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未来隐身衣的技术设想 2021-04-06 18:49:26


戴榕菁

 

一提起隐身衣人们通常会想到的是设法让自然光在隐身衣表面发生连续折射而绕过被隐身的物体。这也确实是世界各地的相关的科研和工程机构所努力的一个目标,但是经历了几十年的尝试目前没看到有什么突破性进展,估计主要难度在于无法解决复杂的表面几何问题。

2018年我在我的英文科幻小说“The Red Hat”中,描述了一种隐身衣的设想。虽然那只是在科幻小说中的设想,但是我可以有把握地认为按照人类目前已掌握的材料与芯片以及光学摄像显像技术来说,即便不是马上能制作出来,也很快能够制作出来。可惜,我的那本小说一直被主流出版社排斥,尽管我自己拿它来与BN那些充斥在书架上的大量科幻小说来相比,认为我的小说只有比它们强而没有半点逊色,就是英语文笔也不会比他们差。但是,毕竟当今出版界的水平实在太差,他们所追求的并不是这高水平的具有实际潜力的科幻,而是那种渲染气氛的闹剧而已。既然无法让英文读者欣赏我的小说,那我就将该小说中设想的未来科技之一的隐身衣技术直接与这里的中文读者分享一下吧。

为方便读者理解这里要介绍的关于一般任意物体的隐身衣的设想,这里要分两部分来写,在介绍关于一般的隐身衣的设想之前先谈一下简单的容易想象也容易制作却有着很大的实用潜力的隐身屏风技术,然后再来谈关于一般物体的全包隐身衣的设想。

1. 隐身屏风

隐身屏风的概念听起来不复杂,那就是用几对相互平行的平板围出一个小空间,将该空间内部的物体进行隐身。因为这种做法比较粗糙,因此只能对远处的观察者进行隐身,接近了就不行了。但在开阔的战场上仍然可以起到一定的隐身的效果,最多在顶部再装上伪装层以防止引起远距离侦察的无人机的注意。

它的基本思路就是每块平板本身是布满微小的针孔摄像头的显像屏幕。我们知道,所有的显像屏幕都是由不连续的像素集合构成。这里的要点就是在显像屏幕的硬体上的像素显示之间嵌入微小的针孔摄像头,对一定距离(如几米)外的人来说,根本不会注意到像素之间由于分布针孔摄像头而产生的画面不连续。而每个屏幕上显示的就是与它平行的另一个屏幕上针孔摄像头所拍摄的画面,因此在一定的意义上,这就相当于让每一面的光线透过了被隐身的空间而打到了另一面去。而摄像与显像的电脑处理器就可以放在中间隔出的空间中。

上面这一步应该是不难的,主要的困难有两点:

a) 如何做到不反光。一般家用电器的屏幕都能把观众的脸反射出来,这种状况即便是对远处的观察者来说,也容易发现异常。所以,屏幕的反光的处理是一个关键。不过,由于上述屏幕不是一整块平板而是嵌入了针孔摄像头,这本身也具有一定的减少反光的效果,具体效果有多好只有做出来测试一下,如果效果不错,那么至少对于这种隐身屏风来说就不需要采用专门的无反光材料了。

b)如何降低红外辐射。未来的战场上可能会大量用到红外扫描,在空旷的田野中一个小隔间的红外辐射当然会高于周围的空间。但是,如果能适当地降低它红外辐射,那么对于远处的扫描来说也可以将就过去了,毕竟在旷野里人们还是会以光学侦照为主。而适当的降低红外可以通过在屏幕内部贴上防热材料或图上放热颜料来实现。当然,当用在战场上时,表面防雷达波的功能也很重要。

这样的隐身屏风的原理稍加修改,就可以用在飞机,船只,和地面运行载具上。因此对于不论民用还是军用目的的光学隐身都很重要。现有的雷达隐形技术虽然可以帮助飞机躲过雷达侦察,却无法躲过卫星上的光学侦查。而用这种隐身屏风的原理制造出的飞机可以帮助飞机甚至躲过卫星上的光学侦查。

当然,我们不用担心坐在屏风围出的空间里的人看不到外面,因为屏风四面甚至顶部都长满了“眼睛”,里面只要多装几个监控视频就可以了,甚至还可以直接与卫星联络以了解大范围的状况。

2. 全包隐身衣

我这里所谓的全包隐身衣就是如在电影哈利波特中的那种可以将任何物体在任何场所下进行全面隐身的材料。很显然,这种材料与前面提到的隐身屏风相比有两大基本不同点:

首先,它一定要像布一样的柔软,而且不能太厚,其厚度要在半毫米左右或以下。今天的柔软屏幕的技术正向这方面发展,估计在不远的将来就可以满足上述的厚度及柔软度要求;

其次,除了分布有针孔像头的屏幕之外,隐身材料必须还要有另一层隔热材料,在隔热材料与屏幕之间的夹层中便是分布有大量芯片和线路的处理器。这是因为这种需要穿着到处跑的的隐身衣的电脑处理器显然不能象上面的隐身屏风的电脑处理器那样地坐落在被屏风隔出的空间中,因此必须内置在隐身材料中。现如今的最小芯片为奈米(nm)级大小,而一奈米是1毫米的一百万分之一,因此如果屏幕层和隔热层各为半毫米的话,中间处理器夹层的厚度基本可以忽略。

当然,上述的隔热层应该是吸热但不散热的一层。它应该能将被隐身的人体或其它物体以及芯片和屏幕散发出的包括红外辐射在内的热量尽可能地吸收进去,而且需要热容量极高。最好是某种可以定向定点散热(比如从物体底部或人脚上散热)的复合材料。

以目前人类的材料和电子技术来说,要满足上述两个要求应该不会是很久以后的事。不过,如前面的隐身屏风类似,真正的挑战是在满足了上述基本条件之后的如下几个问题:

1)隐身材料的屏幕面的反光问题必须得到解决。我相信随着奈米材料科学的发展,这一点应该是可以解决的,加上如前所述,屏幕上所分布的针孔像头本身就会具有一定的减弱反光的作用。

2)虽然隐身衣不像上面提到的隐身屏风那样有着固定的相互平行的两个平板以创造出光线虚拟穿透的效果,但其基本原理是一样的,还是要将任何一面的摄像头摄录的画面即时地在相反面上显示出来。

但是,由于实际物体(比如有着双臂双腿和脑袋的人体)的形状比固定的平行平面要复杂千百倍,夹层中的分布式的电脑处理器就要扮演比隐身屏风中的处理器重要千百倍也复杂千百倍的任务。而其中最重要的一点就是随时找到隐身衣的动态的几何中心,并以这个中心为原点建立虚拟的三维坐标系,并在这个坐标系中随时算出从任何方向看去的对应的相反的两点,然后将这两点为中心的局部上的针孔像头摄录的画面在相对应的面相应的局部屏幕上显示出来。

很显然,这样的计算不但算法难度大,而且要求的计算量也很大,特别是在处理诸如双臂与身体之间的部位或衣服上出现的皱褶的地方的计算难度会更大些。好在我们的隐身材料的夹层中可以有成千上万个芯片进行并行运算处理。另外,为了减少难度,也可将隐身衣做成一个外表圆滑的罩子,这样相对容易些,只是穿隐身衣的人需要经过特殊的训练才能熟练的使用这样的隐身衣而不跌跤。

3)这里我们又遇到一个高难度的挑战,那就是要采用特殊的变画技术,使得同一个局部表面从不同的角度看上去会根据它在相关方向上所对应的不同点而呈现出的不同图案。这应该是这里所设想的隐身衣技术中的最大的难点。但是,随着奈米技术的发展,我相信在这方面能够达到一定的满意度。

尽管奈米变画技术的满意度有可能存在一个理论上限或瓶颈,这并不会对我们的隐身构成太大的威胁。这里的关键在于不同角度的背景本身具有一定的连续性,因此我们的变画却反而不用对所有角度都具有连续性,当我们的变画面不能连续反映不同的角度时,由于背景本身所具有的连续性,会使得看上去的不连续性大大减少。有一种心理学理论甚至认为我们看到的图像只有10%是真正由目视接受的,90%都是人脑根据经验拼凑出来的。因此,即便隐身衣显示出的背景出现一些稍微不连续的恍惚,人们很容易忽略之,尤其当这个人在移动时,那种不连续会稍现即逝,人们通常会忽略。其实,人们平时在开阔处远视时,常会因为地面的空气自由对流而出现恍惚。

所以,即便是我们的奈米变画技术的满意度存在一个理论上限或瓶颈,除非你遇上视力极好而且极为细心的人,对一般人来说,如果视力有些模糊,在采用了一定的变画技术之后,应该不是大问题;即便是对视力较好的人来说,在一定距离(比如一两米)之外,也应该不会是太大的问题,毕竟我们平时看东西总是存在着一定的模糊性。

当然,任何隐身技术都不可能象哈利波特电影里那样100%地完美地隐身,因为那毕竟是奇幻片。但是,只要我们的隐身衣能够在闹市区的大多数人面前蒙混过去就是很好的了。至少我们可以让穿隐身衣的人在从黄昏到拂晓这段时间穿上它招摇过市而不用担心被别人识破。我在小说The Red Hat里还特别讨论了穿这这种隐身衣应该注意的可以帮助减少被识破的一些要点,这里就无须赘述,毕竟那只是小说的情境而已。至于用它来对固定物体进行隐身,那就更不需要担心变画效果不完美的问题了。只要物体外形保证一定的圆度,而且放在特选的部位,在绝大多数情况下应该不会因为变画技术的瓶颈而被人识破。

4)隐身衣的分布式(它可以有成千上万个芯片)的电脑处理器的并行运算的协调统合本身也会是一个挑战。当然,尽管夹层中可以有成千上万个芯片,我们并不一定真正需要有成千上万个芯片,只要有足以应付我们所需要的计算的芯片就可以了,如果两三个就足够了,我们就用两三个,如果两三百才足够,我们就用两三百个。

5)穿着隐身衣或披罩隐身斗篷的人对外界的观察就当然不能象前面提到的隐身屏风里的人那样可以看监控视频了,而是需要用特制的装在隐身衣头部的虚拟(VR)全息眼镜,可通过切换频道而看到隐身衣外面的前后左右天上地下的一切。如同战斗机飞行员的全息头盔一样,隐身衣的使用者将需要经过特殊的训练学会使用那样的全方位的全息眼睛。被隐身的人还可通过特殊的助听器清楚地听到外部的声音。总之,躲在隐身衣内部的人对外面的状况可以了如指掌。

 

上面就是我在科幻小说The Red Hat里面构想的未来隐身技术的设想,其中所谓的“针孔”的大小是相对于屏幕上的像素而言,只要在一定距离外不影响画面的“连续性”即可。如果这里哪位有条件的读者哪天能够按照这里的思路造出这么一件来,别忘了拍一段录像来分享J

对了,还有非常重要的一点:任何有能力制造本文所构想的隐身衣的人都千万记住:不要象我在小说中所描述的一类人那样用隐身技术危害人类!我之所以会在小说中以及这里介绍这样的技术是因为我认为如果我能想的出,别人就算现在没想到,早晚也会想到,因此提前将它的功能指出来,反而可帮助社会在合理利用隐身技术的同时防止它被用于危害人类的地方。。。。。。


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作者:破棉袄 留言时间:2021-04-07 23:22:25

有道理,点子不错

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