Pek Yakında Dileyen Herkes Görünmez Olacak mı? >> 3B printerla görünmezlik pelerini basın

Duke Üniversitesi’nden Profesör Yaroslav Urzhumov, ekibiyle birlikte geliştirdiği görünmezlik pelerinini 3B printerla bastı. 7 yıllık bir geçmişi olan görünmezlik teknolojisi, aslında Harry Potter’ın pelerini gibi bizi gerçekten görünmez kılamıyor. Bunu başarmak için, dalga boyu çok kısa olan görünür ışığı da bükebilmemiz gerekiyor ve şimdilik bu mümkün değil.

Duke Üniversitesi’nin çözümü de gerçek bir görünmezlik pelerini sayılmaz. Öncelikle üzerinize ceket gibi geçiremiyorsunuz! İkincisi, bu sistem eşyaları sadece mikrodalgalar için görünmez kılıyor. Ancak mikrodalga fırınlarının yaydığı enerjiyi çıplak gözle görebilseydik, Duke Üniversitesi’nin çözümü bu enerjinin yaydığı dalgaların görünmez olmasını sağlayacaktı.

Profesör Urzhumov’un buluşu insanlık için önemli bir adım. Görünmezlik pelerinleri sayesinde, park halindeki araçları veya evde oturan insanları gizli servislerin kullandığı termal kameralardan gizleyebiliriz. Ayrıca 3B printerla görünmezlik pelerini basmak, gelecekte isteyen herkesin görünmez olabileceğini gösteriyor.

 

 

İnsanoğlunun binlerce yıllık rüyası

Görünmezlik sistemleri, dünyanın ilk “aktif optik kamuflaj sisteminin” tanıtıldığı 2006 yılından beri çeşitli şekillerde üretiliyor. Ancak bilim adamlarının peşinde olduğu şey bu değil. Onlar, Robert Jordan’ın Zaman Çarkı epik fantezi romanında Muhafız Lan’in giydiği türden, çevreye göre renk değiştiren basit bir kamuflaj pelerini üretmek istemiyorlar. Fizikçiler ve mühendisler, Harry Potter tarzı gerçek görünmezliğin peşinde ve Duke Üniversitesi’nin teknolojiyi 3B printer ile halk arasında yaygınlaştırması sayesinde, gerçek görünmezlik sandığımızdan yakın olabilir.

Duke Üniversitesi, tıpkı dünyanın diğer araştırma kurumları gibi konunun önemini anlamış durumda. ABD ordusunun tümüyle görünmez askerlerden oluşan hücum kıtalarını düşmanların üstüne salma hayalleri kurmadığını biliyorlar… Ama savaş uçaklarının radara veya termal kameralara yakalanmasını önleyebilirlerse, Amerika Birleşik Devletleri ve müttefiklerine büyük bir avantaj sağlamış olacaklar.

 

 

Görünmezlik farklı, hayalet uçak farklı

Bu anlamda görünmezlik sistemleri “hayalet uçaklardan” çok daha gelişmiş bir teknolojidir. F-117 ya da B-2 gibi hayalet uçaklar (stealth) söz konusu olduğunda, bir uçağın radara yakalanma şansını azaltıyorsunuz. Bununla birlikte görünmezlik sistemi ile daha fazlasını yapabilir ve o uçağı tümüyle görünmez kılabilirsiniz.

Mayıs başında Türk İnternet web sitesinde yayınlanan haberimde, dünyanın 3B printerla basılan ilk tabancasına ait tasarım planlarının, Pirate Bay gibi torrent siteleri üzerinden internete dağıtıldığını söylemiştim. Urzhumov’un 3B printerla basılan görünmezlik sistemini de bu bağlamda düşünmemiz gerekiyor. Eskiden ileri teknoloji ürünü sistemler ABD ile Rusya gibi zengin ülkelerin, silahlı kuvvetlerin ve istihbarat örgütlerinin tekelindeydi. Günümüzde ise 3B printerlar gelişmiş ülkelerin teknoloji tekelini kırıyor.

Harry Potter rüyası ile ABD İleri Savunma Araştırmaları Projeler Dairesi’nin (DARPA) somut araştırmalarını buluşturan görünmezlik sistemleri, kamuflaj teknolojisini yeni bir hedefe yönlendiriyor: Bu tür sistemler, bir aracın düşman tarafından tespit edilmesi ihtimalini azaltmaya yönelik geleneksel stealth teknolojisinin tersine (radar kesiti, ısıl imza, optik teşhis vb.), o aracı tümüyle görünmez kılmayı amaçlıyor.

 

 

Işık heykeltıraşları

Dikkat ederseniz yazının başından beri ışığı bükmek ve yolunu değiştirmekten söz ediyorum. İyi de bunu nasıl başaracağız? Isaac Asimov’un Solaria gezegenini anlatan Robot romanlarında ışık heykeltıraşı Gladia Solaria’nın eserlerini üretmek için yaptığı gibi; işe bir tür “ışık labirenti” yaratarak başlayabiliriz. Işık labirenti ilkesini dünyanın ilk dürbünlerinin geliştirildiği tarihten beri kullanıyoruz. Örneğin benim gibi miyop olanlar, numaralı gözlük takarak etrafı bulanık görmekten kurtuluyor. Gözlük camları, ışığı miyop gözlere göre bükerek neredeyse sağlıklı insanlar gibi net görmemizi sağlıyor.

Şimdi biraz da kaleydoskopa benzeyen bir ışık tüneli, farklı bir ışık labirenti yaptığımızı düşünelim. Yine ışığı büken gözlük camı ilkesinden hareket ediyoruz ama bu kez öyle bir ışık labirenti yaratıyoruz ki ışığın yolu tümüyle değişiyor. Normalde sizi aydınlatarak görünmenizi sağlayacak olan fotonlar vücudunuza değmeden teğet geçiyor.

 

Ancak görünmez olmak için sizi aydınlatan ışığı kesmek yeterli değildir. Sadece bu olsaydı siyah bir gölge olarak yine göze çarpardınız. Nitekim, arkanızdan gelen ışık da giydiğinizi varsaydığım görünmezlik pelerini “kumaşının” yüzeyini takip ederek önünüze geçiyor ve bu iki etki bir araya geldiğinde görünmez oluyorsunuz. Bunu basit bir numaralı camla başaramayız.

Görünmezlik için bize optik yasalarına aykırı olarak “ışığı imkansız açılarda” büken özel materyaller lazım. Şeffaf plastik gibi tek katmanlı bir materyalle görünmez olmayı başaramayız. Ancak cam, plastik gibi farklı malzemeleri “dokuz kat tat gofret” gibi üst üste yapıştırırsak, sandviç benzeri bir kompozit malzeme üretmiş oluruz. Bu meta materyal isteğimiz ışık labirentini oluşturacaktır.

 

 

Görünmezlik pelerini yapmak kolay da giymek zor

Bugünkü görünmezlik pelerinleri metal gibi sert maddelerden üretiliyor. Oysa bu tür pelerinleri özel bir görünmez kumaştan üretirsek üstümüze giyebiliriz. Bu mümkün mü? Sorunun cevabı evet.

Elinizdeki pelerinin ışığı bükerek görünmezlik sağlayan “özel fiber optik ipliklerden” dokunduğunu düşünün! Bugün internet bağlantısı için veri taşıyan fiber optik kablolar üretiyor ve evimize fiber internet döşüyoruz. Fiber optik kablolar da ışığı bükerek, veriyi ışık sinyalleri halinde iletiyor. Biraz daha bükersek (tabii olay bu kadar basit değil) görünmez ipliklerden görünmez giysiler dokuyabiliriz. Bilim adamları şimdiden saydam fiber optik kablolar üretmek için çalışmalara başladılar.

Yandaki çizimin sol üst köşesinde ışığın boşlukta nasıl yol aldığını görüyorsunuz. Işığın önünü kesen hiçbir şey yok. Oysa benim önünde durduğunuz zaman, arkanızdaki ışığın yolunu kesersiniz (sağ üst köşe). Resmin alt tarafındaki çizimde ise görünmezlik pelerininin çalışma prensibi gösteriliyor: Görünmezlik pelerini ışığı etrafınızda bükerek önünüze geçiriyor ve böylece size bakan biri için cam gibi şeffaf oluyorsunuz.

 

 

Görünmez olmak kolay değil

Görünmezlik pelerininin ışığı bükmesi aynı zamanda ışığın yolunu uzatıyor. Dolayısıyla binadan gelen ışıkla aranızda “görünmez ve şeffaf bir insan” dursa bile, ışığın gözlerinize ulaşması gecikiyor. Yine de biz sıradan insanlar şanslıyız: İnsan gözünün, boşlukta saniyede yaklaşık 300 bin km hızla giden ışığın hızındaki bu küçük değişikliği fark etmesi mümkün değildir. Öte yandan, süper hassas termal kameralar aradaki farkı anlayabilir.

Diğer sorun ise ışık ışınlarının bükülmesinden kaynaklanan faz değişikliğidir ama bu konuda da günlük hayat için sıkıntı yok: Günlük şartlarda, ışığı bükerek bulandıran son derece rutubetli ve tozlu bir şehir havasında yaşıyoruz. Bu yüzden, en hassas kameraların bile aradaki farkı tespit etmesi zor oluyor ama sistemdeki zorlukları düşünürken en azından şunun farkına varıyoruz: Bilim adamları insanlar için görünmez olmaya çalışmıyor; insan gözünden çok daha duyarlı olan termal kameralar ve radarlar için görünmez olmaya çalışıyor. Zor olan bu :).

 

 

Hareketli cisimleri görünmez kılmak şimdilik olanaksız

Duke Üniversitesi’nin mikrodalga görünmezlik sistemi biraz da basının ve halkla ilişkiler ajanslarının çabalarıyla “görünmezlik pelerini” olarak lanse edildi, ama ne insanları görünmez kılabiliyor ne de gerçek bir pelerin gibi cisimleri örtebiliyor. Parçalarını 3B printer ile bir gecede basabileceğiniz bu sistem daha çok bir “görünmezlik kutusunu” andırıyor.

Görünmezlik kutusunu bastıktan sonra, mikrodalga boyunda görünmez kılmak istediğiniz eşyayı kutunun içine yerleştiriyorsunuz. Kafamıza kutu geçirerek sokağa çıkmadığımız sürece bu sistemi kullanamayız ve kafamıza kutu geçirirsek sokakta önümüzü göremeyiz. Görünmezlik sistemlerinin bu zaafını yazının ilk bölümünde anlatmıştım.

Sadece bu da değil! Görünmezlik kutusunu bütün diğer engelleri aşsak bile gerçek hayatta kullanamayız. Örneğin bu kutu yolda giden bir arabayı görünmez yapamaz, çünkü hareket ederken mikrodalgaları bükemiyor. Oysa arazide koşan bir insanın rüzgarda savrulan pelerini sürekli açı değiştirecek, kıvrılıp bükülecektir. Işığı buna rağmen doğru şekilde bükerek görünmezlik sağlamak için “fotonik kristaller” gibi egzotik metamateryaller üretmemiz gerekiyor (başka bir yazının konusu olacak).

 

 

Mevcutla ne yapabiliriz?

Duke Üniversitesi’nin görünmezlik pelerini, üstüne garip şekilli delikler açılmış beyaz bir diskten oluşuyor. Urzhumov, elinde tuttuğu diski ABS plastiğinden tek parça halinde üretmiş ve sabit cisimler söz konusu olduğunda, bu basit parça görevini başarıyla yerine getiriyor.

Bu sistem, ortasına yerleştirilen eşyaları 10 GHz mikrodalga frekansında (yaklaşık 3 cm dalga boyunda) görünmez yapıyor. Eski görünmezlik sistemleri ise, elektromanyetik dalgaları bükerken büyük enerji kaybına yol açıyordu ve sadece birkaç mikrodalga boyundaki cisimlerin görünmez olmasını sağlayabiliyordu (maksimum 9 cm boyundaki nesneler).

Urzhumov’un çözümü 10 GHz’te pek az kayıpla çalışıyor. Sistemin kırılım indisinin 1,56 olması ise çok daha önemli bir gelişme: Işığın bu ölçüde bükülebilmesi, metrenin binde biri kalınlığındaki ipliklerden üretilen bir görünmezlik pelerini dokuyabileceğimiz anlamına geliyor. Eskiden bunun için metrenin milyarda biri kalınlığındaki mikroskobik iplikler üretmemiz gerektiğini sanıyorduk. Artık işimiz daha kolay ama karşılaştırma açısından, Urzhumov’un çözümündeki “ışık bükme deliklerinin” 3 cm çapında olduğunu söyleyebiliriz.

 

 

Mikrodalga görünmezlik için üretim teknikleri

Duke Üniversitesi’nin 3 cm kalınlığındaki ve 14 cm çapındaki bir diskten oluşan görünmezlik sisteminin en büyük sınırlaması, sadece radyal yönelimli mikrodalgalar için görünmezlik sağlaması. Soldaki resimde görünmezlik diskinin içindeki ve çevresindeki elektrik alanları görülüyor. Sağda ise polietilen karbon polimerlerden (PEC) üretilen katı bir cismin çevresinden geçen elektrik alanları görülüyor. Mikrodalgalar soldan geliyor. Mavi renk elektrik alanının etkili olmadığı yerleri ve koyu kırmızı da elektrik alanının en güçlü olduğu bölgeyi gösteriyor.

Elektrik alanının cisme nüfuz ettiği yerler, aynı zamanda mikrodalga boyunda belirgin gölgeler yaratıyor. Bu da cismin görünür olması demek (kırmızı). Görünmezlik sisteminde ise mikrodalgalar plastiğin iç bölgelerine nüfuz etmeden kenarından dolaşıyor (mavi). Bu da görünmezliğin sağlanması anlamına geliyor. Bilim adamları bir cismin bu sistem sayesinde ne kadar görünmez olduğunu, plastik diskten her yöne saçılan mikrodalgaların şiddetini ölçerek hesaplıyor. Mikrodalgalarda parazit olarak tabir edebileceğimiz bozulmalar ne kadar azsa, görünmezlik sistemi o kadar iyi çalışıyor demektir.

 

 

Urzhumov’a göre yakın gelecekte masallardaki görünmezlik pelerinlerini üretmek mümkün olacak: “Bu yaklaşımın görünür ışık ve kızılötesi ışınlar için optik görünmezlik yolunda atılan bir adım olduğuna inanıyoruz ve bu pelerinleri saydam polimerler veya camdan üretmek için gereken nanoteknoloji elimizde mevcut. Saydam polimerler ve camın özellikleri, bizim ürettiğimiz polimerlerin mikrodalga frekanslarında gözlemlenen özelliklerinden pek farklı değildir.”

Basit banka soyguncularından anne babasına şaka yapmak isteyen çocuklara ve özel harekat timlerine kadar herkesin görünmez olacağı bir dünyaya doğru gidiyoruz. Görünmezlik de tıpkı diğer teknolojiler gibi iyilik için veya kötülük için kullanılabilir. Sonumuzun ne olacağını pek yakında “göreceğiz.”

 

3B printer ile görünmezlik pelerini basın