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Optical Camouflage: natura, scienza, fantascienza

di ozymandiasize 27—Feb—2012 / 10:34 AM

Le scontatissime due righe d’apertura sul maghetto dei romanzi di J.K. Rowling ve le risparmio. Un po’ perché è un ricordo freschissimo nella nostra memoria, un pò perché ogni volta che la comunità scientifica fa un passo avanti nella costruzione del “mantello dell’invisibilità” l’immagine che puntualmente pubblicano i giornali (sul web e non) raffigura un giovane Daniel Radcliffe intento ad indossare il magico cimelio.

Parliamo allora di un altro romanzo e di un autore che è considerato, insieme a J. Verne, il padre del romanzo scientifico: H. G. Wells, che tutti ricordiamo per titoli quali “La macchina del tempo” e “La guerra dei mondi”.
Il romanzo da cui voglio partire per parlare dell’argomento è “L’uomo invisibile” del 1897.

Il protagonista è un chimico, Griffin, che non si sente abbastanza apprezzato dai colleghi e dalla comunità scientifica e vorrebbe scoprire una qualche nuova formula per diventare ricco e conquistare il rispetto che secondo lui merita.

Griffin riesce a scoprire un procedimento per rendere invisibile qualsiasi oggetto ma, quando testa la formula sul proprio corpo, cominciano i guai ed è costretto a dover vivere “nell’ombra” mentre tenta di scoprire il modo per tornare visibile.

Nel tentativo di farlo viene anche braccato dalla legge e alla fine…perché svelarvi il finale?
Gli amanti dei fumetti e di Alan Moore ricorderanno un Uomo Invisibile nella “Lega degli straordinari gentleman” che si chiama proprio Griffin.

Poter diventare invisibili è stato sempre un desiderio dell’uomo. Quante volte avremmo voluto scomparire e smaterializzarci di fronte ad una situazione imbarazzante o a una gaffe appena fatta? Quante volte avremmo voluto essere invisibili per appropriarci di qualcosa?

Anche questa volta, come mio solito, attingerò al mito per ricordarvi il primo caso di optical camouflage ante litteram.

Perfino l’eroe Perseo, tra un’avventura epica e l’altra, ebbe modo di imbarazzarsi e di fare qualche gaffe. Per esempio, quando giunse alla corte di Polidette tutti i cortigiani lo derisero e schernirono, ma in quel caso si arrabbiò così tanto che preferì estrarre la testa di Medusa e pietrificare tutti i presenti.
Allo stesso modo decise di rimanere visibile quando, durante la gara di lancio del disco ai giochi di Larissa, effettuò un lancio non propriamente preciso ed il disco colpì suo nonno, uccidendolo. Decise di non scomparire nemmeno in quel caso forse proprio perché tutti sapevano che, decenni prima, un oracolo aveva previsto la morte del nonno per mano del nipote.

Ebbene sì, il dono dell’invisibilità servì a Perseo per affrontare le ben più ardue imprese che il Fato riservò per lui. Per sconfiggere la gorgone Medusa ed impadronirsi della sua testa, oltre allo scudo di Atena, Perseo portò con sè altri tre oggetti: i Sandali Alati per essere più veloce; la Sacca Magica per contenere la testa di Medusa; infine l’Elmo di Ade per diventare invisibile e riuscire così a sfuggire al guerriero Crisaore (e alla sua orda di scagnozzi) che lo aspettava subito dopo il combattimento con Medusa.

Optical Camouflage nei videogiochi e nella fantascienza

Molti di voi avranno vestito i panni (stracci a dire il vero) del Fantasma di Sparta nella sua seconda avventura su PS2: GoW II. Ricordate il combattimento contro Perseo? Aveva quel dannato Elmo e ci accorgevamo della sua presenza solo perché i suoi passi erano riconoscibili dall’acqua che si spostava ad ogni sua carica.

La prima volta che ho visto una mimetica ottica è stato quando ho giocato a Metal Gear Solid per PS1. Questa mimetica ottica viene utilizzata da Snake anche negli episodi successivi per PS2 e PS3. Il fantastico Cyborg Ninja che incontriamo varie volte durante il primo episodio per Play Station è anch’egli dotato di questa tecnologia.

‘Cyborg Ninja’ chiama inevitabilmente Ghost in the shell. Qui la mimetizzazione usata dalla sexy-cyborg Motoko Kusangi, a differenza di quella di mgs, è anche termica: anche se si usano visori termici, il soggetto cercato rimane non individuabile. Parliamo quindi di ‘mimetica termo-ottica’.

Anche alcune Mobile Suite della serie Gundam, avevano un sistema di mimetizzazione ottica, molto efficace se equipaggiata da fermo. A proposito, ricordate quanto piacevano questi robottoni ad Hal Hemmeric (grande amante dell’optical camo) ??

Il cyborg T-1000 venuto dal futuro in Terminator 2 è più propriamente un ‘mutaforma’. Ma la superficie del suo corpo si comporta molto spesso come una mimetica ottica. Nel film tocca un tubo a strisce giallonere e subito il suo corpo riproduce quel disegno.

Era invece una tecnologia aliena a permettere ai Predators di rendersi invisibili all’occhio umano.

La Donna Invisibile aka Susan Storm Richard è un personaggio creato da Stan Lee e distribuito da Marvel Comics. A causa di mutazioni genetiche acquisisce il potere di creare campi di forza e di rendere invisibile sè stessa e ciò che tocca. E’ la più potente dei Fantastici 4.

‘Campo di forza’ ed ‘invisibilità’ chiamano a loro volta Halo ed i guerrieri dell’Etile Special Operation. Questo tipo di mimetizzazione non è attivo se l’Elite apre il fuoco o se viene colpito dai suoi nemici.

A proposito di spec ops: VECTOR è il nome in codice di un agente della Umbrella Security Service che fa la sua apparizione in Resident Evil: Operation Racoon City. Anche lui usa questa tecnologia nelle missioni di ricognizione ed infiltrazione stealth.

Un altro tipo di soldati speciali che indossano una mimetica ottica sono presenti nel gioco Tom Clancy’s: Ghost Recon Future Soldiers.

Chi manca all’appello? Sono certo che me ne è sfuggito qualcuno!

Optical Camouflage nella realtà

Nella realtà non siamo ancora stati in grado di costruire una mimetica ottica degna di questo nome.
Almeno per quanto ne sappiamo.
Molto spesso i giornali e le riviste ci riportano il solito titolone:

“Scoperto il mantello dell’invisibilità”.

Poi, quando andiamo a leggere la notizia ci accorgiamo che è identico all’articolo che avevamo letto altrove mesi prima. Cambia solo il nome dell’università e il nome del ricercatore, mentre non cambia mai l’approccio poco scientifico e sensazionalistico.

Ogni tanto compaiono su internet anche dei video di qualche burlone che si diverte a prendere in giro le orde di creduloni.

Si riescono ad ottenere effetti visivi identici alle mimetiche della fantascienza usando Adobe After Effect oppure un Kinect con Openframework.

Altro espediente simile è quello realizzato dal giapponese Tachi (X’tal Vision) che prevede l’utilizzo di proiettori e telecamere fissi all’interno di un set.

Facciamo un po’ di chiarezza.

I nostri occhi sono degli organi fantastici. Va bene, hanno anche dei difetti (aberrazione sferica, limitatezza potere risolutivo) ma riescono a fare cose eccezionali come auto-diaframmare la pupilla o autoregolare la messa a fuoco.

Magari ci avrebbe fatto comodo anche una sensibilità oculare in corrispondenza della finestra infrarossa (per vedere di notte), ma l’evoluzione ci ha portato ad avere il massimo della sensibilità in corrispondenza del picco di emissione del Sole. Come sappiamo, l’evoluzione è un processo molto complesso e a volte procede per tentativi e segue percorsi del tutto casuali.

Dunque, essendo il picco di emissione del sole in corrispondenza del colore che noi percepiamo come giallo-verde, il nostro spettro visivo è compreso più o meno tra (i colori che percepiamo) rosso e violetto.
Il sistema occhio-cervello percepisce la variazione della lunghezza d’onda della radiazione luminosa come variazione di colore.

Come facciamo a percepire visivamente un oggetto?
Quando la radiazione luminosa colpisce la superficie di un oggetto, questa viene riflessa fino alla nostra retina.

Se l’oggetto ha una superficie ruvida, parte della luce viene assorbita e parte di essa viene riflessa diffusamente. Questo è il caso in cui un oggetto è visibile; il fenomeno si chiama riflessione diffusa.

Se l’oggetto ha una superficie estremamente liscia, i raggi di luce assorbiti e i raggi di luce riflessi hanno un angolo esattamente uguale. La gente lo chiama semplicemente specchio; il fenomeno si chiama riflessione speculare.

Un metodo per rendere possibile l’invisibilità di un oggetto è la retroriflessione, ovvero la radiazione luminosa viene rifratta e deviata per mezzo di speciali materiali posti sulla superficie del corpo che permettono alla luce di aggirare l’oggetto stesso (come l’acqua aggira un masso in un ruscello).
Finora sono stati utilizzati molti materiali e metamateriali dai vari studiosi ma non hanno mai raggiunto un risultato soddisfacente.

In pratica hanno reso invisibili oggetti fuori dal nostro spettro visivo e in alcuni casi che erano talmente piccoli da non essere percepiti dal nostro occhio.

Una metodica che forse è meno affascinante della prima ma che è sicuramente più fattibile è quella che “vide la luce” nei primi anni ’90 con il “Project Chameleon“.

Il fautore di questo progetto è il californiano Richard Schowengerdt che sfruttò i progressi dell’elettronica e dell’informatica riuscendo a rendere invisibile un oggetto nascondendolo con un sottilissimo schermo digitale su cui venne riprodotta l’immagine dell’ambiente retrostante.

Successivamente il progetto è stato migliorato dalla coppia Moynihan-Langevin -per conto della Nasa- trasformando il vecchio schermo rigido in una tuta composta da una rete flessibile di microschermi al plasma sui quali sono inseriti sensori attivi e microcamere.

Quando il soggetto si muove, le telecamere inviano agli schermi l’immagine dello sfondo retrostante in tempo reale.

Molto bello! Ma ancora non è stato possibile esporlo a noi comuni mortali.

Che sia questo? Andate a 3.25:

Ultimamente hanno reso possibile il fenomeno dell’invisibilità sfruttando “l’effetto miraggio“. Il miraggio è un effetto ottico che falsa la percezione visiva di un osservatore quando l’alta temperatura “piega” i raggi luminosi. Sfruttando i nanotubi al carbonio si riesce a rendere invisibili gli oggetti.

Ecco il video:

La tecnologia funziona ma è ingombrante, pericolosa e consuma davvero troppa energia. E come se non bastasse ha risultati soddisfacenti solo sott’acqua.

Ma sott’acqua nessuna tecnologia umana può per ora competere con le superbe creazioni di Madre Natura.

Optical Camouflage in natura

Da sempre, nell’immaginario collettivo, è il camaleonte ad essere considerato l’animale più efficiente nel mimetismo adattivo. Non è così. Solo alcune specie di camaleonte sono in grado di cambiare colore, ma solo per comunicare stati emotivi. Che poi il loro “vestito verde” si sia cromaticamente evoluto per vivere in un dato habitat arboreo, questo è un altro discorso.

Il campione di mimetismo adattivo ha 3 cuori, otto tentacoli a doppia ventosa, un becco corneo e -concedetemelo- Stunt Granades all’inchiostro.

Avete capito di chi si tratta?

Signore e signori, il titolo di Best Optical Camouflager va ad un animale semplicemente meraviglioso: l’Octopus Vulgaris, per gli amici il polipo.

Ok, il sistema di locomozione a sifone alimentato da 2 dei 3 cuori è molto bello. Ok, è l’unico non-mammifero ad apprendere per associazione. E fin qui è una creatura davvero ammirabile.

Ma il modo in cui riesce a mimetizzarsi -modellando anche la propria forma- lo rende assolutamente fantastico.
Sull’epidermide di tutto il corpo ci sono delle strutture biologiche specializzate, i cromatofori, che sono sacchetti contenenti granuli di pigmento colorato circondati da muscoli a forma di anello.

Il meccanismo e’ sotto diretto controllo del cervello che controlla qualcosa come 2.000.000 di cromatofori in modo indipendente l’uno dall’altro.

Se arriva l’impulso, i muscoli si contraggono espandendo il cromatoforo e mettendo in mostra i granuli; quando i muscoli si rilassano il sacchetto si rimpicciolisce e i granuli diventano meno visibili.

L’effetto e’ quello di una goccia di inchiostro su un elastico: quando l’elastico non e’ teso il colore e’ concentrato in un punto e qundi meno visibile nel complesso; quando l’elastico viene tirato il colore si espande su una superficie maggiore e diventa piu’ evidente.

Il polipo ha due tipi di cromatofori, uno con granuli dal rosso al nero e un altro con granuli dal rosso al giallo chiaro, in modo da ottenere tutte le possibili sfumature, contraendo piu’ o meno questo o quel cromatoforo.

Come se cio’ non bastasse, al di sotto dei cromatofori ci sono gli iridiociti, che sono cellule in grado di riflettere la luce, in genere nelle tonalita’ verde e blu a seconda di come vengono contratti.

Un polipo e’ in grado di cambiare completamente il colore della cute in meno di un secondo. Impressionante, soprattutto perché i polipi vedono in bianco e nero!
WTF!?
Gli studiosi ci stanno ancora lavorando.

A proposito di studiosi: non so voi, ma io vorrei che si incontrassero, così per un consulto, un team di ingegneri di nanotecnologia e ottica con un team di biologi marini!

Che so, anche per una ‘Linguina al ragù di polipo’ in riva al mare!