Учёные создали «лживое зеркало», которое намеренно показывает не то, что находится перед ним
Инженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали экспериментальное «лживое зеркало», способное преобразовывать отражённый свет так, чтобы вместо реального объекта наблюдатель видел заранее заданное изображение. В отличие от обычного дисплея или проектора, устройство не использует экран и цифровую обработку изображения во время работы.
Секрет технологии заключается в специально структурированной отражающей поверхности с микроскопическими элементами, которые изменяют фазу отражённого света. При разработке рисунка поверхности исследователи использовали глубокое обучение, чтобы определить расположение структур, необходимое для получения нужного изображения.
После изготовления такая поверхность преобразует различные входные изображения в один заранее заданный образ. В компьютерных моделях учёные создавали зеркала, которые превращали изображения одежды в сумку, разные написанные от руки цифры — в цифру 8, а простые рисунки — в изображение морды панды.
Система работала и с изображениями, которые не использовались при обучении. Несмотря на то что она не «знала» эти изображения заранее, на выходе всё равно появлялся узнаваемый заданный образ.
Затем исследователи изготовили физический прототип зеркала, преобразующего рукописные цифры в цифру 8. Экспериментальная установка использовала массив микрозеркал и работала с красным, зелёным и синим светом как по отдельности, так и одновременно. Вторая конструкция была рассчитана на широкий непрерывный диапазон видимого света.
Принцип напоминает голограмму, где специально созданная поверхность управляет фазой световых волн и заставляет их интерферировать определённым образом. Однако «лживое зеркало» не просто воспроизводит сохранённую картинку, а преобразует информацию, уже содержащуюся в отражённом свете, в другое изображение.
Пока технология остаётся лабораторным доказательством концепции. Эксперимент проводился в строго контролируемых условиях с когерентным светом, точной настройкой лучей и массивами микрозеркал. Обычный солнечный свет является некогерентным, поэтому для работы в реальных условиях потребуется более сложная конструкция.
По расчётам исследователей, практическая версия может потребовать нескольких слоёв структурированного материала, способных направлять и смешивать свет, поступающий с разных углов. Учёные уже смоделировали варианты, работающие с частично когерентным освещением, и получили результаты, указывающие на принципиальную возможность такого подхода.
Одним из потенциальных применений технологии может стать маскировка объектов. Вместо того чтобы скрывать оборудование под защитным кожухом, который сам может привлечь внимание, перед ним можно было бы разместить такую оптическую поверхность, отражающую обычное и не вызывающее подозрений изображение.
В дальнейшем технология может найти применение в системах безопасности, оборонных разработках и развлекательных устройствах. Однако до создания компактного зеркала, способного работать при обычном освещении и без сложной лабораторной настройки, ещё предстоит решить ряд технических задач.
Исследование в журнале Nature Communications.