Думаете, зеркало не может лгать? Исследователи доказали обратное
Зеркало должно делать простую вещь: показывать нам то, что находится перед ним. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, представляет технологию, которая звучит как научная фантастика — «лгущее зеркало», способное намеренно искажать отражение.
Зеркало должно делать простую вещь: показывать нам то, что находится перед ним. Однако новое исследование, опубликованное в научном журнале Nature Communications, представляет возможность, которая звучит почти как научная фантастика — зеркало, способное намеренно показывать нечто совершенно иное.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали прототип того, что они называют «лгущим зеркалом». Оно не просто искажает форму, как аттракцион в комнате смеха, а преобразует информацию, поступающую с помощью света, создавая заранее заданное изображение. Проще говоря: если перед обычным зеркалом вы видите объект, то перед «лгущим зеркалом» вы сможете увидеть нечто иное.
Как зеркало может «лгать»?
Секрет кроется в его поверхности. Вместо гладкого покрытия зеркало состоит из микроскопических структур, спроектированных так, чтобы изменять способ отражения света. Когда мы смотрим на объект, отраженный свет несет информацию, позволяющую нашим глазам распознать его. Исследователи нашли способ модифицировать этот свет так, чтобы вместо воспроизведения исходного объекта создавалось другое изображение.
Для наглядности: если исследователи хотят, чтобы зеркало всегда показывало утку, они проектируют поверхность так, чтобы множество различных входящих световых потоков преобразовывались в единый результат — изображение утки. Это не экран и не проектор, скрывающий отражение. Сама поверхность физически меняет падающий на нее свет.
Айдоган Озкан, инженер и изобретатель из UCLA, пояснил, что в отличие от проекторов или экранов, требующих электричества и систем обработки, «лгущее зеркало» является пассивным оптическим компонентом. После изготовления оно использует только падающий свет для создания результата.
Роль глубокого обучения
Чтобы зеркало «знало», как изменять свет, исследователи использовали глубокое обучение. Компьютер определяет конфигурацию микроструктур на поверхности, чтобы при попадании на них света получалось желаемое изображение. «Ложь» встроена в саму структуру: если зеркало спроектировано для отображения определенного образа, оно будет пытаться создать его из множества объектов, помещенных перед ним.
На первом этапе проводилось компьютерное моделирование. Ученые проектировали версии зеркала, превращающие изображения предметов одежды в сумку, рукописные цифры — в цифру 8, а простые рисунки — в лицо панды. Система успешно распознавала даже те изображения, которые не использовались в процессе проектирования.
От лаборатории к реальности
После моделирования исследователи построили реальную систему, используя массив крошечных зеркал для создания цифры 8. Эксперимент работал с красным, зеленым и синим светом по отдельности, а также при их смешивании. Была разработана и версия для более широкого диапазона видимого света.
Несмотря на результаты, исследователи подчеркивают, что до коммерческого продукта еще далеко. Эксперимент проводился в строго контролируемых лабораторных условиях. В реальном мире свет поступает с разных направлений, что значительно усложняет задачу. Озкан отметил, что для работы в обычных условиях могут потребоваться более сложные многослойные структуры, способные корректировать свет, поступающий под разными углами.
Потенциальные применения
Одним из предложенных применений является маскировка. Идея заключается не в том, чтобы сделать объект невидимым, а в том, чтобы наблюдатель видел нечто обычное и неинтересное. Например, вместо того чтобы скрывать чувствительное оборудование заметным коробом, «лгущее зеркало» может возвращать наблюдателю «невинное» изображение, заставляя его думать, что там нет ничего необычного. Помимо маскировки, исследователи указывают на перспективы использования технологии в сферах безопасности, обороны и развлечений.
