"Unsichtbarkeit" Materialien könnten Computer die Arbeit tun.

Die Materialien, aus denen Harry Potter Unsichtbarkeit Mantel eine echte wissenschaftliche Möglichkeit könnte auch verwendet, um erweiterte mathematische Berechnungen, die normalerweise getan, indem Computer auszuführen, schlägt neue Forschung.

Ein internationales Team von Forschern schlägt nun vor, dass dieser so genannte Metamaterialien, die die Eigenschaften von Lichtwellen, die oft ein Objekt unsichtbar machen verändern können, sowie mathematische Operationen durchführen könnte. Während sie noch kein Gerät gebaut, noch ihre Arbeit zeigt die mathematische Grundlage für die Technologie, die Berechnungen wie in der Bildverarbeitung verwendet dramatisch beschleunigen könnte. Die Studie ist diese Woche in der Fachzeitschrift Science detailliert.

Bis jetzt hatte die meiste Forschung auf diesem Gebiet konzentriert, zur Verwendung von Metamaterialien, um Licht, um Objekte, um sie bei bestimmten Wellenlängen unsichtbar zu biegen. Doch Nader Engheta, Professor für Elektrotechnik an der University of Pennsylvania und Co-Autor des Papiers, darauf hingewiesen, dass Metamaterialien die Form einer eingehenden Lichtwelle in Hinsicht, die die gleiche Wirkung verändern könnte wie Berechnungen auf einem Computer haben. [6 Geschichten der Unsichtbarkeit in der Popkultur]

"[Eine Lichtwelle] durch einen Block [von metamaterial], mit der Zeit geht es herauskommt, hätte es eine Form, die das Ergebnis der mathematischen Operationen wäre" Engheta sagte LiveScience.

Durch die Durchführung von Simulationen der Lichtwellen passieren Metamaterialien, das Team zeigte, dass die Methode von Kalkül, wie Derivate unter Operationen ausführen könnte – ein Maß für die Änderungsrate in eine mathematische Gleichung. Wenn Sie eine Ableitung von einer Kurve, wie das Profil einer Lichtwelle und seine Form auf einem Diagramm zeichnen, die resultierende Kurve zeigt, wie schnell ist die erste Kurve ändern, genannt ein "integral" in der Infinitesimalrechnung. Ein weiteres Stück des Metamaterials vor dem ersten Inverkehrbringen kann die Richtung umzukehren, zeigen, dass die Berechnungen in beide Richtungen erfolgen können, wie ein Computer (oder einer Person).

"Während die Welle das Material durchläuft, sein Profil ändert," Engheta sagte, unter Bezugnahme auf die Form der Welle im Raum. "Wir gestalten die metamaterial Parameter als Funktion der Position." Ein metamaterial könnte Licht in eine Richtung einiger Entfernung zu biegen und dann ändern, wenn sich herausstellt, das Licht hat verbogen zweimal, sagte er, und so könnten für komplexere Arten von Berechnungen. [Bilder: die weltweit schönsten Gleichungen]

Analogrechnens ist zurück

Diese Methode der Berechnung heißt Analogrechnens, und es unterscheidet sich von digital computing, das ist, was moderne Computer tun. In einem Analogrechner, der Informationen – in diesem Fall die Funktionen einer Lichtwelle — nicht in einzelne Bits, umgesetzt werden müssen, wie in digitalen Computern der Fall ist.

Digitale Computer können bestimmte Arten von Mathematik durchführen, schnell und einfach, wie sie können einzelne Zahlen nehmen und addieren, subtrahieren, multiplizieren und mit rasanter Geschwindigkeit dividieren. Und weil Digitalcomputer programmierbar sind, können sie für mehrere Zwecke verwendet werden.

Der Nachteil an digitalen Computern ist, dass viele Operationen aus Kalkül in "Brute-Force" Mode erfolgen, ist aufwändig und kostet viel Kraft. Ein Analogrechner kann leichter berechnen, Ableitungen und integrale, aber kann nicht programmiert werden kann auf die gleiche Weise wie einem Digitalrechner können. Daher tendenziell Analogrechner Einzweck Geräte.

Aber das ist, wo ihre Stärken liegen, sagte Engheta. Eine typische Digitalrechner, die ein Bild analysieren ist – beispielsweise auf der Suche nach den Kanten eines Bildes – dauert sehr lange, weil es zu nehmen jedes Pixel im Bild und vergleichen Sie es mit einem anderen Pixel und dann berechnen Sie die Differenz zwischen ihnen – bekannt als ein Derivat von der Helligkeitskurve nehmen.

Bildverarbeitung

Eine Kamera mit einer Linse aus Metamaterialien könnte das Bild und sofort, den gleichen Vorgang ausführen, weil die Welle selbst nach dem abprallen, dass Bild geändert werden würde. Würden Sie durch solches Material ein Bild betrachten, sehen Sie die "Kanten suchen" Funktion getan, ohne Millionen von Berechnungen durchführen. (Viele Bildbearbeitungs-Programme suchen Kanten um Objekte zu identifizieren oder Spezialeffekte machen.) In diesem Sinne könnte die metamaterial eine Kombination zwischen einem Objektiv und einem Computer.

Analogrechner gab es vor der Erfindung der digitalen arbeiten. Einige Beispiele für Analogrechner die einfache Rechenschieber tabellarisieren Maschinen im frühen Teil des 20. Jahrhunderts oder sogar Zweiter Weltkrieg Ära Feuerleitsystemen verwendet. Aber solche Maschinen waren groß und macht hungrig. Ein metamaterial Computer könnte viel kleiner sein, weil es nicht die großen mechanischen Teile erforderlich durch die älteren Maschinen brauchen – der Block des Materials nur muss größer sein als die Lichtwellen, die durch sie, und sichtbare Lichtwellen sind auf der Nanometer-Skala.

Engheta, sagte, dass in Zukunft die metamaterial Blöcke müssen nicht sein beschränkt sich auf eine einzige mathematische Operation, weil die Eigenschaften eingestellt werden könnte – zum Beispiel die Art und Weise es bricht oder reflektiert das Licht. Die Idee ist ähnlich wie bei Flüssigkristallen, die mit elektrischen Ladungen um Bilder auf Handy und Computer Displays verändert werden kann.

Die US Office of Naval Research multidisziplinäre Universität Forschungsinitiative unterstützt diese Forschung.

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