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來源：互聯網

隱身衣（Invisibility Cloak），別名隱形衣，指一種利用技術或者材料來使穿戴者難以被察覺的服裝或者裝備。

隱身衣最初從傳說走向現實是在21世紀初期，從2006年英國物理學家Pendry等人發表了關于隱形的論文，到2009年美國科學家驗證了地毯式光學隱身衣的可能性，再到2020年中國科學家設計出了新一代智能毯式超表面隱身衣，世界各國積極的研究發展，讓隱身衣成為了一個十分前沿且熱門的研究領域。隱身衣主要類型有電磁波隱身衣和光學隱身衣，關鍵技術在于一種能避開光線和物體周圍其他形式電磁輻射的特殊人造材料，整體研究內容覆蓋電磁學、物理學、光學、材料科學及交叉學科。

隱身衣科技發展對軍事、安全和考古等領域產生了重要影響，但目前隱身衣的發展趨勢主要集中在軍事方面，美國、俄羅斯以及中國都已經在軍用隱身衣研究上獲得了突破。

發展歷史

前期理論

人類一直對實現隱身心存向往，古代神話、文學作品中常有相關描繪，如古希臘的珀耳修斯佩戴的隱身頭盔，以及《西游記》中孫悟空運用隱身術的場景。這種幻想背后反映了人類對未知的渴望，而這種渴望往往來源于自然界的靈感。

1968年，蘇聯理論物理學家菲斯拉格（Veselago）研究引出了超材料的概念，為后續電磁波隱身衣的制成奠定了基礎。后來Pendry等人最早提出利用轉換光學的辦法，可以將自由空間的一個閉合空間變換成一個殼層空間，由此產生等效的殼層介質內的電容率和磁導率張量，這樣的殼層介質稱為“隱身衣”，因為光經過這個殼層介質時會繞過其內部的洞，好像是在自由空間里傳播一樣，這樣就對殼層介質內部的洞進行了隱身。?

實踐過程

2005年Ａ·Grigorenko首次在光頻制成了具有負導磁率的超材料。2006年J·Pendry在Science上發表文章預言超材料可用來設計使物體隱形的電磁隱身衣（EMIC）或光學隱身衣（OIC），同年D·Schtuig等在微波頻率驗證了EMIC的思想。

2008年來自加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員開發出了一種新型納米材料，可使3D物體周圍的光線折射后繞過物體，從而達到隱形的效果，研究團隊表示今后將有足夠大的這種材料出現，可使人類隱身。

2009年，杜克大學Smith課題組驗證了地毯式光學隱身衣的可能性。地毯式隱身衣工作在一塊金屬凸起上，可以控制進入隱身衣的電磁波的傳播路徑，使該金屬凸起對電磁波的散射與平板金屬相同，就好像凸起不存在一樣。以往的針對地毯式隱身衣的研究涵蓋了從微波、太赫茲、紅外到可見光各個頻段，主要變換光學方法包括準保角變換和線性變換，主要實驗材料是人為構造的新型異向介質，也有少數基于自然界存在的雙折射材料或二維材料。在研究初期，地毯式隱身衣會產生與隱身區域高度可比擬的反射波的側向位移，使得隱身效果不完美。于是，科研工作者又開始尋求新的坐標變換方法來實現地毯式隱身。在這之中，線性變換由于其簡潔的變換方程，以及推演得到的均勻電磁參數而得到不少青睞。

2011年科學家設計了一款基于方解石的可見光頻段隱身衣，這類隱身衣既避免了由于采用各向同性材料近似帶來的反射波平移，還充分利用方解石等自然雙折射材料的光學特性避免了復雜昂貴的微納加工工藝，從而獲得肉眼可見的大尺度（數十毫米）可見光隱身衣，相較于只能通過光學或者電子顯微鏡進行觀察的尺寸只有幾個微米到幾十微米的基于準保角變換的紅外頻段地毯式隱身衣有更大的實用價值。

2013年，東南大學的崔鐵軍院士課題組首次提出了超構表面毯式隱身衣的想法，并在微波段對基于二維超表面的毯式隱身衣進行了仿真驗證。超表面具有深亞波長的厚度、靈活調控電磁波的能力、較低的損耗、易于共形、易于制備、易于集成等特點，通過合理設計超表面的單元結構以及相位分布，可以實現對相位型超表面散射的有效調控，達到“隱身”的目的。

2015年，加利福尼亞大學伯克利分校的張翔教授課題組實驗驗證了一種基于相位調制超構表面的超薄毯式隱身衣。通過精心設計納米天線的結構和排布，覆蓋在凸起目標上的超薄超表面能夠成功模擬出金屬平板反射光波的相位分布，從而實現“地毯式隱身”。這種設計方法迅速吸引了大量科研工作者的研究興趣。

2018年，中國科學院光電技術研究所的羅先剛院士課題組首次實驗驗證了可實現動態幻覺調控的毯式超構表面隱身衣。通過調節加載在超構表面單元的變容二極管的電壓，可以動態且連續地調控該超構表面的反射相位，從而使散射波波前被重構為多個預期狀態，生成不同物體的電磁圖像，從而達到電磁欺騙的目的。

2020 年，浙江大學陳紅勝教授課題組設計出了一款能夠迅速根據背景環境和來波模式進行自適應響應的新一代智能毯式超表面隱身衣。該超表面與人工智能算法進行結合，在沒有任何人為干預的情況下，能夠根據動態變化的入射波和背景環境自適應地調整相位分布，實時重構出與背景一致的散射場。

工作原理

隱身衣的關鍵技術在于一種特殊人造材料，該材料能避開光線和物體周圍其他形式的電磁輻射。人之所以能看到物體，是因為物體阻擋了光波通過。如果一種覆蓋在物體上的材料能使光波繞過物體，那么光線就會看似沒有受到任何阻擋；物體就實現了視覺隱身。在一些實驗中，人們通過設計垂直排列的透鏡陣列，有選擇地反射光線，從而達到隱身效果，但一旦觀察角度有所偏移，物體又會暴露在人們的視線中。隱身衣的工作原理便是將光線引導到隱藏物體周圍，使其在另一側出現，而不會發生偏轉，從而產生物體隱形的錯覺。如將物體放下中紅外波段吸收型表面遮罩下方，?則反射波會被吸收而不會進入任何探測器（如下圖a），遮擋熱量而在覺對熱成像圖像中達到隱身效果（如下圖b）。

主要類型

電磁波隱身衣

電磁波隱身衣由一種介電常數和磁導率均可設計、介電常數和磁導率可以獨立變化且可正可負的復合材料制成，由于該材料電磁屬性的可設計性，電磁波在通過該材料傳播時的方向就可以得到控制，使入射的電磁波在被測物體周圍發生彎曲，從而達到隱身的目的。2006年Pendry團隊設計出來的隱身斗篷也屬于這種類型。

光學隱身衣

光學隱身衣是一種可以在可見光下將物體隱形的隱身衣。光學隱身衣通過在物體表面覆蓋一層厚度為80納米的納米天線，來調節光線的反射方向和光線的相位，從而使光線像平滑的平面一樣反射，將物體偽裝成平滑的地面，遠處的觀察者會錯誤地認為只有地板，沒有物體，從而成功實現隱身效果。但這種超薄納米天線只能對特定波長的光（約為730納米）起作用，要實現對整個可見光波段的廣譜隱身效果，目前的技術還不夠成熟。2009年，杜克大學 Smith 課題組驗證的地毯式光學隱身衣就屬于這種類型。

應用領域

單兵在軍事行動中有隱匿行蹤的需求，不僅需要規避雷達、紅外、光電、聲音等諸多因素，同時還需要做到視距內隱形，而這對單兵來說幾乎是最重要的。因此隱身衣技術的發展對于單兵作戰領域來說具有十分重大的影響。2021年俄羅斯研發出了適用于單兵夜間作戰的隱形斗篷，這種斗篷甚至讓熱成像儀和夜視設備無從發現，極大地提高了士兵的作戰能力。同在2021年，韓國首爾大學Seung Hwan Ko教授團隊研究人員公布了一項關于人造皮膚的研究成果，這種人造皮膚能夠僅通過一種靈活的雙功能裝置（主動冷卻和加熱）來進行簡單的溫度控制，從而讓人類皮膚在紅外和可見光譜中均能主動融入背景環境，從而達到隱身的效果。但隱形人造皮膚的研究還處于早期階段，在戰場環境與虛擬現實融合技術方面還存在著不小的發展障礙，距離完全走向實戰戰場還有較長的路要走。

發展趨勢

自2006年Pendry等人關于隱形的論文發表開始，隱身衣一直是電磁學、物理學、光學、材料科學及交叉學科最前沿和最熱門的研究領域之一，關于隱形衣的研究有軍事和民用兩方面。

軍事方面

在現代復雜的國際環境下，隱身衣技術的發展加劇了各國武器裝備競爭，發展隱身技術，提高航空武器系統生存、空防和縱深打擊能力，已經成為集陸、海、空、天、電磁為一體的立體化現代戰爭的迫切需要。由于器件集成化、環境復雜化以及需求多樣化，現有的隱身技術仍然存在著許多關鍵技術問題和應用難點，例如：針對微波低頻段，實現超薄、寬帶、可共形的隱身器件設計，對科研工作者而言仍然是一個不小的挑戰。此外，新興作戰平臺上的雷達等射頻傳感器將以智能蒙皮的形態出現，復雜多變的電磁隱身環境對智能化的電磁隱身材料產生了強烈的需求。因而發展智能可調控的隱身技術以應對復雜多變的來波模式、背景環境和應用需求已然成為隱身技術發展的重要趨勢之一。

另外，目前的電磁隱身技術主要采取兩種技術途徑，外形隱身設計和使用電磁隱身材料。在工程實踐中，這兩類隱身技術通常同時應用。但是外形隱身技術的設計自由度較差，受限于目標的氣動性能、結構以及尺寸等；而傳統電磁隱身材料使用的吸波材料通常厚度厚、質量小，工作頻率也相對固定，不利于系統進行小型化、集成化、輕量化設計。因此，如何實現厚度薄、質量小、性能好的隱身材料也將是未來的研究趨勢之一。

民用方面

隱身衣技術尚未在民用領域實現商業化應用，這主要是由于軍事領域隱形材料主要針對偵查儀器隱形，而在民用領域的隱形材料研究方向主要針對肉眼隱形，研制針對視覺隱形的材料技術難點相對較高且需求性不迫切。但是隨著科學家們對異向介質的研究，科學家們開始采用異向介質進行隱身衣實驗，實驗頻段從微波段擴展到了光波段，這使得針對肉眼的隱身衣有了實現的可能。

研究現狀

隱身技術的發展同時也伴隨著探測技術的愈發先進，雖然至今還未出現一種探測手段能夠探測到所有隱身技術，但同時也沒有出現一種完全無法被探測到的隱身手段。為了實現最好的隱身效果，通常需要簡化電磁參數以避免無限大或負數的情況，且還需要用復雜結構等效出梯度折射率材料，這些過程需要昂貴且繁復的技術方法，最終的實際效果也會因存在較大散射和偏差而大打折扣。隨著隱身技術的高速發展，尤其是在軍事領域，多數國家對各自的技術都實行高度保密。

中國

2022年，廈門大學物理科學與技術學院陳煥陽教授團隊為了解決隱身器件的理論設計與實際制備之間的困難引入了遺傳算法，通過模擬自然進化過程來搜索最優解。研究人員借助人工智慧算法，利用機器學習探索光子器件的隱身性能，成功設計出可在微波頻段和太赫茲頻段起作用的隱身器件。

同時，陳煥陽教授在2022年的一項最新模擬計算表明使用三氧化鉬（α-MoO3）制造隱形裝置，可以達到超材料實現的隱身效果。達到結構的法布里-珀羅共振的光能夠以極小的散射通過α-MoO3隱身聚光器傳播并且能量在中心處得到加強，達到隱藏電磁照明下的物體的目的，即隱身。此外，利用α-MoO3代替超材料制造的新興隱形器件在特定光源位置還表現出錯覺效應，使得我們無法通過外場判斷光源的真實位置。

美國

美國是當今世界上研究隱身技術起步較早和投資最多的國家。2012年美國國防部投資的一家加拿大生物科技公司稱他們研究出一種隱形面料，面料外表可形成折射投影，可以讓人與環境完美融合。該公司將這種面料被命名為“量子隱形偽裝材料”，通過彎曲光線達到隱形目的。研究人員并未透露是否借助了強電磁干擾光線路徑，當光線照射到隱形面料的外表時，會在面料的外層形成折射投影，把周圍的環境投影在其表面從而實現與周圍環境的完全融合。但出于保密，該公司并未公布更多細節和研究內容。

2013年，美國康奈爾大學物理學家亞歷山大·加埃塔的研究團隊在現實中打造出了“時空隱形衣”，實驗表明，這件“衣服”可讓整個事件的發生過程在時間和空間上暫時消失。他們通過加速和放慢光線的不同部分，實現了讓一個物體在空間和時間上同時隱形40萬億分之一秒左右的時間。加埃塔這項實驗結果是通過改變光速來實現的。但由于光速大約是每秒30萬公里，要實現讓一段時間“消失”1秒鐘，就需要一個長達30萬公里的設備，所以這種隱形技術不太可能持續幾分鐘，甚至連幾秒鐘都很難達到。

俄國

2015年，俄羅斯稱研發出一種隱身涂層技術，俄方稱將這種涂層覆蓋在坦克或者裝甲車輛上，就會變得和周圍環境顏色一樣，不僅肉眼很難辨別，而且雷達和紅外都很難將其發現。

2017年6月，俄羅斯薩拉托夫國立大學科研小組與俄羅斯鋼鐵科學研究所聯合發布新聞公告，稱該大學科學家依靠紡織品納米表面處理技術研制出一種偽裝材料，可以感知周邊環境的顏色并做出相應的調整，使軍服變成與周圍環境一致的隱蔽色，與周圍環境完全融合，能有效對付戰場偵察雷達、被動夜視儀、探測人體氣味的感應器、感應各種武器鋼鐵部件的磁性探測器及其它電子和光學器材的偵察，使得士兵可以在敵人偵察設備面前完全隱身。

2021年5月，俄羅斯衛星網報道稱，俄羅斯特種部隊和特種行動部隊戰士已經獲得數套獨特的隱形斗篷，這種斗篷甚至讓熱成像儀和夜視設備無從發現，從而實現了夜間作戰的隱形“超能力”。

主要爭議

隱身將被首先應用于軍事領域，提高作戰的隱蔽性和安全性付于面向民間的隱身衣研究，《科普中國》曾經指出，在追求科技的同時，隱身衣技術也面臨著道德和社會影響方面的考量，如果任何人都可以實現隱形，勢必會引發一系列社會問題，因此需要充分地預測科技所帶來的負影響并加以規范和遏制。

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