遺伝的アルゴリズムで物体とその充填材を同時に透明化する手法を開発

材料工学の最近の進歩により、科学者たちは透明化の分野により関心を示しています。量子力学、熱力学、音響学など、透明化という用語が登場するいくつかの異なる分野がありますが、この研究は光学領域における電磁的透明化に焦点を当てています。

透明化の研究が現代科学の問題となったのは1967年、ロシアの物理学者ヴィクトル・ベセラゴが負の誘電率と透磁率を持つ材料の理論的分析を発表したときです。以来、材料科学は急速な進歩を遂げました。

この研究では、研究者たちはフィラークローキングベースの手法を用いて、物体の電磁的透明化を実証しました。外部層を追加するのではなく、物体の内部から透明化を達成しました。この技術はいくつかの利点をもたらし、生体工学と光学システムにおける新たな応用を開きます。

散乱断面積（SCS）は、物体の可視性を測定するよく知られた概念です。総入射電力と総散乱電力の比率です。物体を透明にする提案されたほとんどの方法は、SCSをゼロに近づけることに依存しています。

これは、物体が観測者に光を反射し返すことも、あらゆる方向に光を散乱させることもできないことを意味します。また、電力を吸収できないため、影も形成しません。

参照: Nature | doi:10.1038/s41598-018-32070-5 | エストレマドゥーラ大学

アイデアは、外部層を追加するのではなく充填物質を通じて透明化を達成することです。これはハリー・ポッターの透明マントとは全く異なります。代わりに、この技術はH.G.ウェルズのSF小説『透明人間』に着想を得ています。科学者グリフィンが異常な化学物質を注射して透明人間になるというものです。

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研究者たちは、物体と充填材の両方を透明にするプラズモニッククローキング技術を採用しました。これは、外部層によって妨げられることなく物体が周囲と相互作用できるため、他の方法とは大きく異なります。

より具体的には、提案手法は遺伝的アルゴリズムを用いて、物体内部に充填材を注入することで電磁散乱を減衰させることに基づいています。

内部クローキングを外部クローキングではなく使用することが、この手法を他と区別する点です。しかし、大きな挫折があります：外部クローキングで得られるのと同じレベルの透明化は達成できません。

三次元構造に対して有効ですが、等方性物体のみです。また、大型物体には使用できず、得られる帯域幅も依然として非常に小さいです。しかし、著者たちは更なる改良の余地が大いにあると考えています。

充填材を透明化に使用するアイデアは、生体工学や通信での用途から非固体材料の使用まで、多様な応用を開きます。最も一般的な例の一つは、測定対象の機器を妨げない透明な微小プローブでの使用です：充填材で透明化を達成することで、読み取り値の変化を防止できます。

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