L’idea di diventare invisibili ha accompagnato l’uomo per secoli. Per molto tempo è appartenuta esclusivamente alla fantascienza, ma negli ultimi decenni fisici e ingegneri hanno iniziato a studiare seriamente tecnologie capaci di ridurre la visibilità di un oggetto, modificarne l’interazione con le onde elettromagnetiche o creare sofisticate forme di mimetizzazione.
Quando questo articolo venne pubblicato originariamente, le ricerche sui cosiddetti mantelli dell’invisibilità stavano attirando una notevole attenzione. Alcuni esperimenti sembravano suggerire la possibilità di guidare determinate onde intorno a un oggetto, facendo apparire quest’ultimo meno rilevabile in particolari condizioni.
Da allora la ricerca è proseguita e oggi possiamo comprendere meglio cosa significhi realmente “rendere invisibile” qualcosa. Non esiste ancora un mantello capace di far scomparire una persona davanti ai nostri occhi come nei film. Esistono però tecnologie molto interessanti basate su metamateriali, metasuperfici, controllo delle onde elettromagnetiche, mimetizzazione attiva e materiali ottici avanzati.
È realmente possibile rendere invisibile un oggetto?
Per capire il problema bisogna innanzitutto comprendere perché vediamo gli oggetti.
Quando la luce colpisce una superficie, una parte viene assorbita e una parte viene riflessa o diffusa. La luce che raggiunge i nostri occhi permette al cervello di riconoscere forma, colore, posizione e dimensioni dell’oggetto.
Per ottenere una vera invisibilità bisognerebbe quindi fare in modo che la luce si comportasse come se quell’oggetto non fosse presente: dovrebbe raggiungere l’osservatore senza produrre le normali informazioni visive associate all’ostacolo.
Ed è proprio qui che nasce il concetto del cloaking, o occultamento elettromagnetico: invece di rendere semplicemente trasparente un materiale, si cerca di controllare il percorso delle onde intorno all’oggetto.
Come dovrebbe funzionare un mantello dell’invisibilità?
Una delle idee più studiate consiste nel creare una struttura capace di guidare le onde elettromagnetiche attorno all’oggetto da nascondere e successivamente ricomporle dall’altra parte.
Possiamo immaginare il fenomeno come l’acqua di un fiume che incontra una roccia. L’acqua si divide, scorre intorno all’ostacolo e successivamente torna a unirsi. Se fosse possibile ottenere un comportamento analogo con la luce, un osservatore potrebbe teoricamente ricevere le onde provenienti da dietro l’oggetto senza percepire chiaramente la sua presenza.
Naturalmente controllare la luce è enormemente più complesso. Per questo gran parte della ricerca si è concentrata su materiali e strutture artificiali capaci di manipolare in maniera estremamente precisa la propagazione delle onde.
Cosa sono i metamateriali?
I metamateriali sono strutture artificiali progettate per ottenere particolari proprietà elettromagnetiche. La caratteristica interessante non deriva solamente dal materiale utilizzato, ma soprattutto dalla geometria e dall’organizzazione delle minuscole strutture che lo compongono.
Progettando opportunamente queste strutture è possibile modificare il modo in cui determinate onde interagiscono con il materiale.
È proprio questa capacità che ha reso i metamateriali particolarmente interessanti per gli studi sull’invisibilità. In determinate condizioni sperimentali possono essere progettati per modificare il percorso delle onde e ridurre l’interazione osservabile con un oggetto.
Questo non significa però che basti avvolgere una persona in un metamateriale per farla scomparire. Gli esperimenti funzionano normalmente in condizioni molto precise e all’interno di intervalli limitati di frequenze.
Perché è così difficile diventare invisibili alla luce visibile?
Uno dei principali problemi è rappresentato proprio dalla luce che possiamo vedere.
La luce visibile comprende differenti lunghezze d’onda, che il nostro sistema visivo interpreta come colori. Una tecnologia capace di funzionare bene con una determinata frequenza non necessariamente produce lo stesso risultato sull’intero spettro visibile.
A questo bisogna aggiungere un’altra difficoltà: l’osservatore può spostarsi.
Un sistema che riduce la visibilità di un oggetto osservato da una determinata posizione potrebbe non funzionare allo stesso modo guardandolo lateralmente, dall’alto o da un’altra angolazione.
Per ottenere il “mantello dell’invisibilità” che immaginiamo normalmente sarebbe quindi necessario controllare contemporaneamente molte lunghezze d’onda, differenti angoli di osservazione e continui cambiamenti nella posizione dell’osservatore e dell’oggetto.
Invisibilità e mimetizzazione non sono la stessa cosa
Un’altra distinzione importante riguarda la differenza tra invisibilità e mimetizzazione.
Un sistema di mimetizzazione attiva può utilizzare telecamere, sensori e superfici capaci di riprodurre informazioni visive provenienti dall’ambiente circostante. Guardando il sistema da una determinata posizione, l’oggetto può quindi confondersi con lo sfondo.
In questo caso, però, la luce non viene realmente guidata intorno all’oggetto. Si crea piuttosto un’illusione visiva che rende più difficile distinguerlo dall’ambiente.
Questo approccio può essere particolarmente interessante per applicazioni militari, veicoli, robotica e sistemi avanzati di camuffamento, ma tecnicamente è molto diverso dal cloaking ottenuto attraverso metamateriali.
Invisibile agli occhi non significa invisibile ai sensori
C’è poi un aspetto particolarmente interessante nel settore della sicurezza: la visibilità dipende dal tipo di sensore utilizzato.
L’occhio umano rileva solamente una piccola parte dello spettro elettromagnetico. Telecamere e strumenti professionali possono invece lavorare con infrarossi, radiazione termica e altre bande non direttamente percepibili dall’uomo.
Un oggetto perfettamente mimetizzato nel campo visibile potrebbe quindi continuare a essere rilevabile attraverso una termocamera perché emette calore. Allo stesso modo, potrebbe riflettere altre frequenze, produrre segnali elettronici oppure essere individuato attraverso differenti sistemi di rilevamento.
Per questo, soprattutto in campo militare e nella sicurezza, il concetto moderno di invisibilità è molto più ampio della semplice capacità di “non essere visti”.
Invisibilità ai radar e tecnologia stealth
Un esempio concreto è rappresentato dalla tecnologia stealth. Un velivolo stealth non è invisibile nel senso cinematografico del termine: se passa davanti a un osservatore può naturalmente essere visto.
La sua struttura viene invece progettata per ridurre la possibilità di rilevamento attraverso determinati sistemi radar. Geometria delle superfici e materiali specializzati possono contribuire a controllare la quantità e la direzione dell’energia elettromagnetica riflessa verso il radar.
Si tratta quindi di una forma di riduzione della rilevabilità, non di invisibilità assoluta.
Un oggetto potrebbe essere invisibile a una telecamera?
Anche in questo caso dipende dal tipo di telecamera.
Una normale videocamera lavora principalmente nello spettro visibile e incontra quindi problemi simili a quelli dell’occhio umano. Una telecamera a infrarossi o una termocamera raccoglie invece informazioni differenti.
Questo dimostra perché parlare genericamente di “invisibilità” può essere fuorviante. Un oggetto può essere difficile da individuare utilizzando una tecnologia e perfettamente rilevabile utilizzandone un’altra.
Metasuperfici: un’evoluzione dei metamateriali
Una delle aree che hanno attirato particolare interesse negli ultimi anni riguarda le metasuperfici. Invece di realizzare strutture tridimensionali relativamente complesse, queste tecnologie utilizzano superfici progettate su scala estremamente ridotta per modificare il comportamento delle onde.
Le possibili applicazioni vanno ben oltre l’invisibilità: controllo e focalizzazione della luce, antenne, telecomunicazioni, sensori e sistemi ottici estremamente compatti sono alcuni degli ambiti nei quali questi principi possono essere utilizzati.
La ricerca sul cloaking è quindi importante anche quando non produce un vero mantello dell’invisibilità, perché permette di sviluppare nuove conoscenze sul controllo delle onde elettromagnetiche.
Esiste oggi un vero mantello dell’invisibilità?
No, almeno non nel significato che normalmente attribuiamo a questa espressione. Non esiste oggi un tessuto che possa essere indossato da una persona e renderla completamente invisibile all’occhio umano da qualsiasi direzione e in normali condizioni ambientali.
Gli esperimenti scientifici sul cloaking sono però reali e hanno dimostrato che è possibile manipolare determinate onde in modi che alcuni decenni fa sarebbero sembrati estremamente difficili.
La differenza fondamentale sta quindi tra dimostrare un principio fisico in laboratorio e trasformarlo in una tecnologia universale utilizzabile nel mondo reale.
Dal sogno dell’invisibilità alle tecnologie di rilevamento
Quando pubblicammo originariamente questo articolo, l’idea di un mantello dell’invisibilità sembrava una delle applicazioni più sorprendenti dei metamateriali. Oggi sappiamo che il problema è molto più complesso, ma proprio queste ricerche hanno contribuito ad approfondire la nostra capacità di controllare luce e onde elettromagnetiche.
Dal punto di vista della sicurezza, la lezione più interessante è probabilmente un’altra: essere difficili da vedere non significa necessariamente essere impossibili da rilevare.
Occhio umano, telecamere, infrarossi, sensori termici, radar e strumenti elettronici osservano infatti la realtà in modi differenti. Una tecnologia progettata per ridurre una determinata firma può continuare a lasciare altre tracce rilevabili.
Il vero futuro dell’invisibilità potrebbe quindi essere meno spettacolare di quello raccontato dalla fantascienza, ma scientificamente ancora più interessante: non far scomparire completamente un oggetto, bensì controllare sempre meglio il modo in cui può essere osservato e rilevato.