Дзеркало має одну задачу: точно відображати об'єкт перед ним.

Звичайно, можуть бути веселі дзеркала, які спотворюють реальність, але якщо ви дивитеся в дзеркало, ви можете бути впевнені, що те, що воно відображає, більш-менш відповідає фізичній реальності.

Але що, якби ви подивилися в дзеркало, і те, що воно показувало, було зовсім іншим об'єктом?

Саме таке дзеркало створила команда інженерів з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі – 'брехливе дзеркало', яке навмисно відображає оманливе зображення.

Це поки що лише концепція, яка виробляє просте, заздалегідь визначене зображення у відповідь на різні вхідні дані, але дослідники уявляють собі складну технологію, яка може маскувати об'єкт, замінюючи оптичну інформацію, що надходить від цього об'єкта, на щось більш звичне.

У традиційній оптиці генератор зображення (такий як проектор або просторовий світловий модулятор) зазвичай вимагає активного джерела живлення, цифрової обробки та внутрішнього дисплея для проекції попередньо запрограмованого зображення.

'Брехливе дзеркало', навпаки, є пасивним оптичним елементом. Воно працює шляхом відображення вхідного світла з сцени, функціонуючи як оптичний трансформаційний фільтр. Воно приймає будь-який вхідний просторовий світловий патерн, що на нього потрапляє, і перетворює його на оманливу вихідну хвилю/зображення.

Секрет дзеркала полягає в структурованій поверхні, що складається з крихітних елементів, які змінюють фазу світла, що відбивається від нього.

Під час етапу проектування використовуються глибокі навчальні технології для визначення патерну структур, необхідних для направлення світла на створення бажаного зображення. Поверхня може бути виготовлена, після чого вона виробляє лише одне зображення – скажімо, качку – так, що широкий спектр різних вхідних зображень буде перетворено на ту ж саму качку.

Принцип має деякі спільні риси з голограмою – ретельно спроектованою поверхнею, яка маніпулює фазою вхідного світла так, щоб хвилі взаємодіяли, створюючи бажане зображення.

Але, на відміну від простого відтворення збереженого зображення, брехливе дзеркало призначене для перетворення візуальної інформації, вже несеної вхідним світлом, на інше, заздалегідь визначене зображення.

У комп'ютерних симуляціях дослідники навчали різні брехливі дзеркала перетворювати зображення одягу на сумку, різні рукописні цифри на число 8 і прості малюнки на обличчя панди.

Коли дослідники тестували дизайни з зображеннями, які не входили до цього навчання – зображеннями, які система ніколи не бачила раніше – вона все ще виробляла впізнаване зображення свого приманки.

Наступним кроком стало створення одного з цих дзеркал – версії з числом 8.

Їхня експериментальна установка використовувала масив крихітних дзеркал для перетворення рукописних цифр на приманку. Вона працювала з окремими червоними, синіми та зеленими довжинами хвиль, а також усіма трьома одночасно.

Друга версія працювала в широкому діапазоні видимих довжин хвиль.

Як доказ концепції, ідея є багатообіцяючою – але це ще далеко від практичної технології. Складна взаємодія реального світла дуже відрізняється від контрольованого лабораторного середовища.

'Наша стаття демонструє значні результати, переходячи від симуляцій з одною довжиною хвилі до експериментальної валідації з використанням багатоканальних RGB (червоний/зелений/синій) і широкосмугового дизайну', – сказав Озкан.

'Однак вона все ще в значній мірі покладається на строго контрольовану оптичну установку в лабораторних умовах (використовуючи масиви мікродзеркал і точне вирівнювання променів), а не на пристрій, який можна повісити на стіну в вітальні.'

Демонстрація використовувала когерентне світло, тоді як сонячне світло та інші форми реального освітлення зазвичай є некогерентними. Але дослідники також змоделювали версії для частково когерентного світла, показуючи, що основний підхід може працювати в симуляціях за менш строго контрольованого освітлення.

Таке дзеркало, ймовірно, вимагатиме кількох шарів структур, які могли б направляти та змішувати світло з кількох навколишніх кутів.

'Замість того, щоб покладатися на одне тонке структуроване покриття, яке працює для добре вирівняних променів, система, ймовірно, вимагатиме глибших, багатошарових об'ємних структур, здатних направляти та змішувати некогерентне світло, що надходить з довільних кутів', – сказав Озкан.

Отже, що ж далі? Що б хто-небудь робив з цим?

Одна з можливостей може бути маскування.

'Брехливе дзеркало, замість того, щоб приховувати ціль, створює безпечну, нормальну приманку, яка обманює спостерігача, змушуючи його думати, що нічого незвичайного немає', – пояснив Озкан.

Наприклад: уявіть, що ви захищаєте чутливе тактичне обладнання. Замість того, щоб ставити громіздку коробку або захисний чохол (що сигналізує всім, хто проходить повз, що всередині щось цінне або секретне), брехливе дзеркало, розташоване перед ним, відображає абсолютно звичайний, нецікавий малюнок.

Інші потенційні застосування включають безпеку, оборону та розваги – і останній варіант, безумовно, має потенціал. Уявіть, що ви дивитеся в те веселе дзеркало і бачите жахливу істоту, що зловтішає на вас.

Крок убік, хитке дзеркало. Привіт, брехня.

Результати були опубліковані в Nature Communications.

Цікавий факт

Дослідження показали, що технології, подібні до 'брехливого дзеркала', можуть мати застосування в безпеці та маскуванні, що може бути корисним у військових та оборонних технологіях.