爱华网哈里·波特系列小说的最后一部——《哈里·波特与死亡圣器》的中文版近期正式发行。在北京，数百名哈里·波特迷身披模仿小说中哈里·波特那件能隐身的黑色斗篷，头戴尖顶圆帽参加了发行仪式和庆祝活动。相信凡是看过哈里·波特系列小说或电影的人都对哈里·波特的爸爸留给他的那件能隐身的斗篷留下深刻的印象。这件有着神奇隐身功能的斗篷以前只是存在于人们的梦想之中，但现在人类已经向着这个梦想迈进了一大步。最近，浙江大学国际电磁学院浙江分院博士后陈胜红在领导了一个12人的团队与美国麻省理工学院合作进行了多年的深入研究之后，将《电磁波与隐身衣的交互机理研究》一文发表在重要的物理学刊物《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上。无独有偶，据英国《太阳报》、《每日电讯报》等媒体报道，英国国防部在今年10月29日透露，近期已成功进行了坦克隐形试验。这些报道立刻引起了科学界和公众对隐身技术的浓厚兴趣。 欧美隐形技术应用 我们知道，人眼之所以能看到物体，是因为光线照射到物体时被反射到人的眼中。隐身技术试图通过改变光线在物体上的折射率，进而改变光线反射、折射的角度，从而最终让人眼无法正常地看到物体。陈胜红的论文阐述的就是这个原理。值得一提的是，目前采用同样原理的隐身技术已经广泛应用在军事领域，主要方式是在物体外表喷涂某种特殊材料吸收、散射、反射雷达波。例如大名鼎鼎的美国B-2轰炸机，就是通过这种方法实现在普通雷达上的隐身效果。 英国国防部的隐身试验运用的也是这个原理。英国皇家工程兵部队与奎奈蒂克公司合作，运用摄像机和投影仪，先将坦克身后的景色拍摄下来，再把画面投射到经过特别改装的坦克上。坦克外表是由硅材料制成的，能够最大限度地达到反光效果。这种硅材料采用纳米技术，通过对分子结构的控制改变了对光线的反射角度，使光线的自然传播路线发生了改变。一眼望去，肉眼看到的是一幅经过拼接融合处理过的画面，体积庞大的坦克就在环境的掩护下神奇地消失了。与此同时，英国国防部还在进行其他类似的试验。他们测试了一件运用相同原理制造的军用夹克，穿上它的士兵立刻“人间蒸发”。 与浙江大学和英国国防部改变电磁波反射方向的隐身技术不同，美国北卡罗来纳州杜克大学研究的方向是通过改变电磁场的方式影响电磁波的传播，即如何采用使光波及其他频率的电磁波发生扭曲的革命性的新材料制造出隐身衣。这种材料的隐身原理是当物体遇到光波等电磁波的照射时能让电磁场发生变化，使电磁波偏离原来的方向行进，这样一来无论是人眼还是雷达，都无法通过观察电磁波的反射发现物体。而早在去年，杜克大学电子工程系的一个研究小组就在《科学》杂志上发表了有关隐身衣的论文，文中论证了制造隐身衣的可能性。并且杜克大学还进一步进行了试验，测试的材料成功地躲避了雷达的侦测。 隐形技术路漫漫 需要指出的是，目前的隐身技术还处于初级阶段。无论是哪种技术，都只能达到近似的隐身效果，而不能真正实现隐形。例如，根据陈胜红提出的散射模型理论，虽然可以通过对非理想参数实现的隐身衣进行定量计算，并进而定量概括隐身衣的隐身效果，但这项技术并非适用于所有频率的电磁波。因为根据这种理论，当材料使物体对某个频率的电磁波“隐形”时，其他频率的电磁波却能探测到它。例如在雷达屏幕上侦测不到的隐形飞机，通过人类的肉眼却能轻而易举地发现。而对于英国国防部的试验，我们只要换个角度观察，就能轻而易举地发现在原来位置上看不到的“隐形”的坦克。现在试验人员正尝试使用不同原料和配比的材料，希望可以实现对不同频率的可见光和电磁波隐形的效果。因此，要实现真正的隐形，还需要更长的时间。 目前，虽然中、美、英三国在隐身技术的基础理论研究领域并驾齐驱，但英美两国的隐身技术已经从测试阶段开始进入实用阶段，在商业化和实用化方面领先一步。世界隐形物理学权威之一，伦敦帝国学院教授约翰·彭德瑞表示，隐身技术的理论基础已经成熟，但在技术上还需要进一步的改进，5－10年内有望投入实用。未来一旦这种技术研制成功，当物体遇到光线或其他频率的电磁波时将是“透明”的，从而使该物体对肉眼及雷达等电子探测设备彻底隐形。届时人类社会将彻底颠覆“眼见为真”的传统信念。除了对空间的能量场进行探测以探知物质的存在外，人们将无法“发现”隐形的物体，哪怕它们散布在我们的四周而且距离很近。
隐身技术可以运用在许多领域。它不但可以运用在军事方面，如让军舰、飞机、坦克等大型装备对雷达甚至是人眼隐身，也可以应用在建筑物或物品包装、安全保卫、物流检测、动物拍摄和观测等民用领域。据保守的估算，商用化后全球范围内隐形产业的规模将达到每年数十亿美元。 虽然长期来看隐形产业的前景十分光明，但从工程学和统筹学的角度看，如何降低隐形材料的成本还存在很多问题。还以B-2飞机为例，虽然取得了良好的隐身效果，但由于该涂料造价高昂而且不耐日晒和酸雨，加上很容易被磕碰损伤，因此每两个月就需要重新喷涂一次，保养和维护的成本十分高昂。由此可见，研制出成本较低、维护和使用方便的隐身材料是隐身技术产业化的关键，而现阶段在这方面尚未走出实验室。另一方面，在民用领域，隐身技术如隐身衣也是个在道德上十分敏感的话题。如何防止隐身技术被滥用于侵犯个人隐私，甚至是被犯罪分子和恐怖分子利用来危害社会，都是世界各国立法机关和政府部门需要认真思考和严肃对待的重要问题。相信由于受到严格的技术管制，隐身技术产业化的初期将主要应用在军事、国家安全等特殊领域。而民用隐身技术若要得到广泛的应用，还需要更长的时间以等待相关法律的完备和实施。 展望未来，随着科学技术的不断进步，未来人们拥有一件类似于哈里·波特那件具有魔法的隐身斗篷将不再只是一个梦想。如果这项技术能被人类善意地利用，一个神奇绚烂的“魔法”世界将会更好地呈现在我们的面前。 神奇的自动修补材料 当衣物特别是皮衣破损时，我们常常想：“哎，要是它能像人的皮肤伤口一样可以自动愈合就好了，这样就省得花钱买新的。”如果是在以前，这样的念头只能一闪而过。现在好了，通过人们的努力，一种像皮肤一样能自动检查、修复表面损伤的新型智能合成材料终于诞生了。近日，美国研发出了一种新型的智能合成材料，可以自动监测和自动修补裂痕。 简单原理大应用 美国伦斯勒理工学院的科学家尼基尔·科拉特卡利用树脂和碳纤维等物质与纳米技术合成了这种特殊的材料。这种材料巧妙地利用了一个简单的物理学原理，即物质的电阻值与导电性成反比。由于碳纤维的存在，该材料具有一定的导电性。当平常完好无损时材料内部的电阻值很稳定，若一旦材料中某个地方出现了裂缝，由于碳纤维的断裂，裂缝周围材料的电阻值就会迅速升高，这样材料就可以感知到裂缝的存在。 与此同时，裂缝附近的材料由于受力不均匀，压力作用于碳纤维，加上材料内部的电阻值有差异，使材料内部产生了电流。根据物理学的基本原理我们知道，功率等于电流值乘以电压值。伴随着电压的升高和电流的产生，裂缝附近的材料内部开始产生热效应。而当裂缝材料温度升高到一定程度时，材料中一种低熔点的特殊粉末就会受热融化，并流入裂缝。当裂缝中充满该种液态物质时，由于这种液态物资中混合有碳纤维，具有一定的导电性，因此材料的电阻值降低，热效应消退。随着材料本身的降温，流入裂缝的液体也将会快速凝固。根据实验检测，凝固后的材料机械强度可以恢复到原有水平的一半。经过这样的修补，材料的裂缝得到了修复，而其余未受损的部分则不会受到影响。 由于这种材料（包括特种粉末）不溶于水和一般的有机溶剂，附着性、黏性很强，不易脱落，因此这种技术非常适用于航空、航天、航海等技术要求很高的高风险领域，如喷涂于航空器、航天器、船体的外表，用于在无法人工检修时和维修条件差、环境恶劣时进行简单快速地自动修复受损表层，以避免可能的更大危险。2003年2月1日美国“哥伦比亚”号航天飞机失事，从外部燃料箱脱落的泡沫绝缘材料击中左翼造成防热层破损是“哥伦比亚”号返回地球时失事的直接原因。如果当时“哥伦比亚”号外表喷涂有这样能自动检测和自动修复功能的材料，失事的惨剧就很可能避免。 另外，这种技术也可以广泛应用于民用领域。当它应用在民用领域时，如果住宅、办公大楼等建筑物外表敷设了这样的材料，就不用担心日晒雨淋导致建材开裂了，它可以自动检查和修补裂缝，避免室内渗水和漏雨。这不但大大减轻物业工人维修和保养的工作量，而且避免了雨水对建筑物内部钢筋的腐蚀，延长了建筑物的使用年限。同样，室内墙壁涂上有自动修复功能的墙漆，业主再也不用担心墙壁上施工洞与墙体其他部分之间的间隙所造成的不美观，这种特殊材料能自动弥补缺陷。喷涂有自动修复车漆的汽车也不用有一点擦碰就需要重新喷漆或作钣金了，车漆可以自动修复伤痕，既减少了支出，又节约了时间。采用这项技术生产的汽车和自行车轮胎使用寿命也将得到延长，从而更好地节约资源、保护环境。喜爱郊游的人们穿着采用自动修复材料制造的衣服和背包到野外旅行时不怕穿行树林或灌木对衣物表面的划伤，因为它会自动修复。而在医学领域，采用自动修复材料生产的人工关节、人工心脏内瓣膜的使用期也将大大延长，不但减少了病人更换器械的痛苦，也减少了病人面临的手术风险，提高了病人的生活质量。这种技术同样可以应用在文物保护方面。故宫等木制建筑物的表层涂上这种材料后也能非常有效地抵抗日晒和风雨的侵蚀。特别值得一提的是对于中国这样地域辽阔、水患频繁的国家来说，采用自动修复材料和技术建设的大坝将在大水来临时有效地预防管涌、渗漏等小事故，防止它们转化为危害堤坝，甚至导致堤坝崩溃的大事故，更好地保障人们生命和财产的安全。 商用尚需时日 目前自动修复材料的研究在全世界范围内蓬勃展开，除了美国暂时居于领先地位外，日本、德国、中国、韩国等也纷纷在进行相关或类似技术的研发。例如德国就研发出一种能自动监测和修补大楼、桥梁等混凝土建筑物的系统，当建筑物内有断裂时，事先安装好的多个监控器感受到的压力和测量的数值就会发生变化，分布在混凝土内的管道就会释放出修补剂渗入裂隙，并快速凝固，完成对混凝土的修补。这种技术对于弥补一般情况下难以察觉的建筑物内部损伤将是非常有帮助的，能有效地预防桥梁及建筑物的内部断裂和倒塌。 虽然这项技术的应用前景和市场非常广阔，但从实验室走向社会尚需时日。目前这项技术的推广应用还存在几方面的问题。首先是技术问题，大规模的商业应用要求自动修复材料能耐日晒、雨淋，能抵抗酸碱的侵蚀和空气的氧化作用，只有这样才能经久耐用。而目前的实验室产品测试仅仅满足一般民用材料的基本要求，距离达到商业化开发的技术要求尚需时日。其次，针对某些特殊的应用领域，不但必须根据不同领域的要求研制不同种类合成材料的配方和生产工艺、流程，而且要经过严格的测试，不但耗资巨大，而且需要相当长的时间和无数次的试验，难度很大。如果具备自动修复功能的人工心脏瓣膜要进入医疗第一线，就需通过各种长期临床实验的检验。而专门用于航天器和航空器的特殊材料也必须经过严格的测试，达到极高的技术指标和特殊要求，如耐压力、耐辐射和能忍受外层空间白昼黑夜上千度温差的严峻考验。而可以自动修补船舶、潜艇表面的材料必须能经受含盐、氯等强氧化因素的海水腐蚀和在海底数十个大气压的压力下能正常工作。最重要的是从商业化的角度来看，如果这项技术要得到大规模的应用，必须要将它的生产成本降低到社会可以广泛接受的程度。只有这样才能推动、促进这项技术的普及和发展。 自动检修材料的推出，对于提高人们的生活质量，节约资源和能源，降低物质消耗，减少事故隐患，预防危害和损失是非常有益的。希望有更多更好的这样的先进技术被人们广泛应用，让人类的生活更加美好。 追踪面部识别技术 一张照片、一些基本信息再加上一个独有的身份证号就是我们最传统的身份识别方法，然而近年来随着计算机技术、图像处理技术以及模式识别等技术的快速发展，面部识别技术作为生物特征识别技术的后起之秀正在逐步替代传统身份识别方法。作为ID（身份识别）新秀，面部识别技术具有简便、准确、经济及扩展性良好等众多优势，可广泛应用于安全验证、监控、出入口控制等多个方面。 面部识别（FaceDetection）特指利用分析、比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。广义的面部识别实际包括构建面部识别系统的一系列相关技术，例如面部图像采集、面部定位、面部识别预处理、身份确认以及身份查找等；狭义的面部识别特指通过面部进行身份确认或身份查找的技术或系统。 面部识别技术最初的原理是将人的脸谱用特殊方法记录在数据库中并形成记忆。发展至今，面部识别技术包括面像检测、面像跟踪与面像比对等不同方面的技术。面像检测是指在动态的场景与复杂的背景中判断是否存在面像并将面像从背景中分离出来，面像跟踪是指对已经被检测到的面像进行动态的追踪，面像对比则是指将被检测的面像与目标面像相比对以进行身份确认。 通常的面像识别过程主要分三步：第一步，建立面像档案，就是通过摄像头或者照片来采集并获取面像文件进而生成面纹（Faceprint）；第二步，获取当前面像，即通过摄像头捕捉面像或提取照片以获得被检测目标面像文件并生成面纹；第三步，将当前面像的面纹编码与档案中的面纹编码进行检索比较。面纹作为面部识别的关键组成部分，其最核心的技术就是编码方式，它是根据面部的本质特征而工作的，可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化，具有强大的可靠性。 作为一种新的识别技术，发展日渐成熟的面部识别技术越来越多地被应用在各个领域之中。面部识别技术相比较于指纹、掌纹、虹膜检测技术的优越性就在于其方便性、快速性及非侵犯性，不需要任何的扫描或者感应就可以达到识别效果，对于在出入口控制、银行金融系统、追缉嫌疑犯、反恐斗争及互联网中有着广泛的应用。而在民用方面，面部识别技术可以为身份确认提供帮助，将当前面像面纹编码与数据库中的资料相对比，若置信度达到设定分值则确认成功，这在企业财务室、高智能大厦、考场、酒店客房智能门禁等诸多民用方面都有广阔的应用。不论是军用还是民用，面部识别作为一种新型身份识别成为了一种行之有效的新手段。
