lunedì 1 gennaio 2018

Il mantello dell’invisibilità tra realtà e fantascienza di Rosa Maria Mistretta

La tecnologia stealth fu escogitata per conferire l'invisibilità radar parziale a navi e aeroplani, grazie alla forma del mezzo militare e di superfici radar assorbenti (R.A.S.). Inoltre l’aeromobile (o l'unità navale) deve essere dotato di bassa tracciatura termica con sistemi di abbattimento del calore (Infrared signature) affinché non sia localizzato attraversi sistemi all'infrarosso. Già nella metà degli anni ‘70 del XX secolo fu fabbricato il prototipo del futuro F117A, il cosiddetto aereo invisibile.i dell'ambiente limitrofo sulla superficie del mezzo o del soldato che, in questo modo, si mimetizza con gli oggetti intorno. 
Un manto tridimensionale dell’invisibilità, è stato progettato e realizzato in Germania da un’équipe che si occupa di nano strutture, presso il Karlsruhe Institute of Technology. Si tratta di uno speciale materiale in cristallo che riesce a deviare efficacemente i raggi della luce visibile retrostanti un oggetto, in modo da dare l’illusione della sua invisibilità. Questa nanostruttura è stata prodotta grazie a un raggio laser: se su di esso si proietta una luce non polarizzata di una determinata lunghezza d’onda (1,4-2,7 micrometri), la deviazione arriva sino ai 60°. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science:http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1186351 Il segreto di tale risultato è nell'indice di rifrazione del materiale utilizzato. L’indice di rifrazione (http://it.wikipedia.org/wiki/Rifrazione) è una tra le grandezze fondamentali per determinare le proprietà ottiche di un materiale. Quando un raggio di luce passa da un materiale a un altro di indice di rifrazione diverso, la luce viene deviata e la deviazione è tanto maggiore quanto più grande è la differenza di indice. Il classico esempio è quello del bastone immerso in acqua, dove esso appare spezzato, poiché la luce proveniente dalla parte immersa per arrivare all'osservatore passa dall’acqua (indice circa 1.33) all’aria (indice circa 1). Lavorare su queste proprietà potrebbe condurre ad affrontare una singolarità affascinante: ottenere materiali con indice di rifrazione zero per ottenere proprietà d'invisibilità. 
I fisici teorici Thomas Tyc della Masaryk University e Ulf Leonhardt dell'University of St. Andrews e della Singapore National University, in un articolo pubblicato sul New Journal of Physics, affrontano il tema delle “singolarità” dell’indice di rifrazione e delineano un piano per la costruzione di una struttura che ha dispositivi che riflettono la luce incidente da tutte le direzioni, nascondendo l'oggetto alla vista. 
Tyc e Leonhardt sfruttarono gli ultimi ritrovati dell'ottica trasformativa per realizzare tessuti in grado di deviare e controllare la luce a tal punto da rendere sostanzialmente trasparente la persona che li indossa, con l'obiettivo di produrre un materiale in grado di riflettere a luce in modo perfetto. 
A Tokio l'ingegner Susumu Tachi si è meritato la celebrità effettuando la prima dimostrazione mondiale di "mimetismo ottico", un sistema di telecamere, visori e superfici retro/riflettenti che può trasformare un banale impermeabile in una sorta di finestra da passeggio, attraverso cui è possibile vedere la strada, le macchine e le persone che stanno dietro chi lo sta indossando. 


Il macchinario elaborato da Tachi è ai primi stadi di sperimentazione, ma le prospettive del mimetismo ottico sono molte: una volta perfezionato potrebbe servire, ad esempio, al pilota di un aereo in fase di atterraggio per "vedere" in ogni dettaglio la pista.
Le ricerche e le applicazioni inerenti all'invisibilità sono all’avanguardia soprattutto negli Usa, dove le sue possibili applicazioni in campo militare hanno suscitato grande interesse nel Dipartimento della Difesa. (http://it.wikipedia.org/wiki/Velivolo_stealth
Uno dei pionieri è stato un ingegnere californiano, Richard Schowengerdt, che nei primi anni '90 ha fondato il "Project Chamaleon" con l'obiettivo di sfruttare i progressi dell'elettronica, dell'informatica e dei microcomponenti per realizzare nuovi tipi di camuffamento. Il risultato, brevettato nel 1994, è stato il "mantello mimetico elettro-ottico", che rende invisibile un oggetto o un edificio nascondendolo dietro un sottilissimo schermo digitale su cui è riprodotta l'immagine dell'ambiente retrostante. Di recente il concetto è stato migliorato da altri due ricercatori, Philip Moynihan e Maurice Langevin, che hanno elaborato per conto della Nasa una versione perfezionata del "Project Chamaleon". Ispirandosi al mondo animale, Moynihan e Langevin definiscono la loro tecnica "mimetismo adattativo", in omaggio alla capacità di alcune specie di adattare il proprio travestimento alle variazioni dell'ambiente. I due esperti hanno trasformato lo schermo rigido ideato da Schowengerdt in una rete di microschermi al plasma in cui sono inseriti sensori attivi che funzionano come telecamere. 
Collegati da una fibra ottica e controllati da un computer centrale, i piccoli schermi possono riprendere e proiettare l'ambiente circostante. E poiché si tratta di elementi flessibili, diventano un rivestimento che ricopre totalmente l'oggetto da mimetizzare, sia esso un carro armato o un soldato, una tuta mimetica high tech che permette di portarsi "addosso" lo sfondo contro cui si sta muovendo, riproducendolo in ogni sua minima variazione. 
Il fisico britannico John Pendry, con i colleghi americani David Smith e David Schuring alla Duke University, ha sviluppato un “mantello” che potrebbe nascondere un oggetto da un raggio a microonde. Le microonde, che hanno una lunghezza che va da un millimetro a un metro, sono molto più lunghe delle onde della luce visibile, che vanno dai 400 ai 700 nanometri. 
Smith e Schuring hanno costruito il mantello in laboratorio con un tipo di materiale di fili di rame intrecciati su lastre di fibra di vetro. Il metamateriale che Smith e Schuring hanno costruito ha deviato le microonde in tal modo da guidarle intorno all'oggetto, come acqua che scorre intorno ad un sasso in un ruscello. I metamateriali funzionano, però, unicamente con una lunghezza d'onda, ma lo spettro visibile va da 400 a 700 nanometri, quindi, per nascondere realmente qualcosa dalla vista, un materiale dovrebbe funzionare per tutte queste lunghezze d'onda. 
Nei loro articoli, Leonhardt e Tyc delineano un piano per costruire questo materiale, lavorando con la geometria dello spazio curvo, o spazio non-euclideo, progettando un mantello teorico che potrebbe funzionare su una larga gamma di lunghezze d'onda. 
A differenza del mantello che rendeva un oggetto perfettamente invisibile alle microonde, il nuovo design creerebbe una “distorsione di fase”, come una sottile lente di vetro (teniamo a mente questo particolare, per quando vedremo le foto in fondo al presente articolo): un materiale capace di piegare la luce a proprio piacimento, una superficie con proprietà elettromagnetiche tali da deviare i fasci luminosi, farsene lambire e poi costringerli a tornare nella direzione originaria, come se l'oggetto attraversato non esistesse. http://www.pbs.org/newshour/updates/science/july-dec08/invisibility_11-21.html "Credevamo di aver scoperto tutto sull'elettromagnetismo" dice Roberto Olmi dell'Istituto di fisica applicata del Cnr di Firenze. "Fino a quando non si è aperta la strada ai metamateriali: strutture che assumono proprietà fisiche sconosciute in natura, grazie a una particolare disposizione delle componenti microscopiche".