Thermoelectric System Based Artificial Skin for Active Camouflage in Visible to Infrared Spectrum

Abstract

Cephalopods inspired many researchers with distinctive camouflage ability from other species which is to hide in any background readily in both infrared (IR) and visible spectrum, but this still remains a conundrum. In this study, the author developed a flexible multispectral imperceptible skin-like device that actively imitates the surrounding environment, both in IR-visible integrated spectrum only by simple temperature control in the bi-functional device. The thermoelectric layer inside the device enables thermally cloaking in the IR spectrum by controlling the outer surface temperature as surrounding accurately by cooling and heating. This temperature variation is also adjustable to control the thermochromic layer on the outer surface of the device to produce various colors, which enables to expand the cloaking range of the visible spectrum and ultimately it provides a day-and-night stealth platform in a single device by simply controlling the temperature. Besides, independently composed scalable pixels of the device enable blending with background with a sophisticated pattern of higher resolution by localized control of each pixel and eventually enhancing the level of imperceptibility. As a proof-of-concept, human skin can be concealed in the multispectral regime by the skin-like single device as in nature, our work is expected to contribute to the development of next-generation covert military wearable suits and to improve multispectral cloak that includes invisible gadgets in the science fiction movies.

두족류는 가장 많은 위장술을 갖고 있는 생물 중 하나로서, 여러가지 기능을 동시에 수행할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있어 이를 모방하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 가시광선과 적외선(IR) 스펙트럼 모두에서 빠른 속도로 능동적으로 배경을 모사할 수 있는데, 온도를 조절하고 동시에 색감을 표현하는 데에 있어 기술적 난제로 남아 있다. 본 연구에서는 하나의 장치로 간단한 온도제어만으로 가시광선부터 IR 스펙트럼까지 주변 환경을 능동적으로 모사할 수 있는 이중 기능 장치를 웨어러블(wearable)한 인공 피부의 형태로 세계 최초로 제작하였다. 펠티어 효과를 이용하여 전류 방향을 통해 냉각과 가열을 조절하면서 외표면 온도를 정확하게 제어하여 IR 스펙트럼에서 열적인 위장을 가능하게 하였다. 이 온도변화는 장치 외표면의 온도 변색 영역에도 작용하여 다양한 색상을 생성하고 제어하는 것을 가능하게 하여 가시광선 스펙트럼 영역까지의 모방의 범위를 확장하였다. 독립적으로 제어될 수 있도록 구성된 픽셀들은 고해상도의 정교한 패턴을 구현하며 장치를 통해 위장 가능한 수준을 한단계 높였다. 즉 하나의 장치로 다중 스펙트럼 내 위장이 가능 한, 웨어러블 장치로서 주-야간 스텔스 기술을 완성하였으며, 이 결과는 차세대 위장 군복 개발 및 다중 스펙트럼 스텔스 기술에 기여할 수 있을 것이다.