До сих пор экспериментальные тепловые плащи могли работать лишь в ограниченных условиях, например, на плоских поверхностях или при воздействии тепла с одного заранее заданного направления. Если источник тепла менял положение, скрытый объект вновь становился заметным на тепловизоре. Кроме того, большинство существующих решений были основаны на компьютерных моделях и не позволяли реализовать полноценную трехмерную конструкцию.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые использовали принципы трансформационной термодинамики — подхода, позволяющего математически рассчитать, как должен распространяться тепловой поток вокруг объекта, чтобы внешнее температурное поле оставалось неизменным. На основе этих расчетов исследователи создали трехмерный решетчатый метаматериал, способный направлять тепло в обход защищаемой области, после чего возвращать его на исходную траекторию.
Конструкция представляет собой гибридную решетку из двух материалов с разной теплопроводностью. Высокопроводящие каналы были напечатаны на 3D-принтере из алюминия, а оставшиеся полости заполнили эластичным материалом, проводящим тепло медленнее.
Изменяя форму и расположение элементов решетки, исследователи добились того, что разные участки конструкции по-разному проводят тепло, формируя необходимую траекторию теплового потока.
Работу устройства проверили в лаборатории, поместив плащ между горячей и холодной зонами. Инфракрасная камера показала, что тепло огибает скрытый объект и продолжает распространяться так, словно препятствия не существует, а внутри конструкции сохраняется стабильная температура. Затем ученые усложнили эксперимент, скрыв внутри плаща объемные объекты сложной формы, включая модели человеческой головы. Во всех случаях тепловая сигнатура оставалась почти незаметной.
Технология может найти применение в системах охлаждения электроники и микрочипов, защите оборудования, работающего при экстремальных температурах, а также в оборонной сфере для снижения заметности объектов в инфракрасном диапазоне. В дальнейшем исследователи планируют создать активные тепловые плащи, которые смогут не только перенаправлять тепло, но и динамически управлять его распределением в зависимости от внешних условий и собственного тепловыделения объекта.
