Камуфляж (маскирующая окраска военной формы, однотонная или многоцветная) массово начал использоваться военными всего мира относительно недавно – с конца XIX века. До этого военная форма выглядела намного привлекательнее – яркие цвета, в основном синий, красный и белый, эполеты, блестящие пуговицы. Все это сильно облегчало управление войсками на местности. Потом технический прогресс и совершенствование методов ведения войны потребовали сделать солдат менее заметными на фоне окружающей природы, и вот уже больше 100 лет эту задачу с переменным успехом решают всевозможные камуфляжи. Но сейчас военным уже недостаточно похитрее окрасить форму, и ученые ищут принципиально иные подходы к сокрытию на местности людей и техники.

В 2004 году армия США получила новый цифровой камуфляж Universal Camouflage Pattern (UCP) – универсальное решение для всех видов окружающей среды. Но всего через несколько месяцев, по мере усиления боевых действий в Ираке, каждый солдат уже знал: UCP не работает практически ни в каком окружении. Таким образом, возникла острая необходимость найти ему замену. Объявили о запуске программы Camouflage Improvement Effort («Меры по улучшению камуфляжа»), которую в 2012 году газета The Daily метко назвала «неразберихой на $5 миллиардов». Сотни разработчиков прислали на конкурс камуфляжные схемы, в финал вышло всего четыре. Четыре года спустя (и вложив несколько миллионов долларов) армия США определилась с победителем.

Победителем стал камуфляж Scorpion W, разработанный в Crye Presicion. Впоследствии он претерпел некоторые доработки (Scorpion W2) и был принят на вооружение под названием OCP (Operational Camouflage Pattern). Что касается российской армии, то с 1998 года общеармейским камуфляжем являлся ВСР-98 «Флора», который в последние годы заменяется на цифровую версию.

Однако военные технологии развиваются быстро, и никто не может предположить, как придется адаптировать камуфляжные схемы в долгосрочной перспективе. Мы пока еще не так много знаем о том, как человеческий мозг интерпретирует визуальную информацию. И многолетние дорогостоящие усилия военных по поиску идеальных камуфляжей пока не увенчались успехом.

Потребность сделать солдата менее заметным возникла в XIX веке после появления дальнобойного оружия. В разных армиях мира начались робкие эксперименты по использованию зеленых и серых защитных окрасок формы. Во время Первой мировой войны флоты разных стран начали применять так называемые «ослепляющие» камуфляжные рисунки, затруднявшие оценку расстояния до корабля и его курс, что было критически важно для наведения орудий и торпедных аппаратов. Вскоре подобные решения начали испытывать и применительно к пехоте.

К 1930-м годам появились более современные схемы, например, советская «Амеба». А с началом Второй мировой войны камуфляж начал развиваться очень быстро. В конце 1970-х годов появился камуфляж «Dual Texture» – предшественник современных цифровых камуфляжей. Он состоял из больших квадратов, крупные и мелкие комбинации которых должны были разбивать силуэт на разных дистанциях. Наконец, в 1990-х годах с широким распространением в войсках разных стран приборов ночного видения началось внедрение цифровых камуфляжей. Их особенность в том, что края пятен формируют не кривые линии, а «пиксельную» решетку из мелких квадратиков, что делает солдат невидимыми в приборы ночного видения. То есть в окулярах закамуфлированный «цифрой» человек или техника не выделялись на фоне окружающего пейзажа.

Кроме того, цифровой камуфляж лучше работает и при нормальном освещении, потому что больше похож на фрактальные схемы, которые человеческий глаз (точнее, мозг) интерпретирует как белый шум. Иными словами, цифровой камуфляж выглядит менее «природным», поэтому хуже привлекает внимание.

Однако человеческий глаз – это очень сложный оптический инструмент, а мозг способен вычленять образы даже в очень сложных окружениях. И потому практически невозможно создать единственный универсальный камуфляж, способный «спрятать» солдат во всех возможных ситуациях – в лесу, в горах, в пустыне, в городской застройке, в поле и т.д. Не забывайте, что те же леса бывают ОЧЕНЬ разными, и камуфляж, прекрасно работающий в скандинавских зарослях, может оказаться практически бесполезным где-нибудь в Поволжье. В результате множество компаний по всему миру принялись создавать всевозможные цифровые камуфляжи.

Для уменьшения заметности людей, вооружений, техники, сооружений за счет разбивания силуэта камуфляж используется и в играх. В «Armored Warfare: Проект Армата» можно вооружиться баллончиком с краской и нанести на свой танк десятки разных камуфляжей (по одному за раз), разбитых на три группы – «цифра», фрактальный и полосы.

С точки зрения нашего мозга, цифровой камуфляж не «вливает» человека в окружающий ландшафт, а как бы искусственно лишает тела. Для мозга цифровой камуфляж «неудобен», поэтому он старается не замечать его. При этом недостаточно просто набросать на ткань пиксели случайным образом. Создание эффективной цифровой схемы – задача непростая. Важную роль здесь играет выбор цветов и особенности строения человеческого глаза.

Неожиданная проблема при создании цифрового камуфляжа связана с… его массовым производством. Камуфляж призван разбивать силуэт человека по некоторым ключевым точкам, например, запястьям, коленям, лодыжкам. Нечто подобное можно наблюдать у тигров: полоски проходят перпендикулярно их конечностям. Но при массовом производстве формы, когда из рулонов ткани делают выкройки для пошива сотен тысяч комплектов одежды, весьма трудно предугадать, где именно пройдут эти визуальные «разрывы».

Кроме того, человеческий мозг прекрасно умеет распознавать паттерны. Если мы увидим какой-то образ дважды, то сразу почувствуем что-то знакомое. Или, если говорить о войне, что здесь что-то не так. Поэтому крайне важно, чтобы правая и левая части униформы никогда не совпадали. Однако многие камуфляжные схемы обладают подобным недостатком. Наш мозг замечает какую-то аномалию с правой стороны груди, и если он увидит очень похожий рисунок на левой стороне, то сразу сопоставит эти два факта и сделает вывод, что видит верхнюю часть человеческого тела.

Огромную роль при создании камуфляжей играет использование геометрических фракталов. Если при взгляде на фрактал нет возможности оценить его масштаб, то глаз не может отделить фрактал от фонового окружения.

Процесс тестирования камуфляжа почти столь же важен, как и его создание. Например, в американской армии для тестирования привлекаются снайперы с идеальным зрением. Их сажают перед компьютером с системой отслеживания направления взгляда, и в режиме слайд-шоу демонстрируют тысячи фотографий, на которых изображены всевозможные пейзажи с людьми в тестируемых камуфляжах. Съемки делаются во всех возможных природных окружениях (от пустынь до болот) и во всех возможных погодных условиях. Важную роль играет также расстояние до человека, ведь камуфляж должен хорошо работать как вблизи, так и на большой дальности.

При просмотре фотографий система тестирует, насколько быстро снайперам удается обнаружить на снимке визуальную аномалию – лежащего на земле человека в боевых условиях. В реальных ситуациях эти миллисекунды при принятии решения имеют огромное значение. Для большинства камуфляжей среднее время обнаружения снайпером – 8-12 секунд.

В августе 2013 года отряд спецназа США был досрочно отозван с миссии в Ливии, потому что группа террористов похитила из военного грузовика оружие и снаряжение. Казалось бы, причем тут камуфляж? Дело в том, помимо прочего был украден прибор ночного видения, способный регистрировать коротковолновое инфракрасное излучение (SWIR) с длиной волны 1,4-3 микрометра. Устройство стоимостью $45 тысяч позволяет видеть людей в любом камуфляже в виде белых фигур.

Как видите, технический прогресс снова требует поменять подход к созданию военной формы. С XIX века до настоящего времени проделан очень большой путь, но скоро оснащение солдат позволит свести на нет попытки противника остаться незамеченным. Да, в продаже уже есть военная форма, изготовленная из ткани, практически не излучающей в инфракрасном спектре. Но это паллиативное решение. Следующим этапом в развитии камуфляжа станет появление технологий «невидимости» – например, тканей, волокна которых позволяют лучам света «огибать» скрываемый объект. Или умные ткани-хамелеоны, генерирующие рисунок в зависимости от текущего окружения.

На сегодняшний день подобные разработки – настоящий хайтек в сфере камуфляжа, и потому тщательно охраняются. Но можно не сомневаться в том, что синергия технологий в относительно недалеком будущем все же приведет к созданию «невидимого» камуфляжа. И это совершит очередную революцию в военном деле.

Были разработаны две технологии. Одна использует металлические слои наносетки, другая – серебряные нанонити. Применение разработанных метаметаллов (искусственных металлов) позволяет изменить обычное распространение света, заставляя его обходить электромагнитную волну вокруг объекта. Причина такого поведения света заключается в отрицательном коэффициенте преломления. Оба материала достигают отрицательного коэффициента преломления путем минимизации энергии, потерянной при прохождении света через них.

Обмен жидкостью у большинства насекомых устроен не так, как у людей. Маленькие животные очень неохотно расстаются с драгоценной влагой, а потому даже микроскопические частицы воды, которые они выделяют в качестве своеобразного «пота», обладают рядом весьма интересных свойств. Ученые обратили внимание на то, что подобные выделения у цикадок (род Cicadella) способны изменять длины световых волн. Эта механика может лечь в основу маскировочных технологий будущего и позволит инженерам разработать самый настоящий плащ-невидимку!

Существует несколько способов достичь полной или частичной невидимости тела, и животные активно пользуются ими для маскировки в естественной среде обитания. Благодаря поглощению света крыльями цикадки ей удается становиться незаметной для хищников. Ученые из Университета штата Пенсильвания придумали синтетические материалы, которые имитируют микрочастицы, используемые насекомыми. Для этого они проделали в ткани наноотверстия для поглощения света, поступающего с любой стороны, в широком диапазоне частот.

Как отмечают сами ученые, синтетические материалы помогли биологам наконец понять то, как цикадкам удается так хорошо маскироваться в дикой природе. Сами микрочастицы называются брохосомы: с помощью сложного пятиступенчатого электрохимического процесса, исследователям удалось создать их имитацию. Искусственный материал в результате способен поглощать 99% направленного света – от ультрафиолетового до близкого к инфракрасному, включая и видимый диапазон.

Когда исследователи решили испытать свое детище на практике, то поместили его на листья растения и изучили с помощью «взгляда божьей коровки» – устройства, ограничивающего зрительный спектр и позволяющего человеку видеть так же, как и одноименное насекомое. Результаты были впечатляющими: визуально отличить лист от лежащей на нем «добычи» было практически невозможно.

В настоящее время научное сообщество спорит по поводу того, можно ли сделать полностью невидимый материал. Один из авторов нового исследования, Так-Син Вонг, считает, что все дело в правильном подборе материалов под. конкретные нужды – поглощающие материалы полезны не только как средство достижения оптической невидимости. Он приводит в пример оксид марганца, который в настоящее время широко используется в аккумуляторах и суперконденсаторах. Из-за высокой площади поверхности эта частица может создавать хороший аккумуляторый заряд и, как следствие, обеспечить ускоренное протекания химической реакции. Это пригодится для целого ряда задач: к примеру, телескопы смогут намного точнее мониторить глубины космоса, а солнечные батареи научатся эффективнее поглощать энергию света.

Невидимость – один из самых больших «белых китов» современной науки, над разгадкой которого ученые бьются не одно десятилетие. Существует с десяток различных технологий, позволяющих сделать объект невидимым. Наиболее перспективным и простым кажется методика, при которой камера снимает изображение за объектом и передаёт на маскирующий экран, расположенный на передней стороне объекта. Создаётся ощущение, что мы смотрим «насквозь».

Однако исследователи из Университета Королевы Марии в Лондоне подошли на шаг ближе к созданию полноценного материала, который позволяет вещам пропадать из поля зрения. Они продемонстрировали маскирующее устройство, которое, правда, не создает абсолютную невидимость, но близко к этому. Точнее сказать, оно использует нанокомпозитную среду для того, чтобы объемные предметы казались плоскими. Устройство обладает семью слоями с различными электрическими свойствами, скрывающими объект путем рассеивания поверхностных электроволн.

Результаты, опубликованные в Scientific Reports, дают понять, что помимо «лабораторной невидимости» изобретение может сослужить хорошую службу в оптике, акустике и даже машиностроении, не говоря уже о работе спецслужб, шпионаже и военной отрасли. Все, что связано с поверхностными электромагнитными волнами, так или иначе будет затронуто в рамках этой работы. Исследование поверхностных волн и манипулирование ими является ключом к разработке технологических и промышленных решений, которые позволят создавать реальные прототипы для различных областей применения.

Материал, из которого изготовлено устройство, пока не анонсируется, – можно предположить, что он станет известен после оформления патента. Тем не менее, нас уверяют в том, что производственный процесс является «недорогим и легко воспроизводимым», что вселяет определенную надежду на успешное завершение исследования.

5 изобретений, которые позволят нам скрыться

Плащ-невидимка

Плащ-невидимка работает совсем не так, как шапка или эликсир: не меняя свойств предмета, он может направить лучи света в обход и заставить стороннего наблюдателя видеть только то, что находится позади. Сегодня субстанции с такими свойствами уже есть: это метаматериалы с отрицательным углом преломления, который заставляет лучи света огибать объект и делает его невидимым глазу. Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счет их расположения. Ученый исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды – поглощаться или проходить сквозь нее. Он предложил использовать материалы, в состав которых входит металл (проводник электричества) и диэлектрик. Тем не менее, когда в 2006 году дошло до опытов, выяснилось, что метаматериалы Пендри делают предметы невидимыми только в инфракрасном диапазоне. Тогда профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили отказаться от металла и использовать только диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного. Чтобы сделать плащ-невидимку, такие кристаллы начали исследовать физики из Бирмингема. Вскоре им удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Когда все кристаллы оказались на подложке, в них проделали отверстия нанометрового диаметра. В результате получилось гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне. Именно такую технологию, возможно, использовали канадские создатели военных «исчезающих плащей», которые пока держат состав своего материала в секрете.

Quantum Stealth: материал-обманщик

Канадская компания Hyperstealth специализируется на камуфляже и выпускает ткань Quantum Stealth. Этот мягкий материал обводит свет вокруг объекта и позволяет сделать его невидимым для глаз, приборов ночного видения и тепловизоров, а также скрывает тень. Материал работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков, стоит недорого. Тем не менее, купить его пока нельзя, ведь изначально эта ткань была предназначена для канадской, американской и британской армии. Военные и представители групп быстрого реагирования начали тестировать Quantum Stealth в 2012 году. В апреле 2014 года Hyperstealth объявила о запуске коммерческого варианта своего плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB. Его свойства будут не такими удивительными, как у армейского аналога, однако исчезновений все равно можно будет добиться. Сейчас компания оформляет права интеллектуальной собственности на массовую версию разработки. Уже следующем году она, возможно, попадет на рынок.

Углеродные нанотрубки: эффект миража

Ученые из Университета Техаса в Далласе разработали технологию использования углеродных нанотрубок, которая позволяет «стирать» объекты. В ее основе лежит эффект миража, или фототермическое преломление. Чтобы заставить предмет «исчезнуть», специалисты используют цилиндрические молекулы углерода с высокой теплопроводимостью. Включая и выключая подачу тока, ученые нагревают и остужают материал, вынуждая предмет за ним появляться и пропадать. Основная проблема техасского изобретения, тем не менее, заключается в том, что для его работы скрываемый объект непременно должен находиться в контейнере с водой.

Исчезающий небоскреб: глаза наоборот

Американское архитектурное бюро GDS строит в Сеуле невидимый небоскреб Infinity. В высоту это здание будет достигать 450 метров. Для строительства его создатели используют бетон и стекло, а невидимости планируют добиться за счет использования оптических видеокамер и дисплеев на фасаде. Камеры будут снимать то, что находится позади небоскреба, и транслировать изображение на его стены. Это создаст впечатление, что вы смотрите сквозь здание, а то и вовсе не видите его. Чтобы дисплеи смогли точнее отображать пейзаж, у Infinity будет три вертикальные секции, каждая с шестью сторонами. Правда, по углам, на стыке дисплеев, небоскреб все равно будет выглядеть заметным. До тех пор, пока мы не изобретем мягкие дисплеи достаточной прочности, устранить эту проблему не получится.

Белок рефлектин: кожа кальмара

Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила ученым из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Они использовали белок под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Специалисты нашли его в тканях кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii), которого изучали по заказу Службы военно-морских исследований США. Они обнаружили, что в его тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Сокращая и увеличивая расстояние между слоями, кальмар «отражает» свет разного диапазона и меняет цвет. Чтобы воспроизвести эту способность, ученые выделили рефлектин из клеток с высоким показателем преломления и поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую пленку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Специалисты говорят, что их разработка станет «первым решающим шагом» к созданию исчезающего плаща. Такая самонадеянность понятна: ведь если, повторяя за птицами, мы научились летать, почему бы нам не научиться быть невидимыми, повторяя за кальмаром?