इन्फ्रारेड कैमरे पर, एक गर्म वस्तु आम तौर पर अपने ठंडे परिवेश के सामने स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। इलिनोइस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन के शोधकर्ताओं ने अब एक त्रि-आयामी लबादा बनाया है जो किसी वस्तु के चारों ओर गर्मी को पूरी तरह से मोड़ देता है, इसकी थर्मल रूपरेखा को मिटा देता है और अंदर के स्थान को अत्यधिक तापमान से सुरक्षित रखता है। किसी अवरोध पर गर्मी को रोकने के बजाय, डिवाइस इसे अपने मूल पथ पर जारी रखने से पहले छिपे हुए क्षेत्र के चारों ओर पुनर्निर्देशित करता है, इसलिए बाहर से देखने वाला एक इन्फ्रारेड कैमरा एक तापमान पैटर्न देखता है जो काफी हद तक अबाधित दिखता है, जैसे कि वहां कुछ भी नहीं था।
पहले के थर्मल लबादे क्यों विफल होते रहे?
शीर्षक वाले अध्ययन के अनुसार तीन आयामों में फ्री-फॉर्म थर्मल लबादेनेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित, पिछले प्रायोगिक थर्मल क्लोक केवल सपाट सतहों पर या एक पूर्व निर्धारित मार्ग के साथ गर्मी का प्रबंधन कर सकते थे। यदि गर्मी किसी अन्य दिशा से आती है, तो छिपी हुई वस्तु के कारण होने वाली तापमान गड़बड़ी फिर से दिखाई देने लगेगी, जिससे ये पहले के डिज़ाइन वास्तविक दुनिया के उपयोग के बजाय संकीर्ण, नियंत्रित स्थितियों तक सीमित हो जाएंगे। सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और अध्ययन के लेखकों में से एक, शेली झांग ने कहा कि एक वास्तविक थर्मल लबादे को काम करने की ज़रूरत होती है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि गर्मी कहाँ से आ रही है, और टीम का उपकरण अंदर के तापमान को स्थिर और संरक्षित रखते हुए एक जटिल त्रि-आयामी वस्तु को असीमित संख्या में दिशाओं से छिपा सकता है।
एक गणितीय विचार को भौतिक संरचना में बदलना
पहले के डिजाइनों की सीमाओं से आगे बढ़ने के लिए, शोधकर्ताओं ने ट्रांसफॉर्मेशन थर्मोटिक्स नामक एक अवधारणा पर काम किया, एक सिद्धांत जो गणना करता है कि गर्मी को संरक्षित क्षेत्र के चारों ओर कैसे यात्रा करने की आवश्यकता है ताकि आसपास का तापमान क्षेत्र बाहर से अबाधित दिखाई दे। मुख्य चुनौती उस गणितीय नुस्खे को ऐसी चीज़ में अनुवाद करना था जिसे वास्तव में निर्मित किया जा सकता था, क्योंकि लबादे के विभिन्न क्षेत्रों को सावधानीपूर्वक ट्यून की गई तापीय चालकता की आवश्यकता होती थी, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक भाग को अलग-अलग गति से और अलग-अलग दिशाओं में गर्मी को स्थानांतरित करना था। टीम ने एक जाली सामग्री को डिज़ाइन करके इसे हल किया, जिसकी ज्यामिति को तीन आयामों में स्वतंत्र रूप से समायोजित किया जा सकता है, जिससे प्रत्येक अनुभाग अलग-अलग गर्मी का संचालन कर सकता है और भौतिक उपकरण को एक आदर्श लबादे के लिए अनुमानित व्यवहार के बहुत करीब ला सकता है।
गर्मी को नियंत्रित करने के लिए एल्यूमीनियम और रबर का मिश्रण
अंतर्निहित ज्यामिति पर काम करने के साथ, शोधकर्ताओं को यह साबित करने का एक तरीका चाहिए था कि डिज़ाइन केवल कंप्यूटर सिमुलेशन के बजाय एक वास्तविक वस्तु के रूप में कार्य कर सकता है। उन्होंने गर्मी ले जाने की अलग-अलग क्षमताओं वाली दो सामग्रियों को संयोजित किया, उच्च प्रवाहकीय मार्ग बनाने के लिए एक सटीक एल्यूमीनियम जाली की 3डी प्रिंटिंग की, जो चयनित क्षेत्रों के माध्यम से गर्मी को तेजी से स्थानांतरित करती है, जबकि शेष स्थानों को मोल्ड कास्टिंग के माध्यम से रबर जैसी सामग्री से भर देती है, जो गर्मी को बहुत धीमी गति से स्थानांतरित करती है। साथ में, इन दोनों सामग्रियों ने संरचना के माध्यम से एक नियंत्रित थर्मल मार्ग बनाया, जिसमें कुछ खंड गर्मी के प्रवाह को तेज कर रहे थे और अन्य इसे प्रतिबंधित कर रहे थे, जिससे छिपी हुई वस्तु द्वारा कब्जा किए गए स्थान के चारों ओर ऊर्जा का संचालन हो रहा था।
गर्म और ठंडी परिस्थितियों में लबादे का परीक्षण करना
प्रयोगशाला परीक्षण के लिए, शोधकर्ताओं ने पूरे उपकरण में तापमान ढाल बनाने के लिए लबादे को गर्म और ठंडे क्षेत्रों के बीच रखा, फिर एक इन्फ्रारेड कैमरे का उपयोग यह रिकॉर्ड करने के लिए किया कि गर्मी संरचना के माध्यम से और उसके चारों ओर कैसे घूमती है। बाहर से, थर्मल पैटर्न लगभग ऐसा दिखता था मानो छिपी हुई वस्तु का अस्तित्व ही न हो, गर्मी संरक्षित क्षेत्र के चारों ओर से गुजरती है और मजबूत विरूपण के बिना इसके परे फिर से जुड़ जाती है जो सामान्य रूप से एक रुकावट को प्रकट करती है। लबादे के अंदर, तापमान एक समान रहता था और आसपास की गर्म और ठंडी स्थितियों से अछूता रहता था।
मानव सिर सहित जटिल आकृतियों को छिपाना
डिज़ाइन को आगे बढ़ाने के लिए, टीम ने जटिल त्रि-आयामी रूपों पर लबादा का परीक्षण किया, जिसमें आमतौर पर नियंत्रित प्रयोगशाला प्रयोगों में उपयोग की जाने वाली सरल ज्यामितीय वस्तुओं के बजाय मानव सिर जैसी विस्तृत आकृतियाँ शामिल थीं। इन परीक्षणों से पता चला कि यह विधि प्रयोग को आसान बनाने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन की गई वस्तुओं तक सीमित होने के बजाय अनियमित, जटिल आकृतियों को समायोजित कर सकती है, जो अंततः वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग की दिशा में एक सार्थक कदम है।
जहां अंततः इस तकनीक का उपयोग किया जा सकता है
शोधकर्ताओं के अनुसार, जटिल रूपों के आसपास गर्मी को सटीक रूप से निर्देशित करने की क्षमता उपयोगी साबित हो सकती है, जहां तापमान को सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता होती है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में कमजोर घटकों से गर्मी को दूर करना या नजदीकी गर्मी स्रोतों को नाजुक उपकरणों में हस्तक्षेप करने से रोकना शामिल है। यह अत्यधिक तापमान वाले वातावरण में काम करने वाले उपकरणों की सुरक्षा में भी मदद कर सकता है, और झांग ने संभावित सुरक्षा और रक्षा अनुप्रयोगों पर ध्यान दिया, जिसमें इन्फ्रारेड हस्ताक्षर को कम करना शामिल है जो थर्मल कैमरों को लोगों या मशीनरी को उनके परिवेश से अलग करने की अनुमति देता है। जैसा कि झांग ने कहा, कोई भी क्षेत्र जिसे गर्मी के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, या किसी चीज़ को थर्मल रूप से पता चलने से बचाने की आवश्यकता होती है, इस काम से लाभ हो सकता है।
स्व-उत्पन्न गर्मी को छिपाना अगली चुनौती क्यों बनी हुई है?
वर्तमान उपकरण मुख्य रूप से संरक्षित वस्तु के बाहर से आने वाली गर्मी को पुनर्निर्देशित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। किसी ऐसी वस्तु को छिपाना जो अपनी स्वयं की गर्मी उत्पन्न करती है, काफी कठिन समस्या पेश करती है, क्योंकि आंतरिक ऊर्जा संरक्षित क्षेत्र के अंदर बढ़ती रहेगी और अंततः बाहरी गर्मी को कितनी अच्छी तरह से पुनर्निर्देशित किया जाता है, इसकी परवाह किए बिना अपना स्थान प्रकट कर सकती है। इसे हल करने के लिए एक ऐसे लबादे की आवश्यकता होगी जो केवल एक निश्चित थर्मल मार्ग का अनुसरण करने के बजाय डिवाइस के अंदर और बाहर दोनों स्थितियों के आधार पर गर्मी को गतिशील रूप से प्रतिक्रिया करने, ध्यान केंद्रित करने, वितरित करने या पुनर्निर्देशित करने में सक्षम हो।
थर्मल क्लोकिंग अनुसंधान के लिए आगे क्या आता है
अनुसंधान टीम, जिसमें डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय में प्रोफेसर ओले सिगमंड के साथ पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता वीचेन ली और स्नातक छात्र यिबो वांग शामिल थे, अब इन अधिक सक्रिय कार्यों में सक्षम स्मार्ट, बहुक्रियाशील लबादों की जांच करने की योजना बना रहे हैं। झांग ने कहा कि टीम ने दिखाया है कि एक सच्चा 3डी सर्वदिशात्मक थर्मल लबादा संभव है, और अगला कदम ऐसे लबादों का निर्माण करना है जो न केवल किसी वस्तु को छिपाते हैं और उसकी रक्षा करते हैं, बल्कि सक्रिय रूप से हेरफेर करते हैं कि गर्मी कहां इकट्ठा होती है, कैसे फैलती है और अंततः संरक्षित क्षेत्र को कहां छोड़ती है।
