Uma representação artística de um futuro veículo de combate protegido por um sistema de camuflagem ativo
Atualmente, as operações de reconhecimento e infiltração de infantaria são realizadas com uma camuflagem convencional projetada para camuflar um soldado usando dois elementos principais: cor e padrão (padrão de camuflagem). No entanto, as operações militares em ambientes urbanos estão se tornando mais prevalentes, nos quais a cor e o padrão ideais podem mudar continuamente, mesmo a cada minuto. Por exemplo, um soldado vestindo um uniforme verde se destacará claramente contra uma parede branca. Um sistema de camuflagem ativo pode atualizar constantemente a cor e o padrão, escondendo o soldado em seu ambiente atual
A natureza tem usado "sistemas" de camuflagem ativamente adaptativos há milhões de anos. Você pode ver o camaleão nesta foto?
Representação simplificada do princípio de operação da camuflagem ativa-adaptativa usando o exemplo do MBT
Este artigo fornece uma visão geral dos sistemas de camuflagem ativos (adaptativos) atuais e projetados. Embora existam inúmeras aplicações para esses sistemas, ou estejam em desenvolvimento, o foco da pesquisa está em sistemas que podem ser usados em operações de infantaria. Além disso, o objetivo desses estudos é fornecer informações usadas para avaliar a aplicabilidade atual dos sistemas de camuflagem ativa e para ajudar a projetar sistemas futuros.
Definições e conceitos básicos
A camuflagem ativa no espectro visível difere da camuflagem convencional de duas maneiras. Primeiro, ele substitui a aparência do que está sendo mascarado por uma aparência que não apenas se assemelha ao ambiente (como o mascaramento tradicional), mas representa com precisão o que está por trás do objeto sendo mascarado.
Em segundo lugar, a camuflagem ativa também faz isso em tempo real. Idealmente, a camuflagem ativa poderia não apenas imitar objetos próximos, mas também objetos distantes, possivelmente até o horizonte, criando uma camuflagem visual perfeita. A camuflagem visual ativa pode ser usada para desativar a capacidade do olho humano e dos sensores ópticos de reconhecer a presença de alvos.
Existem muitos exemplos de sistemas de camuflagem ativos na ficção, e os desenvolvedores geralmente escolhem um nome para uma tecnologia com base em alguns termos e nomes de ficção. Eles geralmente se referem a camuflagem ativa total (ou seja, invisibilidade completa) e não se referem às capacidades de camuflagem ativa parcial, camuflagem ativa para operações especiais ou qualquer um dos atuais avanços tecnológicos do mundo real. No entanto, a invisibilidade completa certamente será útil para operações de infantaria, como reconhecimento e operações de infiltração.
A camuflagem é usada não apenas no espectro visual, mas também na acústica (por exemplo, sonar), no espectro eletromagnético (por exemplo, radar), campo térmico (por exemplo, radiação infravermelha) e para alterar a forma de um objeto. As tecnologias de camuflagem, incluindo algumas camuflagens ativas, foram desenvolvidas até certo ponto para todos esses tipos, especialmente para veículos (terrestres, marítimos e aéreos). Embora este trabalho se refira principalmente à camuflagem visual para um soldado de infantaria desmontado, é útil mencionar brevemente soluções em outras áreas, já que algumas idéias tecnológicas podem ser transportadas para o espectro visível.
Camuflagem visual. A camuflagem visual consiste em forma, superfície, brilho, silhueta, sombra, posição e movimento. Um sistema de camuflagem ativo pode conter todos esses aspectos. Este artigo se concentra na camuflagem ativa visual, portanto, esses sistemas são detalhados nas subseções a seguir.
Camuflagem acústica (por exemplo, sonar). Desde a década de 1940, muitos países têm feito experiências com superfícies de absorção de som para reduzir os reflexos do sonar dos submarinos. As tecnologias de bloqueio de armas são um tipo de camuflagem acústica. Além disso, o cancelamento de ruído ativo é uma nova tendência que pode evoluir para a camuflagem acústica. Fones de ouvido com cancelamento de ruído ativo estão atualmente disponíveis para o consumidor. Os chamados sistemas de supressão de ruído ativo de campo próximo estão sendo desenvolvidos, os quais são colocados no campo próximo acústico para minimizar ativamente, principalmente, o ruído tonal das hélices. Prevê-se que sistemas promissores para campos acústicos de longo alcance possam ser desenvolvidos a fim de mascarar as ações da infantaria.
Camuflagem eletromagnética (como radar). As redes de camuflagem de radar combinam revestimentos especiais e tecnologia de microfibra para fornecer atenuação de radar de banda larga acima de 12 dB. O uso de revestimentos térmicos opcionais estende a proteção infravermelha.
O BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) da Saab Barracuda usa um material especial que é anexado ao material de base. O material reduz a detecção de radar de banda larga e também estreita as faixas de frequência do visível e infravermelho. Cada tela é projetada especificamente para o equipamento que protege.
Uniformes de camuflagem. No futuro, a camuflagem ativa pode determinar o objeto a ser camuflado para adaptá-lo à forma do espaço. Essa tecnologia é conhecida como SAD (Dispositivo de Aproximação de Forma) e tem o potencial de reduzir a capacidade de detecção de formas. Um dos exemplos mais convincentes de camuflagem uniforme é o polvo, que pode se misturar com o ambiente não apenas mudando de cor, mas também mudando a forma e a textura de sua pele.
Camuflagem térmica (por exemplo, infravermelho). Está sendo desenvolvido um material que atenua a assinatura de calor da pele nua ao difundir a emissão de calor por meio de bolas ocas de cerâmica prateada (senosferas), com um diâmetro médio de 45 mícrons, embutidas em um aglutinante para criar um pigmento com propriedades de baixa emissão e difusão. As microesferas funcionam como um espelho, refletindo o espaço ao redor e entre si, distribuindo assim a radiação térmica da pele.
Camuflagem multiespectral. Alguns sistemas de camuflagem são multiespectrais, o que significa que funcionam para mais de um tipo de camuflagem. Por exemplo, a Saab Barracuda desenvolveu um produto de camuflagem multiespectral de sistema de alta mobilidade on-board (HMBS) que protege as peças de artilharia durante o disparo e reposicionamento. Reduções de assinatura de até 90% são possíveis, e a supressão da radiação térmica permite que motores e geradores parem para uma partida rápida. Alguns sistemas têm revestimento de dupla face, o que permite que os soldados usem camuflagem de dupla face para uso em diferentes tipos de terreno.
No final de 2006, a BAE Systems anunciou o que foi descrito como "um salto em frente na tecnologia de camuflagem", em seu centro de tecnologia avançada inventou "uma nova forma de furtividade ativa … Com o apertar de um botão, os objetos tornam-se virtualmente invisíveis, misturando-se em seu plano de fundo. " De acordo com a BAE Systems, o desenvolvimento "deu à empresa uma década de liderança em tecnologia stealth e poderia redefinir o mundo da engenharia 'stealth'." Novos conceitos foram implementados com base em novos materiais, o que permite não só alterar suas cores, mas também deslocar o perfil de infravermelho, microondas e radar e mesclar objetos com o fundo, o que os torna quase invisíveis. Essa tecnologia está embutida na própria estrutura, em vez de se basear no uso de material adicional, como tinta ou uma camada adesiva. Este trabalho já resultou no registro de 9 patentes e ainda pode fornecer soluções únicas para problemas de gerenciamento de assinaturas.
Sistema de camuflagem ativo baseado na tecnologia RPT com projeção em uma capa de chuva reflexiva
A próxima fronteira: ótica de transformação
Os sistemas de camuflagem ativo / adaptativo descritos neste artigo e baseados na projeção de cenas são bastante semelhantes à ficção científica em si (e de fato esta foi a base do filme "Predador"), mas eles não fazem parte da tecnologia mais avançada pesquisada em a pesquisa "mortalha da invisibilidade". Na verdade, outras soluções já estão delineadas, que serão muito mais eficazes e práticas em comparação com a camuflagem ativa. Eles são baseados em um fenômeno conhecido como óptica de transformação. Ou seja, alguns comprimentos de onda, incluindo a luz visível, podem ser "dobrados" e fluir ao redor de um objeto como a água envolvendo uma pedra. Como resultado, os objetos atrás do objeto se tornam visíveis, como se a luz passasse pelo espaço vazio, enquanto o próprio objeto desaparece de vista. Em teoria, a ótica de transformação pode não apenas mascarar objetos, mas também torná-los visíveis onde eles não estão.
Representação esquemática do princípio da invisibilidade por meio da ótica de transformação
Representação artística da estrutura de um metamaterial
No entanto, para que isso aconteça, o objeto ou área deve ser mascarado com um agente de camuflagem, que deve ser indetectável às ondas eletromagnéticas. Essas ferramentas, chamadas de metamateriais, usam estruturas celulares para criar uma combinação de características materiais não disponíveis na natureza. Essas estruturas podem direcionar ondas eletromagnéticas ao redor de um objeto e fazer com que elas apareçam do outro lado.
A ideia geral por trás de tais metamateriais é a refração negativa. Em contraste, todos os materiais naturais têm um índice de refração positivo, um indicador de quantas ondas eletromagnéticas são dobradas à medida que passam de um meio para outro. Uma ilustração clássica de como a refração funciona: uma parte de uma vara imersa na água parece estar dobrada sob a superfície da água. Se a água tivesse refração negativa, a parte submersa do bastão, ao contrário, se projetaria da superfície da água. Ou, para outro exemplo, um peixe nadando debaixo d'água pareceria estar se movendo no ar acima da superfície da água.
Novo metamaterial de mascaramento revelado pela Duke University em janeiro de 2009
Uma imagem de microscópio eletrônico de um metamaterial 3D acabado. Ressonadores de nanorings de ouro divididos são organizados em fileiras pares
Visão esquemática e microscópica eletrônica de um metamaterial (parte superior e lateral) desenvolvido por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley. O material é formado a partir de nanofios paralelos incorporados dentro de alumina porosa. Quando a luz visível passa por um material de acordo com o fenômeno da refração negativa, ela é desviada na direção oposta.
Para que um metamaterial tenha um índice de refração negativo, sua matriz estrutural deve ser menor que o comprimento da onda eletromagnética usada. Além disso, os valores da constante dielétrica (capacidade de transmitir um campo elétrico) e da permeabilidade magnética (como reage a um campo magnético) devem ser negativos. A matemática é fundamental para projetar os parâmetros necessários para criar metamateriais e demonstrar que o material garante invisibilidade. Sem surpresa, mais sucesso foi alcançado ao trabalhar com comprimentos de onda na faixa mais ampla de microondas, que varia de 1 mm a 30 cm. As pessoas veem o mundo em uma faixa estreita de radiação eletromagnética, conhecida como luz visível, com comprimentos de onda de 400 nanômetros (violeta e luz magenta) a 700 nanômetros (luz vermelha escura).
Após a primeira demonstração da viabilidade do metamaterial em 2006, quando o primeiro protótipo foi construído, uma equipe de engenheiros da Duke University anunciou em janeiro de 2009 um novo tipo de dispositivo de camuflagem, muito mais avançado em camuflagem em um amplo espectro de frequências. Os últimos avanços nesta área devem-se ao desenvolvimento de um novo grupo de algoritmos complexos para a criação e produção de metamateriais. Em experimentos de laboratório recentes, um feixe de microondas direcionado através de um meio de mascaramento para uma "protuberância" em uma superfície plana de espelho foi refletido da superfície no mesmo ângulo como se não houvesse protuberância. Além disso, o agente de camuflagem evitou a formação de feixes dispersos, geralmente acompanhando essas transformações. O fenômeno subjacente à camuflagem lembra uma miragem vista em um dia quente à frente da estrada.
Em um programa paralelo e verdadeiramente competitivo, os cientistas da Universidade da Califórnia anunciaram em meados de 2008 que foram os pioneiros em materiais 3-D que podiam mudar a direção normal da luz no espectro visível e infravermelho próximo. Os pesquisadores seguiram duas abordagens distintas. No primeiro experimento, eles empilharam várias camadas alternadas de prata e fluoreto de magnésio não condutor e cortaram os chamados padrões de "malha" nanométrica em camadas para criar um metamaterial óptico em massa. A refração negativa foi medida em comprimentos de onda de 1.500 nanômetros. O segundo metamaterial consistia em nanofios de prata esticados dentro de alumina porosa; ele teve refração negativa em comprimentos de onda de 660 nanômetros na região vermelha do espectro.
Ambos os materiais alcançaram refração negativa, com a quantidade de energia absorvida ou "perdida" à medida que a luz passava por eles era mínima.
À esquerda está uma representação esquemática do primeiro metamaterial de "malha" 3-D desenvolvido na Universidade da Califórnia que pode atingir índice de refração negativo no espectro visível. À direita está a imagem da estrutura acabada de um microscópio eletrônico de varredura. Camadas intermitentes formam pequenos contornos que podem desviar a luz de volta
Também em janeiro de 2012, pesquisadores da Universidade de Stuttgart anunciaram que haviam feito progresso na fabricação de um metamaterial de anel dividido em várias camadas para comprimentos de onda ópticos. Este procedimento camada por camada, que pode ser repetido quantas vezes desejar, é capaz de criar estruturas tridimensionais bem alinhadas a partir de metamateriais. A chave para este sucesso foi um método de planarização (nivelamento) para uma superfície nanolitográfica áspera combinada com fiduciais duráveis que resistem a processos de corrosão seca durante a nanofabricação. O resultado foi um alinhamento perfeito com camadas absolutamente planas. Este método também é adequado para a produção de formas livres em cada camada. Assim, é possível criar estruturas mais complexas.
Certamente, muito mais pesquisas podem ser necessárias antes que metamateriais possam ser criados que possam funcionar no espectro visível, no qual o olho humano pode ver, e então materiais práticos adequados, por exemplo, para roupas. Mas mesmo os materiais de camuflagem operando em apenas alguns comprimentos de onda fundamentais podem oferecer benefícios tremendos. Eles podem tornar os sistemas de visão noturna ineficazes e os objetos invisíveis, por exemplo, para feixes de laser usados para guiar armas.
Conceito de trabalho
Sistemas optoeletrônicos leves foram propostos com base em dispositivos de imagem modernos e visores que tornam os objetos selecionados quase transparentes e, portanto, virtualmente invisíveis. Esses sistemas são chamados de sistemas de camuflagem ativa ou adaptativa devido ao fato de que, ao contrário da camuflagem tradicional, eles geram imagens que podem mudar em resposta às mudanças nas cenas e nas condições de iluminação.
A principal função do sistema de camuflagem adaptável é projetar a cena (plano de fundo) atrás do objeto na superfície do objeto mais próximo do observador. Em outras palavras, a cena (fundo) atrás do assunto é transportada e exibida em painéis na frente do assunto.
Um sistema de camuflagem ativa típico provavelmente será uma rede de monitores de tela plana flexíveis dispostos na forma de algum tipo de cobertor que cobrirá todas as superfícies visíveis do objeto que precisam ser camufladas. Cada painel de exibição conterá um sensor de pixel ativo (APS), ou possivelmente outro gerador de imagens avançado, que será direcionado para a frente do painel e ocupará uma pequena parte da área do painel. A "colcha" também conterá uma estrutura de arame que suporta uma rede de fibras ópticas reticuladas através da qual a imagem de cada APS será transmitida para um painel de exibição adicional no lado oposto do objeto mascarado.
A posição e orientação de todos os dispositivos de imagem serão sincronizadas com a posição e orientação de um sensor, que será determinada pelo gerador de imagens principal (sensor). A orientação será determinada por uma ferramenta de nivelamento controlada pelo sensor de imagem principal. Um controlador central conectado a um medidor de luz externo ajustará automaticamente os níveis de brilho de todos os painéis de exibição para corresponder às condições de luz ambiente. A parte inferior do objeto mascarado será iluminada artificialmente, de modo que a imagem do objeto mascarado vista de cima mostre o solo como se ele fosse iluminado naturalmente; se isso não for alcançado, a óbvia heterogeneidade e discrição das sombras serão visíveis para o observador olhando de cima para baixo.
Os painéis de exibição podem ser dimensionados e configurados de forma que um total desses painéis possa ser usado para mascarar vários objetos sem ter que modificar os próprios objetos. O tamanho e a massa de sistemas e subsistemas típicos de camuflagem adaptativa foram estimados: o volume de um sensor de imagem típico será menor que 15 cm3, enquanto um sistema que cobre um objeto de 10 m de comprimento, 3 m de altura e 5 m de largura terá um massa inferior a 45 kg. Se o objeto a ser camuflado for um veículo, o sistema de camuflagem adaptável pode ser facilmente ativado pelo sistema elétrico do veículo sem qualquer impacto negativo em seu funcionamento.
Uma solução interessante para a camuflagem adaptativa de equipamento militar Adaptive da BAE Systems
