Il mantello dell'invisibilità - limite tra sogno e realtà

L'invisibilità può essere affascinante ma allo stesso tempo tenebrosa. Dipenderà forse da chi ne ha il potere? Quanti di noi hanno desiderato essere invisibili? Magari affascinati da uno dei doni della Morte di Harry Potter oppure dalle tecnologie di occultamento sviluppate ed utilizzate dai Romulani nella saga di Star Trek? Qualunque sia il motivo che vi induca a desiderare l'invisibilità in questo articolo saprete semmai il vostro desiderio sarà realizzabile.

Ad occuparsi approfonditamente della possibilità dell'invisibilità sono stati i ricercatori della Cockrell School of Engineering at The University of Texas ad Austin, i quali sono stati in grado di quantificare le limitazioni fisiche delle prestazioni dei dispositivi di occultamento, una tecnologia che permette agli oggetti di diventare invisibili alle onde elettromagnetiche, incluse le onde radio, le microonde, gli infrarossi e la luce visibile.

La teoria dei ricercatori conferma che è possibile usare i mantelli dell'invisibilità per nascondere perfettamente un oggetto per una specifica lunghezza d'onda, ma nasconderlo da un'illuminazione contenente differenti lunghezze d'onda diventa più impegnativo all'aumentare delle dimensioni dell'oggetto stesso.

Andrea Alù, un professore di ingegneria elettrica ed informatica e uno dei principali ricercatori nell'area della tecnologia dell'occultamento, insieme al dottorando Francesco Monticone, creò un quadro quantitativo che stabilisce i limiti sulle capacità di larghezza di banda dei mantelli elettromagnetici per gli oggetti di diverse dimensioni e composizione. Come risultato i ricercatori possono calcolare la prestazione ottimale dei dispositivi di invisibilità prima di progettare e sviluppare uno specifico mantello per un particolare oggetto. 

I mantelli sono fatti con materiali artificiali, chiamati metamateriali che consentono un migliore controllo delle onde in arrivo. I metamateriali utilizzati sono passivi ossia non traggono energia da una fonte di alimentazione esterna. Il quadro quantitativo dei ricercatori dimostra che le prestazioni di un mantello passivo è in gran parte determinato dalla dimensione dell'oggetto da nascondere rispetto alla lunghezza d'onda delle onde in arrivo, e quantifica come, per lunghezze d'onda più corte, l'occultamento diventa drasticamente più difficile.

Ad esempio è possibile nascondere un'antenna di medie dimensioni a delle onde radio ma è praticamente impossibile rendere invisibile un oggetto di grandi dimensioni, come un corpo umano o un carro armato, alla luce visibile con lunghezze d'onda più corte rispetto a quelle delle onde radio.

Il grafico mostra il compromesso tra quanto un oggetto può essere reso trasparente (riduzione dispersione; asse verticale) e l'intervallo di colore (larghezza di banda; asse orizzontale) sul quale questo fenomeno può essere raggiunto.

Il grafico mostra il rapporto tra quanto un oggetto può essere reso trasparente (riduzione dispersione; asse verticale) e l'intervallo di colore (larghezza di banda; asse orizzontale) sul quale questo fenomeno può essere raggiunto.

Ora che i limiti di larghezza di banda di occultamento sono disponibili, i ricercatori possono concentrarsi sullo sviluppo di applicazioni pratiche con questa tecnologia, come ad esempio antenne di comunicazione, dispositivi biomedici e radar militari.

"Se vogliamo andare oltre le prestazioni dei mantelli passivi, ci sono altre opzioni", ha detto Monticone,"Il nostro gruppo e altri hanno esplorato le tecniche di occultamento con metamateriali attivi e non lineari, per i quali non si applicano questi limiti. In alternativa, possiamo puntare a forme più libere di invisibilità, come in dispositivi di occultamento che introducono ritardi di fase come la luce viene trasmessa attraverso tecniche o altri trucchi ottici che danno l'impressione di trasparenza senza in realtà ridurre la dispersione complessiva di luce ".

Nel laboratorio di Alù si sta lavorando alla progettazione di mantelli attivi che utilizzano i metamateriali collegati ad una fonte di energia esterna per ottenere più ampie larghezze di banda di trasparenza.

"Anche con mantelli attivi, la teoria della relatività di Einstein limita fondamentalmente il massimo delle prestazioni per l'invisibilità", ha detto Alù,"Tuttavia, con nuovi concetti e progetti, come metamateriali attivi e non lineari, è possibile andare avanti nella ricerca della trasparenza e dell'invisibilità".

È possibile leggere l'intero articolo in cui Alù e Monticone descrivono il loro lavoro sulla rivista Optica.