พัฒนา ‘อภิวัตถุ’ พรางตาได้แล้ว 3 มิติ ผ้าคลุมล่องหนใกล้เป็นจริง

พัฒนา “อภิวัตถุ” พรางตาได้แล้ว 3 มิติ ผ้าคลุมล่องหนใกล้เป็นจริง

เมตา มะเทียเรียล ที่มีความหนาเป็น 1 ใน 10 ของเส้นผมมนุษย์ บรรจุอยู่ในแท่งเหล็กที่นำมาแสดงให้เห็น โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ในเบิร์กเลย์ นับเป็นวัสดุที่ได้รับการพัฒนาขึ้นทางวิศวกรรมชิ้นแรก ที่หักเหการเดินทางของแสงที่ตามองเห็นได้ถึง 3 มิติ (Mike Kepka / The Chronicle)

แม้ว่าการล่องหน จะเป็นแค่จินตนาการ แต่ก็ใช่ว่าจะยากเกินจริง นักวิทยาศาสตร์หลายทีมก็พยายามเอาชนะข้อจำกัดต่างๆ และล่าสุด ทีมจากยูซีเบิร์กเลย์ก็เข้าใกล้ความจริง มาอีกขั้น เมื่อพวกเขาพัฒนา “อภิวัสดุ” ที่หักเหแสงรอบวัตถุ ได้ถึง 3 มิติแล้ว นั่นจะส่งผลให้สิ่งของนั้น หายวับไปกับตา แต่น่าเสียดายที่ยังเป็นระดับนาโนเท่านั้น

จดหมายข่าวฉบับออนไลน์ ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ในเบิร์กเลย์ (University of California, Berkeley) สหรัฐอเมริกา แจ้งความสำเร็จของนักวิจัยในสังกัด ที่พยายามจะสร้างวัตถุล่องหนให้สำเร็จ โดยพวกเขาสามารถพัฒนาวัตถุให้ซ่อนสายตาให้ได้ถึง 3 มิติแล้ว ในระดับนาโน หรือ ประมาณ 1 ส่วนพันล้านเมตร ซึ่งทีมพัฒนาเชื่อว่า สักวัน พวกเขาจะต้องสร้างวัตถุดังกล่าว ให้ใหญ่ขึ้น ถึงขนาดซ่อนคนได้ทั้งคนเลยทีเดียว

วัตถุที่พวกเขาสร้างขึ้นนี้ นับเป็นความสำเร็จครั้งแรกทางวิศวกรรม ที่สามารถเปลี่ยนทิศทางโดยธรรมชาติ ของคลื่นแสง และอินฟาเรดใกล้ (near-infrared) ได้ ซึ่งการพัฒนาดังกล่าว เป็นพื้นฐาน ในการบันทึกภาพความละเอียดสูง, การสร้างแผงวงจรระดับนาโน สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์กำลังสูง และ จุดประกายความเป็นไปได้ จากหน้านิยายวิทยาศาสตร์ ที่ต้องการสร้างอุปกรณ์ล่องหน ซึ่งเบี่ยงเบนแสง ไม่ให้สายตาของมนุษย์มองเห็นได้

การค้นพบครั้งนี้ นำไปประยุกต์สร้าง “อภิวัตถุ” หรือ “เมตา มะเทียเรียล” (meta material) โดยพัฒนาจากวัสดุประกอบ (composite) ที่สามารถหักเห คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นความสามารถที่พิเศษกว่าที่เคยมีมา โดยทีมวิจัยนำโดย ศ.จางเซียง(Xiang Zhang) แห่งยูซีเบิร์กเลย์ ได้ตีพิมพ์ผลความสำเร็จลงในวารสารระดับโลก 2 ฉบับ คือ เนเจอร์ (Nature) ฉบับออนไลน์ วันที่ 13 ส.ค.51 และ ไซน์ (Science) ฉบับวันที่ 15 ส.ค.51

ระบบใหม่นี้ ทำงานเหมือนกับสายน้ำ ที่ไหลผ่านก้อนหิน เพราะแสงจะไม่ถูกดูดซับ หรือสะท้อนด้วยวัตถุที่มีแสงตกกระทบ ดังนั้นผู้คนจะมองเห็นแสงอีกครั้งหลังจากผ่านวัตถุดังกล่าวไปแล้ว จึงทำให้กลายเป็นวัตถุล่องหนไปได้

วัสดุชนิดใหม่นี้ มีคุณสมบัติการหักเหเป็นลบ (negative refractive) และยังมีโครงสร้างหลายชั้น แบบตาข่าย ที่ยังคงลักษณะโปร่งใส ในหลายช่วงคลื่นแสง เป็นไปตามหลักการสร้าง ผ้าคลุมล่องหน หรือ เกราะล่องหน

อย่างไรก็ดี ก่อนหน้านี้ มีทีมวิจัยอีก 2 ชุดที่พยายามพัฒนาอภิวัตถุ ด้วยจุดประสงค์และหลักการเดียวกัน แต่ก็สามารถ สร้างวัตถุที่หักเหแสงได้เพียงแค่ 2 มิติ อีกทั้งยังมีข้อจำกัดที่สามารถใช้กับเลเยอร์เดี่ยวของอะตอมสังเคราะห์ ทำให้ไม่สามารถหักเหแสงได้ดีมากนัก อีกทั้งการสร้างอภิวัตถุ 3 มิติ ที่มีความหนามากขึ้น ก็สามารถหักเหได้เพียงแค่ช่วงคลื่นไมโครเวฟ

เขาอธิบายว่า สายตามนุษย์นั้น มองทุกอย่างในโลกได้ โดยผ่านคลื่นแสงที่ตามองเห็น (visible light) ซึ่งคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงแคบ โดยมีช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 400 นาโนเมตร (แสงสีม่วง) ถึง 700 นาโนเมตร (แสงสีแดงเข้ม) ส่วนแสงอินฟราเรดนั้น เป็นช่วงคลื่นที่ยาวกว่าสายตาจะมองเห็นได้ คือประมาณ 750 นาโนเมตร ถึง 1 มิลลิเมตร (เส้นผมของมนุษย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 100,000 นาโนเมตร)

ทั้งนี้ ในการพัฒนาเมตา มะเทียเรียลนั้น จะต้องทำให้เกิดการหักเหแสงที่ผิดไปจากทางเดิม ในทิศทางตรงกันข้าม และโครงสร้างของวัสดุจะต้อง เล็กกว่าความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบ

จางหัวหน้าทีมวิจัยอภิวัตถุ ที่ประสบความสำเร็จ ประจำอยู่ที่ศูนย์วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนาโน ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ในเบิร์กเลย์ (UC Berkeley’s Nanoscale Science and Engineering Center) ซึ่งสนับสนุนทุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งสหรัฐฯ (National Science Foundation : NSF) และเขายังเป็นนักวิทยาศาสตร์ในสังกัดภาควิชาวัสดุศาสตร์ แห่งห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ เบิร์กเลย์ (Material Sciences Division at the Lawrence Berkeley National Laboratory)

เอ็นเอสเอฟ ช่วยสนับสนุนการวิจัยอภิวัสดุในคครั้งนี้ รวมทั้งทีมวิจัยยังได้รับงบประมาณจากกองวิจัยทางการทหารของสหรัฐฯ ที่หวังว่าสักวันหนึ่ง จะได้ใช้เทคนิคล่องหนกับทางการทหาร โดยต้องการซ่อนรถถัง จากสายตาของศัตรูคู่รบ.

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *