Kızılötesi kameraları kör eden görünmezlik pelerini: 3D yazıcıyla üretildi

Gece görüş sistemleri, ısı güdümlü füzeler ve endüstriyel termal kameralar, askeri gözetleme faaliyetlerinden üretim tesislerindeki denetim süreçlerine kadar birçok alanda kullanılıyor. İnsansız hava araçları, zırhlı araçlar ve yoğun işlem yükü altında çalışan mikroçipler, çevrelerine yaydıkları ısı nedeniyle kızılötesi kameralar tarafından kolaylıkla tespit edilebiliyor. Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi ile Danimarka Teknik Üniversitesi araştırmacıları, nesnelerin termal izlerini her yönden gizleyebilen üç boyutlu bir malzeme geliştirdi. Fiziksel olarak üretilerek test edilen sistem, önceki termal gizleme teknolojilerinden farklı olarak yalnızca belirli bir açıdan değil, çok yönlü biçimde çalışıyor. Araştırmacıların 'termal pelerin' olarak adlandırdığı sistem, ısıyı durdurmak ya da yüzeyde hapsetmek yerine gizlenen nesnenin çevresinden yönlendiriyor. Böylece kızılötesi kamerada nesnenin bulunduğu bölgedeki sıcaklık dağılımı bozulmamış gibi görünüyor.

HIBRİT BAL PETEĞİ YAPISI

Daha önce geliştirilen termal gizleme sistemlerinin önemli bir bölümü iki boyutlu yapılardan oluşuyor veya yalnızca belirli görüntüleme açılarında etkili olabiliyordu. Çevre koşullarının değişmesi de bu sistemlerin gizleme performansını azaltabiliyordu. Araştırma ekibi, mevcut yalıtım malzemelerinin çok yönlü termal gizleme için yeterli olmaması üzerine ısı transferinin temel matematiksel ilkelerinden hareketle yeni bir fiziksel yapı tasarladı. Ortaya çıkan sistem, bal peteğini andıran karmaşık bir üç boyutlu kafes mimarisinden oluşuyor. Hibrit yapının temelini, yüksek ısı iletkenliğine sahip ve 3D yazıcıyla üretilen alüminyum kafes oluşturuyor. Bu kafes, kalıplama yöntemi kullanılarak düşük ısı iletkenliğine sahip, kauçuk benzeri bir malzemeyle dolduruldu. Kafesin farklı bölgelerindeki ölçüler üç boyutlu olarak ayarlanarak yerel ısı iletkenliği hassas biçimde kontrol edildi. Böylece ısının malzeme içinde hangi yönde ve hangi hızda ilerleyeceği belirlenebildi.

ISI NESNENİN ÇEVRESİNDEN DOLAŞIYOR

Dışarıdan gelen ısı pelerine ulaştığında, doğrudan içerideki nesneye geçmek veya belirli bir noktada birikmek yerine dış kabuğun çevresinden yönlendiriliyor. Isı akışı, nehir suyunun düzgün bir taşın çevresinden ayrılarak diğer tarafta yeniden birleşmesine benzer biçimde ilerliyor. Bu yönlendirme sayesinde pelerinin arkasındaki sıcaklık alanı yeniden birleşiyor ve çevredeki doğal ısı dağılımı korunuyor. Sisteme kızılötesi kamerayla bakıldığında gizlenen nesnenin bulunduğu bölgede belirgin bir termal bozulma görülmüyor. Kamera açısından sıcaklık alanı normal biçimde devam ettiği için, pelerinin içindeki nesne görüntüde yer almıyor. Aynı zamanda gizlenen bölgenin sıcaklığı dışarıdaki aşırı sıcaklık değişimlerinden etkilenmeden dengeli ve güvenli bir seviyede tutuluyor. Araştırmacılar sistemi yüksek sıcaklık farklarının bulunduğu ortamlarda test etti. Kızılötesi kamerayla yapılan ölçümlerde, dışarıdan gözlemlenen sıcaklık alanının gizlenen nesne yokmuş gibi görünmeye devam ettiği belirlendi.

DÜZENSİZ ŞEKİLLERDE DE TEST EDİLDİ

Yeni sistemin yalnızca basit ve düzenli geometrilere sahip nesnelerde değil, karmaşık yüzeylerde de çalışıp çalışmadığı incelendi. Araştırmacılar bu amaçla ayrıntılı bir insan başı modeli de dahil olmak üzere farklı üç boyutlu şekiller üzerinde testler gerçekleştirdi. Sonuçlar, termal pelerinin son derece düzensiz geometrilere sahip nesnelerin çevresindeki ısı akışını da yönlendirebildiğini gösterdi. Sistem, görüntüleme açısı değiştiğinde de termal gizleme özelliğini korudu. Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Shelly Zhang, gerçek bir termal pelerinin ısının geliş yönünden bağımsız olarak çalışması gerektiğini belirtti. Zhang, geliştirdikleri cihazın karmaşık üç boyutlu nesneleri çok sayıda yönden gizleyebildiğini, aynı zamanda içerideki sıcaklığın sabit ve korunaklı kalmasını sağladığını söyledi. Çalışmanın yalnızca bir kamuflaj teknolojisi olarak değerlendirilmemesi gerektiğini belirten Zhang, ısıyla taşınan bilginin gizlenmesi ve korunmasının da araştırmanın temel amaçları arasında bulunduğunu ifade etti.

MİKROÇİPLERDE ISIYI YÖNLENDİREBİLİR

Araştırmacılar, teknolojinin tüketici elektroniği ve yarı iletken sektöründe ısı yönetimi amacıyla kullanılabileceğini belirtiyor. İşlemcilerin küçülmesi ve hesaplama güçlerinin artması, belirli bölgelerde yüksek sıcaklıkların oluşmasına neden olabiliyor. 'Sıcak nokta' olarak adlandırılan bu bölgeler, mikroçiplerin performansını düşürebiliyor, elektronik bileşenlerin ömrünü kısaltabiliyor ve soğutma ihtiyacını artırabiliyor. Geliştirilen kafes yapısı, ısının hassas bileşenlerden uzaklaştırılarak daha güvenli bölgelere yönlendirilmesine imkân sağlayabilir. Bu yöntem, mikroçiplerin termal yönetiminin yalnızca soğutma sistemleriyle değil, malzemenin iç yapısıyla da kontrol edilmesinin önünü açabilir. Teknolojinin daha küçük ve yüksek performanslı elektronik cihazlarda oluşan ısı yoğunluğunu azaltmak amacıyla da kullanılabileceği değerlendiriliyor.

SAVUNMA VE HAVACILIKTA KULLANIM ALANI

Termal pelerinin olası kullanım alanlarından biri de savunma ve havacılık sistemleri olarak gösteriliyor. Askeri araçlar, insansız hava araçları ve personel, motorlardan, elektronik donanımlardan veya vücut sıcaklığından kaynaklanan termal izler nedeniyle gece görüş ve kızılötesi gözetleme sistemleri tarafından tespit edilebiliyor. Yeni malzemenin bu ısı izlerini çevreye uyumlu biçimde yönlendirmesi, tankların, insansız hava araçlarının ve diğer platformların termal sensörler tarafından tespit edilmesini zorlaştırabilir. Araştırmacılar, ısı akışının hassas biçimde kontrol edilmesi veya bir nesnenin termal olarak algılanmasının önlenmesi gereken farklı alanların da bu teknolojiden yararlanabileceğini belirtiyor.

SIRADA AKILLI TERMAL PELERİN VAR

Araştırma ekibi, bundan sonraki aşamada çevresindeki sıcaklık değişimlerine tepki verebilen yeni sistemler geliştirmeyi planlıyor. Hedeflenen 'akıllı termal pelerinlerin', çalışan motor veya elektronik cihaz gibi kendi ısısını üreten nesneleri algılayabilmesi öngörülüyor. Bu sistemlerin, oluşan ısıyı çalışma koşullarına göre dinamik biçimde dağıtması, dışarı yönlendirmesi veya termal görüntüleme sistemlerinden gizlemesi amaçlanıyor. Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi ile Danimarka Teknik Üniversitesi ortaklığında geliştirilen teknolojinin, hassas ısı yönetimi ve termal gizleme gerektiren farklı uygulamalar için uyarlanmasına yönelik çalışmalar sürüyor.