allt snabbare höghastighetståg kör på, med markskikt som styr markvågorna runt känsliga byggnader i spårets närhet, så att byggnaderna skyddas från skadliga vibrationer och vågor. Detta projekt handlar om hur man skulle kunna konstruera sådana "mekaniska osynlighetsmantlar".

Participants

Peter Olsson (contact)

Docent vid Chalmers, Industrial and Materials Science, Material and Computational Mechanics

Funding

Swedish Research Council (VR)

Funding years 2013–2016

More information

Latest update

2015-11-05