“大爺穿上國產隱身衣，憑空消失！”前段時間，這個視頻在網上超火的~
不過！如果大家認為披上一件薄薄的外套，就能讓整個人變得透明，甚至消失得無影無蹤，那麼不好意思讓你失望了，我們的材料科學目前還沒發展到這個階段。所以“網紅”隱身衣之類的“神器”，都是移花接木的電影特效，電影特效，電影特效！
雖然“網紅”隱身衣是假的，但“隱身”可是切切實實存在的科技！
金魚為什麼消失？
浙江大學陳紅勝教授課題組在水缸裡放了個六邊形的隱身塊（下圖左），它藍白相間，中心有一個小孔，當金魚遊進小孔後，相機只能拍到隱身塊後方的水草，而金魚卻從畫面中消失了（下圖右）。
左：水缸裡的隱身塊；右：相機拍攝畫面
這是一項很有意思的研究啊！廣大男同胞們可以用它來藏私房錢（嘿嘿）。
我們不禁想問，這樣的隱身技術是什麼原理呢？？？
這還得從人為什麼能看到魚說起。
光線照在魚身上後，會產生各種各樣的散射，這些散射波傳到我們的眼睛，就形成了我們所看見的小魚的模樣。既然如此，如果我們能控制光線從小魚身邊繞過去，那麼就沒有光的散射，小魚也就會“看起來”消失不見！
隱身原理示意圖
問題又來了，水缸裡的隱身塊是怎麼實現隱身效果的呢？
下圖是光線在水缸裡的傳播路徑，其中紅色的線代表水草方向傳來的光波，光線在傳播過程中繞開了中間的小孔區域（即隱身區域），傳到右側的相機中。中間的小孔並不會遮擋水草散射出來的光線，所以我們仍然能夠看到隱身衣後方的水草；由於光波繞過了藏匿在小孔中的金魚，所以金魚就消失不見了。
水缸隱身塊原理示意圖
隱身技術的關鍵——操控波的傳播
眾所周知，光波是一種電磁波，它在空氣中衰減很小，傳播很遠後仍然可以被檢測到，所以我們看得見遠方的物體；在海水中光波則衰減很大，傳播一小段距離後就微弱到可以忽略不計，所以深海之中一片漆黑。據此，我們往往使用聲波代替電磁波來探測水下目標。
聲波探測的道理與光波相同，聲納發出的聲波遇到目標後也會產生散射，此時聲納接收到散射波信號，就發現了目標物體（下圖）。
單個聲納進行探測
以往人們通過吸收聲波來躲避聲納的探測，將探測發出的聲波能量儘可能地“吃掉”，散射回波就會大幅減小。在單個收發合置的聲納（既負責發射探測聲波，又負責接收散射回波）探測的情景中，這種方法是有效的，沒有散射回波，探測聲納就認為沒有物體存在。
但是，如果海洋中到處都佈滿了聲納，聲納之間互相接收信號，此時繼續使吸收聲波，會造成原本應該存在的探測信號突然消失，就好比在你的眼睛和燈光之間放上一塊吸光的黑布，出現明顯的遮擋，這塊布就露餡了。就如下圖的情況，當目標物出現時，雖然左側的聲納沒有收到回波，顯示正常，但右側的聲納卻會發現，咦？怎麼聲波被擋住啦？馬上發出警告！
多個聲納進行探測
這時，你需要新型的隱身衣！從一側聲納發出的聲波，經過隱身衣繞過目標，傳到另一側的聲納，在眾多聲納眼中，目標物體就像前文的金魚一樣消失了，既沒有回波，也沒有遮擋，布放再多的聲納也無濟於事。
使目標透明的隱身衣：覆蓋隱身衣後的目標基本沒有散射回波，而且不存在聲波的陰影區，彷彿從聲場中“隱身”。
麼如何實現聲波的操控並做出隱身衣呢？
超材料怎麼變隱身魔法？
如何實現聲波的操控？這是眾多科學家前赴後繼研究的問題。
聲波的傳播需要介質，而介質直接決定了聲波的傳播速度、折射方向等特性。於是，聲波的傳播介質成為了科學家的關注點。隨著人們對聲學、力學的認識逐步加深，一種叫做超材料的人工複合結構/材料進入科學家的視線。
什麼是超材料？
當我們把介質裡很微小的人工結構（遠遠小於波長）進行有序排列後，就可以改變介質的宏觀性質。這些經過人工排序的微結構組成的介質，就叫做超材料。
知識點
為什麼微結構可以改變宏觀性質？
因為微結構們太小啦！聲波並不能識別出它們，只能從整體上感受出介質的特性。因此，利用這些細微結構就可以製作相應的器件，實現對聲波的操控。這就跟畫畫一樣，肉眼並不能辨別出顏料中的分子（細微結構），只能看到顏料整體顯示出的顏色（宏觀性質），如果我們將這些顏料合理佈局，就能畫出一幅美妙的作品。
基於這種理論，具有“隱身”功能的新型聲學器件開始出現。
比如聲波偏轉器：將一系列特定的微結構排列成扇形（圖中的黑線），可以獲得改變聲波傳播方向的超能力。當聲波從左向右發射進入扇形結構後，前進方向會逐漸發生偏轉，最終轉向90o，變成了向上傳播。
超材料控制下，聲波會偏轉90°
這裡的微結構是什麼？細細觀察圖中的一小段黑線，可以看到，微結構是一系列從左往右逐漸變大的小孔。聲波穿過這些小孔時，孔小的地方聲速要慢一些，孔大的地方聲速要快一些。就像一排小朋友在操場跑步，過彎道的時候，外面的人要跑快點，裡面的人可以跑慢些，那麼大家就能整齊劃一地保持同步轉彎。轉過90度後，聲波跑出了偏轉器，大家又以相同的速度朝前跑啦。
聲波偏轉器的內部細微結構
利用超材料控制聲波的傳播方向，我們就可以人為控制聲波散射，比如把聲波引到一些本不該有聲波的地方，也可以反過來，把原本到處都是聲波的地方擦得乾乾淨淨。
超材料就像一支畫筆，賦予了我們修改“聲場”這塊畫布的能力。塗塗抹抹，可以把一條金魚變得透明；修修改改，似乎還能把金魚畫成海底；再縫縫補補，好像還能把金魚變鯨魚。
是的，你沒看錯，金魚在聲納眼中長什麼樣，只與它對聲波的散射有關。
現在可以大變金魚魔術啦！！！你以為前方是空無一物的水域，其實隱身衣中藏著金魚。你以為這裡是浮著水草的海底，其實隱身毯下也躲著金魚。你以為這是一條大鯨魚，其實幻象之下，它還是一條小金魚。
隱身神器功能大比拼
利用超材料，我國的科學家們已經做出了不少隱身神器！
1
隱身毯
中科院聲學所的楊軍研究員團隊就做出了一種“魔術”隱身毯。研究人員使用超材料修改了目標的散射波，讓它擬態變成了海底，率先在水下實現了物體的聲學隱身。
不明覺厲？我們還是直接看圖說話吧。
水下隱身毯模型
隱身毯由一層一層互相分隔的黃銅板組成，毯下有一個梯形的小空間，需要隱藏的目標物體就放在這個區域。覆蓋在目標物體上的隱身毯，可以對周圍的聲波進行引導，使原本凸起的目標物體顯示出平面的回波效果。敲黑板，最終效果就是：原本凸起的物體在外界看來就是一塊平地。
聲波遇到隱身毯，可真是一點辦法也沒有……
利用隱身毯實現擬態
a：一束聲波正以45度向下斜入射到海底；b：經過海底反射，聲波仍然保持一束，以45度向右上方傳播；c：如果海底存在一個凸起的目標物體，聲波經過目標的散射後，會分裂成兩束，並向兩個不同的方向擴散；d：給目標物體覆蓋一層隱身毯，此時聲波又合成一束，並且向右上方45o傳播，傳播狀態與b圖接近。
擬態海底的隱身毯
很明顯，目標物體“披上”隱身毯後，就會擬態成一塊平面，在探測聲納看來，眼前就是一般的海底，沒有異常情況。再多的“聲納眼線”都無法區分擬態海底與真實海底的差別，所以這種隱身毯可以製造“幻象”，躲過多個聲納的探測。
2
球形隱身衣
有朋友強烈表示要把小魚變透明，我們也有辦法！
球形隱身衣
這是球形隱身衣的剖面圖。圖中間有一個小圓球，它就是我們要隱藏的目標物。外面的大球為隱身衣所覆蓋的區域。兩個球體之間的黑線，就是聲波/光波在隱身衣中的傳播路徑。
當聲波/光波進入大球（隱身衣內部）以後，波的傳播路徑就開始逐漸發生彎曲，繞過中間的小球之後又逐漸回到原本的方向上來。波完全不會進入到中間的小球區域，就相當於我們在聲場/電磁場中開闢了一塊沒有聲波/電磁波的空間，所以中間的小球就被隔離出來，也就沒法被探測到。
3
環形隱身衣
基於上述原理，北京理工大學胡更開教授的團隊製作出了環形隱身衣（下圖）。這種隱身衣能引導絕大多數聲波能量偏離繞行，只有極少數聲波進入隱藏區域，從而保證目標物體不被探測發現。
環形隱身衣
此外，這種環形隱身衣具有很高的對稱性，無論聲波從哪個方向傳過來，都極難找到中間所隱藏的目標物體。這也就是我們之前提到的，可以對抗多個聲納陣列的新型隱身衣！
目前，隱身技術是一門前沿、實用的科學，雖然現有的隱身衣並不像我們所想的那樣輕便，但也不再是毫無根據的“空中樓閣”，而且隱身衣正朝著更薄、更輕、更寬工作頻帶的方向發展。
遙想當年，隱身還是人類遙不可及的夢想，再看今天，夢想已逐漸變成了現實。人類對未來的暢想，真是推動科學進步的一股動力！
參考文獻：
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