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COMSOL Multiphysics 在隐形材料上的应用
科学家使用 COMSOL Multiphysics 进行计算机模拟，获得了世界第一个隐形斗篷的模型，使
得出现在科幻小说中的梦想成为现实。该研究被 Science 杂志评为 2006 年的科学突破。
科学家 Steve Cummer(左)和 David Schurig(右)，正在对试验设备进行调试，
他们准备对材料的特性进行检测。
建模软件被广泛应用于让事物隐藏的现象显露出来——显示在产品或过程中，无法由眼
睛或者仪器探测到的场或流动。然而杜克大学的研究小组向反方向着手：通过 COMSOL
Multiphysics 的帮助，他们的的模型说明了，制造出使物体不可见的隐形材料是可行的[1]。
基于材料的特殊性质，研究人员建立了一个“隐形斗篷”的计算机模型，这将使得物体在某
种频率下隐形。成功地对模型进行模拟并进行了测试。
建模方法和步骤
研究小组有着丰富的数学建模经验，第一个模拟结果跟随伦敦大学的 Sir John Pendry
教授以及两位杜克大学的教授 David Schurig 和 David Smith，一起发表了论文，讲述了薄壳
材料可以使得电磁波弯曲的理论特性，这将使得薄壳与置于其内的任何物质不可见。所需的
具有这些电磁场特性的薄壳材料尚未在自然界中被发现，而十年前尚未有能力制造此类材料。
但如研究小组所知，拥有特殊与复杂电磁场特性的工程材料，正以相当快的速度增加。现在
知道如何设计由金属构成的“隐形材料”，其特征与拥有随方向位置变化、或为左手材料（介
电常数 ε 与磁导率 μ 为负值）的连续材料相对类似。然而因为极高的灵敏度，早期无法成
功制作出此材料。如无法建立一个拥有完全正确特性、几乎与理论相同的材料，则此材料将
派不上用场。研究小组开始反问自己，他们要做的是否类似于“尝试在细针上谋取平衡”，
或许可以容许误差？真正成功的建立期望模型的难度有多高？而最后若无法在软件上满足材
料的特性，则此方法是否可行？数值模拟在探测这些问题上是相当出色的工具，因为材料并
非完美，如实际实验中不可避免的问题，能否纳入到考虑之中。若能完全在 COMSOL
Multiphysics 中模拟理想与非理想的情况，则就有机会在实验中论证屏蔽的可能性。