Nesneleri Gerçekten Görünmez Yapabilir miyiz? Görünmezlik Teknolojisinde Ne Durumdayız?

Görünmez olma arzusu çok eskilere dayanıyor. Avcılar ve askerler yüzyıllardır kendilerini kamufle etmenin yollarını arıyorlar bununla birlikte ilim insanları gerçekten görünmez hale getirmeye gittikçe daha da yaklaşıyorlar.

Modern görünmezlik teknolojisi yalnızca uçakları radarlardan gizlemekle kalmıyor, aynı zamanda kızılötesi kameralardan gelen yüksek ısı sinyallerini da gizleyebiliyor ve sesli dalgalarının duyulmasını manileyebiliyor. Peki görünmezlik teknolojisi geliştirmeye ne kadar yakınız?

Göz Önünde Saklanmak

Nesneleri görebilmemizin nedeni, ışığın onlarla tesirleşime girdiğinde emilmesi ve yansımasıdır. Pencere gibi saydam nesneler, ışığın içlerinden neredeyseymiş hiç bozulmadan geçmesine müsaade verir. Bir görünmezlik pelerininin saydam olmayan tek nesneyi gizleyebilmesi için ışığı nesnenin etrafından dolaşacak şekilde yönlendirmesi lüzumir.

Konseptin işe yaradığını gösteren en önceki görünmezlik cihazlarından biri, 2006 yılında Duke Üniversitesindeki mühendisler tarafından geliştirildi. Bu deneysel cihaz, mikrodalgaları etrafından saptırarak "gizlenen" bakır tek silindirden oluşuyordu ve tek mikrodalga dedektörüne sanki oradaki değilmiş gibi görünmesini sağlıyordu.

Bu cihaz, ona sıra dışı özellikler kazandıran ve kesin şekillerin üç boyutlu olarak düzenli aralıklarla tekrar ettiği tek yapı olan metamalzemeden yapılmıştı (bunu tek kristal kafes yapısı gibi düşünebilirsiniz).

Bu erkenden dönem görünmezlik cihazı, yalnızca görece uzunluğu dalgalı boylarına malik elektromanyetik radyasyon olan mikrodalgalar için çalışıyordu. Çok daha kısa tek dalgalı boyuna malik olan görünür ışığa karşı tek nesneyi görünmez etmek ise çok daha güçlu tek sınavdır.

Bunun tek nedeni nano ölçekte kuantum tesirlerinin devreye girmesiyken diğer tek nedeni da pelerinin yalnızca kesin tek mikrodalga boyunda çalışmasıydı. Bir pelerinin tüm ışıklara karşı gerçekten görünmez olabilmesi için kendini gökkuşağının tüm renklerinden gizleyebilmesi lüzumir.

Üstelik bu teknolojiler insanoğlu boyutunda tek şey için değil, yalnızca küçük tek obje için işe yarıyordu.

Daha sonrakiler tek dönüm noktası ise 2018 yılında, Harvard Üniversitesi ve Kanada'daki Waterloo Üniversitesinden araştırmacıların, geniş tek görünür ışık dalgalı boyu yelpazesini etrafından bükebilen metalenslerden (ışığı odaklamak için titanyum tabanlı nano kanatçıklar kullanan düz yüzeyler) oluşan tek alet geliştirmesiyle gerçekleşti.

Bu gelişme bizi amaca tek adım daha yaklaştırdı bununla birlikte giyilebilir, gerçek tek görünmezlik pelerini hâlâ ulaşılmazlığını koruyor. Exeter Üniversitesinde teorik fizik doçenti olan Dr. Simon Horsley bu durumu şöyle açıklıyor:

Herkesin istediği o giyilebilir görünmezlik pelerini başlıksunda araştırmacılar, malzemeleri bu denli esnek hâle getirme noktasında tıkanıp kalmış durumdalar. Günümüzün malzemeleri, etrafınıza geçirebileceğiniz tek silindir gibi olurdu. Ancak içinde hareket edebileceğiniz tek şey istiyorsanız bu bambaşka tek tasarım sualni yaratıyor.

Gökyüzünde Görünmezlik

Hâlâ gerçek tek görünmezlik pelerini geliştirmekten yıllarca uzak olsak da bazı teknolojiler nesneleri halihazırda diğer dalgalı boylarına karşı tesirli tek şekilde görünmez kılabiliyor. Askerî jetleri radarlardan gizleyen tasarım ilkeleri ve malzemeler, buna güzel tek örnektir.

Radar sistemleri, telsiz dalgaları göndererek ve karşılaştığı nesnelerden geri yansıyan dalgaları dinleyerek çalışır. Radar alıcısı, bu sayede tek nesnenin ne kadar uzak olduğunu hesaplayabilir.

Uçakların metalden yapılmış olması, onları radar sinyallerini çok iyice yansıtan ve dolayısıyla belirleme edilmesi çok basit araçlar hâline getirir. Ancak tek uçağın görünmez olmasına yardımcı olabilecek ikisi ilköğretim bileşen vardır.

Bunlardan ilki uçağın şeklidir. Yolcu uçaklarında bulunan çember hatlar, radarı yansıtma başlıksunda mükemmeldir çünkü iletilen hatırlatma uçağa hangi açıyla çarparsa çarpsın, sinyalin tek kısmı her arasında biri zamanlar alıcıya geri dönecektir.

Hayalet uçakların neredeyseymiş tamamlanmış düz yüzeyler ve sivri kenarlar kullanılarak inşa edilmesinin nedeni da budur. Bu uçaklar radar sinyallerini yine saptırırlar bununla birlikte doğrudan alıcıya geri göndermezler.

İkinci bileşen ise radar şeffaflığını artırmak için uçağı metaller ve karbon lifler gibi elektriksel olarak iletken malzemelerden üretmekten kaçınmaktır.

Eğer bu mümkün değilse uçak radar emici özel tek malzemeyle kaplanabilir. Bu boyalar telsiz dalgalarını emer ve onları geri yansıtmak seçenek enerjilerini ısıya dönüştürür.

Bu tür kaplamalara tek örnek, rezonans frekansı tipiklik radarlarınkiyle eşleşen mikroskobik sağlam küreler içeren "demir top boyası"dır. Bir radar sinyali uçağa çarptığında bu küreler rezonansa girerek sinyalin enerjisini çevreye yayılan ısıya dönüştürür.

Bu sayede tek ruh uçak, tesirli tek şekilde küçük tek kuşmuş gibi gizlenebilir. Ancak bu tür malzemeler yalnızca kesin dalgalı boylarında tesirlidir ve radar belirleme sistemlerinin gittikçe çoğalan işlem gücü, uçakların onlardan saklanmasını gittikçe güçlaştırmaktadır.

Elbette ruh uçakların kaçınmak üzere tasarlandığı tekbaşına şey telsiz frekansları değildir. Bu uçaklar genelleme mat siyaha boyanır, geceleyin uçarlar ve pilotlar, yoğunlaşma izlerinin oluşma ihtimalinin daha düşük olduğu irtifalara yönlendirilerek uçakların gökyüzünde ayrım edilmeleri güçlaştırılır. Uçakların motorları tarafından üretilen yoğun ısı da tek diğer sualndur.

Bu sualn, sıcak egzoza soğuk ortam havası enjekte edilerek ve sıcak egzoz ile daha soğuk ortam havasının karışımını en üst düzeye çıkarmak için yarık şeklinde tek egzoz borusu kullanılarak kısmen hafifletilebilir. Hatta bazı tasarımlarda, egzozu aşağıdaki gözlemcilerden gizledi için egzoz borusu kanadın üzerine yerleştirilir.

Yeni kuşak elektromanyetik metayüzeyler da gelen elektromanyetik dalgaları yönlendirmek için daha tesirli tek yöntem vadediyor bununla birlikte geniş tek dalgalı boyu yelpazesi tarafından belirleme edilmekten kaçınma güçluğu hâlâ devam ediyor.

Kızılötesi Görünmezlik

Askerler için kızılötesi teknolojiye karşı kamufle bulunmak vahim tek sualndur. İnsan vücudu doğal olarak yaklaşık 200 Watt kızılötesi radyasyon ya da ısı yayar; bu, üç yuva ampulüyle yaklaşık aynı güçtedir ve doğru ekipmanla basitca belirleme edilebilir.

Basit ve ekonomik tek kızılötesi görünmezlik pelerini alüminyum folyo battaniyedir. Bunun gibi ışıltılı metaller, malzemenin termal radyasyonu ne kadar iyice yaydığının tek ölçüsü olan sıfıra yakın tek salım gücüne sahiptir.

Bu battaniyeler kısa tek süreliğine şaşırtıcı derecede iyice çalışırlar bununla birlikte kısa süre sonraları vücut ısısı battaniyenin içinde birikir ve basitca belirleme edilir. Ayrıca saklandığınız ortamın salım gücüne bağlı olarak örtü kamerada soğuk tek husus olarak da görünebilir.

Manchester Üniversitesinden Prof. Dr. Coşkun Kocabaş ve ekibinin üzerinde çalıştığı daha tesirli tek kamuflaj, tıpkı tek bukalemun gibi çevresel arka plana etkin olarak uyum sağlıyor. Kocabaş, çalışmalarını şöyle anlatıyor:

Başlangıçtaki motivasyonumuz şuydu: Bu hayvanları taklit edebilen akıllı yüzeyler yapabilir miyiz? Grafenin optik özelliklerini değiştirerek görünür, kızılötesi ve bile mikrodalga radyasyonundan kamufle bulunmak için kullanabileceğiniz uyarlanabilir yüzeyler yapabilirsiniz.

Bu malzeme, gelen ışığın öz yüzeyindeki elektronlarla tesirleşime girmesinin optik özelliklerinden yararlanıyor. İki boyutlu tek malzemeler olan grafen, yüzeyinde çok sayıda hareketli elektron barındırması bakımından eşsizdir. Onu elektriksel olarak bu kadar iletken yapan da budur. Kocabaş, malzemenin çalışma mantığını şöyle açıklıyor:

Temel olarak malzemeye değil, elektronlara ihtiyacınız var. Grafen yüzeyindeki elektronları denetim edebilirseniz yansıtıcılığı, emilimi ve termal radyasyonu değiştirebilirsiniz. Grafen, size bu ayarlanabilir optik özellikleri sunan tek platformdur.

Bu işlem, iyonların grafen katmanları arasına sıkıştırılmasıyla yapılır ki bu sürece "interkalasyon" adı verilir.

Kocabaş'ın ekibi bu sayede grafen yüzeyindeki elektronların hareketliliğini değiştirebiliyor ve malzemenin salım gücü da dâhil bulunmak üzere optik özelliklerini denetim edebiliyor.

Ekip, 2022 yılında tek ekrandaki pikseller gibi davranan 42 grafen leke içeren giyilebilir tek palto üretti. Bu ceket, savaş alanında arka planın salım gücüyle eşleşmek için kullanılabilir ve kullanıcıyı kızılötesi tek kameraya karşı görünmez kılabilir.

Ancak grafen henüz 20 yıl önce izole edildi ve ikisi boyutlu malzemeleri hacimli üç boyutlu malzemelerle entegre etme başlıksunda hâlâ bazı güçluklar var. Bu sualnlar çözüldüğünde, hem kızılötesi hem da görünür spektrum radyasyonunu gizleyebilen bu tür giyilebilir cihazlar, bizi gerçek hayattaki görünmezlik pelerinlerine tek adım daha yaklaştırabilir.

Görülmek Ama Duyulmamak: Akustik Görünmezlik

İş yerleşik olmaya geldiğinde doğa bizler insanları çoktan yenmiş durumdadır. Örneğin Afrika lahana ağacı tavus güvesini ele alalım. Gececil tek canlı olduğu için yırtıcıları tarafından kızılötesi ya da görünür ışıkta ayrım edilmek onu pek rahatsız etmez. Bunun seçenek asıl sualnu, yarasalar tarafından yankıyla yön bulma yöntemiyle belirleme edilmektir.

Bu nedenle bu minik böcek, kanatları pullarında ve kürklerinde tek yarasanın ultrason çağrılarını tesirli tek şekilde emen, yansımayı ve dolayısıyla belirlemei önleyen kusursuz tek akustik görünmezlik pelerini evrimleştirmiştir.

Bu dahice mekanizma, Bristol Üniversitesinden Prof. Dr. Marc Holderied tarafından keşfedildi ve doğada bilinen birinci akustik metamalzemedir.

Akustik metamalzemeler, sesli dalgalarının yapıları boyunca olan nasıl hareket edeceğini denetim edebilen yapılardır. Ancak akustik metamalzemelerde ışık dalgalarıyla tesirleşime giren şey, düzenli aralıklarla dizilmiş karbon atomlarının etrafındaki elektronlar değil, sesli dalgalarıyla tesirleşime giren ve periyodik olarak tekrarlanan bu yapılardır. Southampton Üniversitesinde metamalzeme araştırmacısı olan Doç. Dr. Felix Langfeldt bu durumu şöyle açıklıyor:

Bu durum; yapı, geometri ve malzemelerle oynamamıza olanak tanıyor. Hepsini periyodik tek yapı içinde tek araya getirebiliyoruz; böylece kesin sesli frekanslarını çok güçlü tek şekilde yansıtabiliyor, kırabiliyor ya da emebiliyor.

Bu yapıların asıl dehası, köpük gibi gelenekselliği malzemelerden çok daha düşük frekanslardaki sesli dalgalarını emebilmeleri ve ayrıca çok daha inceliği üretilebilmeleridir. Dr. Langfeldt şöyle devam ediyor: "Sesi tıpkı tek beton duvarlar gibi manileyen, kağıt kalınlığında tek levha hayal edin."

Bu tür yapılar, havalandırma sistemleri gibi rahatsız edici gürültüleri susturmak için ya da uçaklarda kullanılabilir.

Ancak akustik metamalzemeler yalınce gürültüyü ya da titreşimi sönümlemekle kalmaz. Aynı zamanda titreşimi yönlendirmek (örneğin tek depremi tek binanın temellerinin etrafından dolaşacak şekilde yönlendirmek isterseniz) ve titreşim enerjisinden yararlanmak için da kullanılabilirler.

Exeter Üniversitesinden Dr. Gregory Chaplain, bu gelişmiş teknolojiler üzerinde çalışıyor. Dr. Chaplain bu başlıkdaki düşüncelerini şöyle ifadeleri ediyor:

Bir arabada titreşimlerden kaynaklanan çok fazla boşa harcanan güç vardır; örneğin çıkan sesli gerçekten asap bozucu olabilir. Eğer bu enerjiyi metamalzemeler kullanarak yönlendirip nereye gideceğini belirleyebilir ve oraya bu enerjiyi emebilecek tek şey koyabilirseniz, bu enerjiyi toplayıp kullanabilirsiniz.

Bu tür sistemler, özellikle köprüler, nükleer reaktörler ya da uçaklar gibi ulaşılması güçleri yerlerdeki sensörler gibi küçük cihazlara güç sağlamak amacıyla ortam titreşimlerini topladı için kullanılabilir.

O hâlde teorik olarak, geleceğin metamalzeme şehirleri sessiz, güç üreten, sismik aktivitelere karşı güvenli ve olasılıkla tek gün görünmez bile olabilir.