Hete objecten, vastgelegd door infraroodcamera's, blijven vaak onzichtbaar in koelere omgevingen. Nu heeft een wetenschappelijk onderzoeksteam van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign in de Verenigde Staten en de Technische Universiteit van Denemarken met succes de eerste fysieke onzichtbaarheidsmantel ontwikkeld die de warmtestroom in een driedimensionale ruimte kan geleiden. Het apparaat elimineert niet alleen de thermische contouren van een object, waardoor het vanuit infrarood perspectief "onzichtbaar" wordt, het beschermt ook het interieur tegen extreme temperaturen.Relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Anders dan de traditionele blokkering van warmtegeleiding, werkt deze driedimensionale thermische onzichtbaarheidsmantel door warmte langs een vooraf bepaalde route rond het beschermde gebied te geleiden en de oorspronkelijke geleidingsroute aan de andere kant te herstellen. Bij externe infraroodcamera's is de omgevingstemperatuurveldverdeling vrijwel ongestoord, alsof er geen obstakels in de ruimte zijn.
Voordien konden de meeste thermische verhullingsexperimenten alleen controle bereiken langs een vlak of een specifieke enkele route. Zodra de warmte uit andere richtingen komt, zal de temperatuurverstoring veroorzaakt door het verborgen object nog steeds zichtbaar zijn. Om het probleem van "omnidirectionele onzichtbaarheid" te overwinnen, voerden onderzoekers berekeningen uit op basis van de theorie van "transformatiethermodynamica" en gebruikten ze een nauwkeurig ontwerp om het omringende temperatuurveld stabiel te houden wanneer warmte specifieke gebieden omzeilt.
Om het theoretische wiskundige model om te zetten in realiteit, combineerde het onderzoeksteam twee materialen met extreem verschillende thermische geleidbaarheid: ze gebruikten 3D-printtechnologie om een fijn aluminiumrooster met hoge thermische geleidbaarheid als warmtegeleidingskanaal te creëren, en goten tegelijkertijd een rubberachtig materiaal dat de warmte extreem langzaam in de gaten geleidt. Deze combinatie van materialen met hoge en lage thermische geleidbaarheid creëert met succes een regelbaar warmtestroompad dat de warmteoverdracht in sommige gebieden versnelt en andere gebieden beperkt, waardoor de warmte-energie nauwkeurig rond het te beschermen object wordt geleid.
In laboratoriumtests plaatsten onderzoekers de onzichtbaarheidsmantel tussen warme en koude uiteinden en gebruikten ze infraroodcamera's om de warmtestroom vast te leggen. De resultaten laten zien dat, van buitenaf gezien, het interne beschermde gebied weinig verstoring van het externe thermische veld veroorzaakt en dat de interne temperatuur overal stabiel blijft. Vervolgens voerde het onderzoeksteam ook met succes thermische onzichtbaarheidstests uit op driedimensionale onregelmatige objecten, waaronder complexe menselijke hoofdvormen, wat het aanpassingsvermogen van de technologie aan complexe geometrische vormen aantoonde.
Deze technologie zal brede toepassingsmogelijkheden bieden op het gebied van de beheersing van de warmteafvoer in de micro-elektronica, de bescherming van apparatuur in extreme omgevingen en de nationale defensie en veiligheid. Het kan bijvoorbeeld warmte rond gevoelige elektronische componenten richten of de infraroodsignatuur van mensen en machines verminderen, waardoor wordt voorkomen dat deze worden gedetecteerd door infrarood-warmtebeeldapparatuur. Het onderzoeksteam verklaarde dat de volgende stap in toekomstig onderzoek de ontwikkeling van een slimme thermische onzichtbaarheidsmantel zal zijn met dynamische responsmogelijkheden om te voldoen aan de thermische beheers- en onzichtbaarheidsbehoeften van interne, zelfverwarmende objecten.