Una representación artística de un futuro vehículo de combate protegido por un sistema de camuflaje activo.
Actualmente, las operaciones de reconocimiento e infiltración de infantería se realizan con un camuflaje convencional diseñado para camuflar a un soldado utilizando dos elementos principales: color y patrón (patrón de camuflaje). Sin embargo, las operaciones militares en entornos urbanos son cada vez más frecuentes, en las que el color y el patrón óptimos pueden cambiar continuamente, incluso cada minuto. Por ejemplo, un soldado con uniforme verde se destacará claramente contra una pared blanca. Un sistema de camuflaje activo podría actualizar constantemente el color y el patrón, ocultando al soldado en su entorno actual
La naturaleza ha estado utilizando "sistemas" de camuflaje activamente adaptativos durante millones de años. ¿Puedes ver al camaleón en esta foto?
Representación simplificada del principio de funcionamiento del camuflaje activo-adaptativo utilizando el ejemplo de MBT
Este artículo proporciona una descripción general de los sistemas de camuflaje activos (adaptativos) actuales y proyectados. Si bien existen numerosas aplicaciones para estos sistemas, o están en desarrollo, la investigación se centra en sistemas que podrían usarse en operaciones de infantería. Además, el propósito de estos estudios es proporcionar información utilizada para evaluar la aplicabilidad actual de los sistemas de camuflaje activo y ayudar a diseñar los futuros.
Definiciones y conceptos básicos
El camuflaje activo en el espectro visible se diferencia del camuflaje convencional en dos formas. Primero, reemplaza la apariencia de lo que se está enmascarando con una apariencia que no solo se asemeja al entorno (como la máscara tradicional), sino que representa con precisión lo que está detrás del objeto que se está enmascarando.
En segundo lugar, el camuflaje activo también hace esto en tiempo real. Idealmente, el camuflaje activo no solo podría imitar objetos cercanos, sino también distantes, posiblemente hasta el horizonte, creando un camuflaje visual perfecto. El camuflaje visual activo se puede utilizar para desactivar la capacidad del ojo humano y los sensores ópticos para reconocer la presencia de objetivos.
Hay muchos ejemplos de sistemas de camuflaje activo en la ficción, y los desarrolladores a menudo eligen un nombre para una tecnología basándose en algunos términos y nombres de la ficción. Por lo general, se refieren al camuflaje activo completo (es decir, invisibilidad completa) y no se refieren a las capacidades del camuflaje activo parcial, el camuflaje activo para operaciones especiales o cualquiera de los avances tecnológicos actuales del mundo real. Sin embargo, la invisibilidad total será sin duda útil para las operaciones de infantería, como las operaciones de reconocimiento e infiltración.
El camuflaje se usa no solo en el espectro visual, sino también en acústica (por ejemplo, sonar), el espectro electromagnético (por ejemplo, radar), campo térmico (por ejemplo, radiación infrarroja) y para cambiar la forma de un objeto. Las tecnologías de camuflaje, incluidos algunos camuflajes activos, se han desarrollado hasta cierto punto para todos estos tipos, especialmente para vehículos (terrestres, marítimos y aéreos). Si bien este trabajo se relaciona principalmente con el camuflaje visual para un soldado de infantería desmontado, es útil mencionar brevemente las soluciones en otras áreas, ya que algunas ideas tecnológicas pueden trasladarse al espectro visible.
Camuflaje visual. El camuflaje visual consiste en forma, superficie, brillo, silueta, sombra, posición y movimiento. Un sistema de camuflaje activo puede contener todos estos aspectos. Este artículo se centra en el camuflaje visual activo, por lo que estos sistemas se detallan en las siguientes subsecciones.
Camuflaje acústico (por ejemplo, sonar). Desde la década de 1940, muchos países han experimentado con superficies que absorben el sonido para reducir los reflejos del sonar de los submarinos. Las tecnologías de bloqueo de armas son un tipo de camuflaje acústico. Además, la cancelación activa de ruido es una nueva tendencia que potencialmente podría evolucionar hacia un camuflaje acústico. Los auriculares con cancelación activa de ruido están actualmente disponibles para el consumidor. Se están desarrollando los denominados sistemas de supresión activa de ruido de campo cercano, que se colocan en el campo cercano acústico para minimizar activamente, principalmente, el ruido tonal de las hélices. Se prevé que se podrían desarrollar sistemas prometedores para campos acústicos de largo alcance con el fin de enmascarar las acciones de la infantería.
Camuflaje electromagnético (como radar). Las redes de camuflaje de radar combinan revestimientos especiales y tecnología de microfibras para proporcionar una atenuación de radar de banda ancha superior a 12 dB. El uso de revestimientos térmicos opcionales amplía la protección infrarroja.
El BMS-ULCAS (pantalla de camuflaje ultraligero multiespectral) de Saab Barracuda utiliza un material especial que se adhiere al material base. El material reduce la detección del radar de banda ancha y también estrecha los rangos de frecuencia visible e infrarroja. Cada pantalla está diseñada específicamente para el equipo que protege.
Uniformes de camuflaje. En el futuro, el camuflaje activo puede determinar el objeto a cubrir para adaptarlo a la forma del espacio. Esta tecnología se conoce como SAD (dispositivo de aproximación de formas) y tiene el potencial de reducir la capacidad de detección de formas. Uno de los ejemplos más convincentes de camuflaje uniforme es el pulpo, que puede mezclarse con su entorno no solo cambiando de color, sino también cambiando la forma y textura de su piel.
Camuflaje térmico (por ejemplo, infrarrojos). Se está desarrollando un material que atenúa la firma térmica de la piel desnuda mediante la difusión de la emisión de calor mediante bolas cerámicas huecas plateadas (senosferas), de un diámetro medio de 45 micras, incrustadas en un aglutinante para crear un pigmento con propiedades de baja emisión y difusión. Las microperlas funcionan como un espejo, reflejando el espacio circundante y entre sí, y así distribuyen la radiación térmica de la piel.
Camuflaje multiespectral. Algunos sistemas de camuflaje son multiespectrales, lo que significa que funcionan para más de un tipo de camuflaje. Por ejemplo, Saab Barracuda ha desarrollado un producto de camuflaje multiespectral High Mobility on-Board System (HMBS) que protege las piezas de artillería durante el disparo y el redespliegue. Son posibles reducciones exclusivas de hasta el 90%, y la supresión de la radiación térmica permite que los motores y generadores estén inactivos para un arranque rápido. Algunos sistemas tienen un revestimiento de doble cara, que permite a los soldados usar camuflaje de doble cara para usar en diferentes tipos de terreno.
A finales de 2006, BAE Systems anunció lo que se describió como "un salto adelante en la tecnología de camuflaje", en su centro de tecnología avanzada inventó "una nueva forma de sigilo activo … Con solo presionar un botón, los objetos se vuelven virtualmente invisibles, mezclando en sus antecedentes ". Según BAE Systems, el desarrollo "le dio a la compañía una década de liderazgo en tecnología furtiva y podría redefinir el mundo de la ingeniería 'furtiva'". Se implementaron nuevos conceptos basados en nuevos materiales, lo que permite no solo cambiar sus colores, sino también desplazar el perfil de infrarrojos, microondas y radar y fusionar objetos con el fondo, lo que los hace casi invisibles. Esta tecnología está integrada en la estructura misma en lugar de basarse en el uso de material adicional, como pintura o una capa adhesiva. Este trabajo ya ha llevado al registro de 9 patentes y aún puede proporcionar soluciones únicas a los problemas de gestión de firmas.
Sistema de camuflaje activo basado en tecnología RPT con proyección sobre un impermeable reflectante
La próxima frontera: óptica de transformación
Los sistemas de camuflaje activo / adaptativo descritos en este artículo y basados en la proyección de escenas son bastante similares a la ciencia ficción en sí mismos (y de hecho esta fue la base de la película "Predator"), pero no forman parte de la tecnología más avanzada investigada en la búsqueda "velo de invisibilidad". De hecho, ya se describen otras soluciones, que serán mucho más efectivas y prácticas en comparación con el camuflaje activo. Se basan en un fenómeno conocido como óptica de transformación. Es decir, algunas longitudes de onda, incluida la luz visible, pueden "doblarse" y fluir alrededor de un objeto como el agua que envuelve una piedra. Como resultado, los objetos detrás del objeto se vuelven visibles, como si la luz pasara a través del espacio vacío, mientras que el objeto mismo desaparece de la vista. En teoría, la óptica de transformación no solo puede enmascarar objetos, sino también hacerlos visibles donde no lo están.
Representación esquemática del principio de invisibilidad mediante óptica de transformación
Representación artística de la estructura de un metamaterial
Sin embargo, para que esto suceda, el objeto o el área deben enmascararse con un agente de camuflaje, que en sí mismo debe ser indetectable para las ondas electromagnéticas. Estas herramientas, llamadas metamateriales, utilizan estructuras celulares para crear una combinación de características materiales que no están disponibles en la naturaleza. Estas estructuras pueden dirigir ondas electromagnéticas alrededor de un objeto y hacer que aparezcan del otro lado.
La idea general detrás de tales metamateriales es la refracción negativa. Por el contrario, todos los materiales naturales tienen un índice de refracción positivo, un indicador de cuántas ondas electromagnéticas se desvían al pasar de un medio a otro. Una ilustración clásica de cómo funciona la refracción: una parte de un palo sumergido en agua parece estar doblada debajo de la superficie del agua. Si el agua tuviera refracción negativa, la parte sumergida del palo, por el contrario, sobresaliría de la superficie del agua. O, por otro ejemplo, un pez que nada bajo el agua parecería moverse en el aire sobre la superficie del agua.
Nuevo metamaterial de enmascaramiento revelado por la Universidad de Duke en enero de 2009
Una imagen de microscopio electrónico de un metamaterial 3D terminado. Los resonadores de nanorings de oro divididos están dispuestos en filas pares
Vista esquemática y de microscopio electrónico de un metamaterial (superior y lateral) desarrollada por investigadores de la Universidad de California, Berkeley. El material está formado por nanocables paralelos incrustados dentro de alúmina porosa. Cuando la luz visible atraviesa un material según el fenómeno de refracción negativa, se desvía en la dirección opuesta.
Para que un metamaterial tenga un índice de refracción negativo, su matriz estructural debe ser menor que la longitud de la onda electromagnética utilizada. Además, los valores de la constante dieléctrica (la capacidad de transmitir un campo eléctrico) y la permeabilidad magnética (cómo reacciona a un campo magnético) deben ser negativos. Las matemáticas son parte integral del diseño de los parámetros necesarios para crear metamateriales y demostrar que el material garantiza la invisibilidad. Como era de esperar, se ha logrado más éxito al trabajar con longitudes de onda en el rango de microondas más amplio, que varía de 1 mm a 30 cm. La gente ve el mundo en un rango estrecho de radiación electromagnética, conocida como luz visible, con longitudes de onda de 400 nanómetros (violeta). y luz magenta) a 700 nanómetros (luz roja oscura).
Tras la primera demostración de la viabilidad del metamaterial en 2006, cuando se construyó el primer prototipo, un equipo de ingenieros de la Universidad de Duke anunció en enero de 2009 un nuevo tipo de dispositivo de encubrimiento, mucho más avanzado en el encubrimiento en un amplio espectro de frecuencias. Los últimos avances en esta área se deben al desarrollo de un nuevo grupo de algoritmos complejos para la creación y producción de metamateriales. En experimentos de laboratorio recientes, un haz de microondas dirigido a través de un medio de enmascaramiento hacia una "protuberancia" en la superficie de un espejo plano se reflejó desde la superficie en el mismo ángulo como si no hubiera ninguna protuberancia. Además, el agente de camuflaje evitó la formación de haces dispersos, que generalmente acompañan a tales transformaciones. El fenómeno subyacente al camuflaje se asemeja a un espejismo visto en un día caluroso delante de la carretera.
En un programa paralelo y verdaderamente competitivo, los científicos de la Universidad de California anunciaron a mediados de 2008 que habían sido pioneros en materiales 3-D que podían cambiar la dirección normal de la luz en los espectros visible e infrarrojo cercano. Los investigadores siguieron dos enfoques distintos. En el primer experimento, apilaron varias capas alternas de plata y fluoruro de magnesio no conductor y cortaron los llamados patrones de "malla" nanométrica en capas para crear un metamaterial óptico a granel. La refracción negativa se midió a longitudes de onda de 1500 nanómetros. El segundo metamaterial consistió en nanocables de plata estirados dentro de alúmina porosa; tenía refracción negativa a longitudes de onda de 660 nanómetros en la región roja del espectro.
Ambos materiales lograron una refracción negativa, con una cantidad mínima de energía absorbida o "perdida" a medida que la luz pasaba a través de ellos.
A la izquierda hay una representación esquemática del primer metamaterial de "malla" tridimensional desarrollado en la Universidad de California que puede lograr un índice de refracción negativo en el espectro visible. A la derecha está la imagen de la estructura terminada de un microscopio electrónico de barrido. Las capas intermitentes forman pequeños contornos que pueden desviar la luz.
También en enero de 2012, los investigadores de la Universidad de Stuttgart anunciaron que habían avanzado en la fabricación de un metamaterial de anillo dividido de múltiples capas para longitudes de onda ópticas. Este procedimiento capa por capa, que se puede repetir tantas veces como se desee, es capaz de crear estructuras tridimensionales bien alineadas a partir de metamateriales. La clave de este éxito fue un método de planarización (nivelación) para una superficie nanolitográfica rugosa combinada con fiduciales duraderos que resisten los procesos de grabado en seco durante la nanofabricación. El resultado fue una alineación perfecta junto con capas absolutamente planas. Este método también es adecuado para la producción de formas libres en cada capa. Por tanto, es posible crear estructuras más complejas.
Ciertamente, es posible que se requiera mucha más investigación antes de que se puedan crear metamateriales que puedan funcionar en el espectro visible, en el que el ojo humano puede ver, y luego materiales prácticos adecuados, por ejemplo, para la ropa. Pero incluso los materiales de camuflaje que operan en unas pocas longitudes de onda fundamentales podrían ofrecer enormes beneficios. Pueden hacer que los sistemas de visión nocturna sean ineficaces y los objetos invisibles, por ejemplo, para los rayos láser utilizados para guiar armas.
Concepto de trabajo
Se han propuesto sistemas optoelectrónicos ligeros basados en dispositivos de imagen y pantallas modernos que hacen que los objetos seleccionados sean casi transparentes y, por lo tanto, virtualmente invisibles. Estos sistemas se denominan sistemas de camuflaje activo o adaptativo debido a que, a diferencia del camuflaje tradicional, generan imágenes que pueden cambiar en respuesta a cambios en las escenas y condiciones de iluminación.
La función principal del sistema de camuflaje adaptativo es proyectar la escena (fondo) detrás del objeto sobre la superficie del objeto más cercano al espectador. En otras palabras, la escena (fondo) detrás del sujeto se transporta y se muestra en paneles frente al sujeto.
Un sistema de camuflaje activo típico probablemente será una red de pantallas planas flexibles dispuestas en forma de una especie de manta que cubrirá todas las superficies visibles del objeto que deben camuflarse. Cada panel de visualización contendrá un sensor de píxeles activo (APS), o posiblemente otro generador de imágenes avanzado, que se dirigirá hacia adelante del panel y ocupará una pequeña parte del área del panel. El "cubrecama" también contendrá un marco de alambre que soporta una red de fibras ópticas reticuladas a través de las cuales se transmitirá la imagen de cada APS a un panel de visualización adicional en el lado opuesto del objeto enmascarado.
La posición y orientación de todos los dispositivos de imágenes se sincronizarán con la posición y orientación de un sensor, que será determinada por el generador de imágenes principal (sensor). La orientación será determinada por una herramienta de nivelación controlada por el sensor de imagen principal. Un controlador central conectado a un medidor de luz externo ajustará automáticamente los niveles de brillo de todos los paneles de visualización para que coincidan con las condiciones de luz ambiental. La parte inferior del objeto enmascarado se iluminará artificialmente para que la imagen del objeto enmascarado desde arriba muestre el suelo como si estuviera naturalmente iluminado; si esto no se logra, entonces la obvia heterogeneidad y discreción de las sombras será visible para el observador que mira de arriba a abajo.
Los paneles de visualización se pueden dimensionar y configurar de modo que un total de estos paneles se pueda utilizar para enmascarar varios objetos sin tener que modificar los objetos en sí. Se estimó el tamaño y la masa de los sistemas y subsistemas típicos de camuflaje adaptativo: el volumen de un sensor de imagen típico será inferior a 15 cm3, mientras que un sistema que cubra un objeto de 10 m de largo, 3 m de alto y 5 m de ancho tendrá un masa de menos de 45 kg. Si el objeto que se va a ocultar es un vehículo, el sistema eléctrico del vehículo puede activar fácilmente el sistema de camuflaje adaptativo sin ningún impacto negativo en su funcionamiento.
Una solución interesante para el camuflaje adaptativo de equipos militares Adaptive de BAE Systems
