Unsichtbare Schatten

Tarnkappe: Neue Technik lässt Gegenstände unsichtbar werden

Tarnkappe: Entdeckung der Neuzeit

Mit der neu entwickelten Tarnkappe verschwinden Objekte sowohl im Nebel als auch hinter Milchglas, dabei umfasst das unsichtbare Spektrum den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts. Doch wie funktioniert die Tarnkappe? An rauen Oberflächen oder in trüben Materialien werden Wellen bzw. Strahlen diffus gestreut. Das Licht wird zwar durchgelassen, die Lichtquellen sind allerdings verschleiert. Diese Eigenschaft nutzten die Karlsruher Wissenschaftler, um Objekte zu verstecken, indem sie das Licht einfach kreuz und quer um die zu tarnenden Objekte herumleiteten. Mithilfe von sogenannten Metamaterialien, die elektromagnetische Wellen streuen statt bündeln, erreicht die Tarnkappe das, was sich Menschen seit jeher erträumt haben.

Tarnkappe, KIT

KIT-Wissenschaftler bauen optische Tarnkappe für den Nebel (Bild: Karlsruher Institut für Technologie – KIT)

Das Schattenexperiment

Für den Versuch wurden kleine Metallzylinder und -kugeln als Testobjekt verwendet. Die Tarnkappe umhüllte die Objekte, welche schließlich in einen mit Wasser befüllten Behälter gestellt wurden. Mit weißer Wandfarbe wurde das Wasser eingetrübt und erhielt eine milchige Farbe. Anschließend beleuchteten die Forscher den Versuchsaufbau mit einer großen weißen Lichtquelle. Das Ergebnis war beeindruckend: Testobjekte waren scheinbar verschwunden und warfen auch keine Schatten mehr.

Melamin:

  • farblos
  • geruchslos
  • fest
  • Cyanursäuretriamid
  • für Leim und Klebstoff verwendet

Merkmale der Karlsruher Tarnkappe:

  • Größe: kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares
  • Material: Silikon und Melamin
  • Wellenbereich: Etwa 100- 700 Nanomenter

Bereits 2006 gelang es Forschern aus der Duke University in North Carolina erstmals, elektromagnetische Wellen an einem Objekt vorbeizulenken. Mithilfe speziellen Metamaterials konnte die erste Tarnkappe gebaut werden. Von da an versuchen Wissenschaftler die Tarnkappentechnik zu verbessern, so auch das Karlsruher Forscherteam in der Arbeitsgruppe von Professor Martin Wegener – mit Erfolg (veröffentlicht in der Fachzeitschrift “Science”). „Mit den eigenen Augen etwas Unsichtbares zu sehen, ist eine spannende Erfahrung“, so Joachim Fischer und Tolga Ergin, die als Physiker am Projekt mitforschen.

Mission der Tarnkappe

„Die nun entwickelte Tarnkappe ist ein attraktives Demonstrationsobjekt für die fantastischen Möglichkeiten, welche das recht neue Gebiet der Transformationsoptik und ihrer Metamaterialien offeriert. In den vergangenen Jahren haben sich hier Gestaltungsspielräume eröffnet, die lange für nicht möglich gehalten wurden“, so Ergin. Außerdem wird mit dieser Tarnkappenentdeckung eine ansteigende Verbesserung in den lichtbasierten Technologien erwartet, wie:

  • Linsen
  • Solarzellen
  • Mikroskopen
  • Objektiven
  • Chip-Herstellung
  • Datenkommunikation
Milchglas

Milchglas ist optimal für die reale Anwendung für Tarnkappen (Bild: Manfred Heyde/Wikipedia unter CC BY-SA 3.0)

Allerdings ist die Tarnkappe für Objekte in der Luft oder im Vakuum nicht zu realisieren, da die Gesetze der Physik im Wege stehen. „Sie verletzen Albert Einsteins Relativitätstheorie, die
eine Obergrenze für die Lichtgeschwindigkeit vorschreibt“, so Martin Wegener.

Zwar ist es bis zur realen Anwendung noch ein langer Weg, aber mit diesem Prinzip der Tarnkappentechnik könnte man „Milchglasfester für Badezimmer herstellen, in denen Metallstangen gegen Einbrecher oder Sensoren integriert sind – ohne dass man Sensoren oder Stangen von innen oder außen sehen könnte“, so Robert Schittny in einer Pressemitteilung des Karlsruher Insitut für Technologie (KIT).

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