Unsichtbare Welt 10.04.2013, 16:00 Uhr

Forscher haben Tarnmantel aus Kupfer entwickelt

Es funktioniert: Ein 18 Zentimeter großer Zylinder wird unsichtbar, wenn Forscher von der Universität Texas ihr Kupfernetz über ihn stülpen. Allerdings nur im Frequenzspektrum der Mikrowellen. Anwenden könnte man die Methode etwa bei Nanokennzeichnungen.

Forscher aus Texas haben einen Gegenstand unsichtbar gemacht. Allerdings nur einen 18 Zentimeter großen Zylinder und auch nur im Spektralbereich der Mikrowellen.

Forscher aus Texas haben einen Gegenstand unsichtbar gemacht. Allerdings nur einen 18 Zentimeter großen Zylinder und auch nur im Spektralbereich der Mikrowellen.

Foto: Andrea Alù

66 Mikrometer Kupfer entscheiden über die Sichtbarkeit von Objekten. Mit einem derart hauchdünnen Kupfernetz ist Forschern an der Universität Texas jetzt das gelungen, wovon Agenten in aller Welt träumen: mit einem Tarnmantel unsichtbar werden zu können. Und es hat ja auch etwas durchaus Verlockendes für Hobby-Spione, Gespräche belauschen zu können, ohne entdeckt zu werden. Oder vertrauliche Schriften unbemerkt zu lesen. Oder sich in brenzligen Situationen einfach in Luft aufzulösen.  

Technik funktioniert auch mit sichtbarem Licht

Doch leider ist das von den Texanern mit dem Kupfernetz unsichtbar gemachte Objekt nur ein 18 Zentimeter großer Zylinder und noch dazu nur unsichtbar im spektralen Bereich der Mikrowellen. Aber Projektleiter Professor Andrea Alù macht allen Freizeitspionen für die Zukunft doch noch ein wenig Hoffnung: „Im Prinzip kann dies Technik auch für Licht angewendet werden“, sagt er. Denn die Lichtwellen sind genau wie die Mikrowellen Teile des elektromagnetischen Spektrums, die sich lediglich durch die Wellenlänge unterscheiden. Die Wellenlänge von Licht liegt im Nanometerbereich, die von Mikrowellen, wie schon der Name sagt, im Mikrometerbereich. Die Wellenlängen unterscheiden sich also um den Faktor eintausend, die Lichtwellenlänge ist rund eintausendmal kürzer.

Und genau das ist auch das Problem für alle Möchtegern-Spione. Die Größe der tarnbaren Objekte hängt bedauerlicherweise von der Wellenlänge ab. Und zwar eindeutig in der für Spione falschen Richtung. „Allerdings schrumpft die Größe der Objekte, die mit dieser Methode effektiv versteckt werden können, mit der Wellenlänge“, räumt Alù ein, „so dass wir bei optischen Frequenzen vielleicht die Streuung von mikrometergroßen Objektiven effektiv stoppen können.“ Das beschreibt auch schon das Prinzip des texanischen Tarnmantels. Objekte gleich welcher Art sind für uns Menschen nur deshalb sichtbar, weil sie die Lichtwellen reflektieren. Je nach Objektart und Oberfläche absorbieren sie dabei bestimmte Bereiche des Lichtspektrums und reflektieren den Rest des Spektrums. So erhalten die Objekte ihre Farbigkeit.

Objekt wird aus allen Blickwinkeln unsichtbar

Der Tarnmantel aus Texas unterbindet diese farbige Reflexion, indem er ein Wellenfeld erzeugt, das die vom Objekt reflektierte Strahlung auslöscht. „Wenn sich die gestreuten Felder vom Tarnmantel und dem Objekt überlagern, löschen sie sich gegenseitig aus und der Gesamteindruck ist Transparenz und Unsichtbarkeit aus allen Blickwinkeln“, erklärt Alù das physikalische Prinzip. Die Forscher haben die Ergebnisse ihrer Tarnversuche im Fachblatt „New Jounal of Physikcs“ vorgestellt, das vom britischen Institute of Physics und von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft herausgegeben wird.

Ein mit einem hauchdünnen Metaschirm getarnter Zylinder wird im Mikrowellenspektrum aus allen Blickwinkeln heraus „unsichtbar“.

Ein mit einem hauchdünnen Metaschirm getarnter Zylinder wird im Mikrowellenspektrum aus allen Blickwinkeln heraus „unsichtbar“.

Foto: Institute of Physics

Ihr Tarnmantel besteht aus einem 66 Mikrometer dünnen Kupferband auf einem 100 Mikrometer dicken Polykarbonfilm. Aus diesem Band webten die Forscher ein flexibles Netz, mit Strukturen ähnlich wie bei einem Fischernetz. Mit diesem Tarnnetz ließen die Wissenschaftler den 18 Zentimeter großen Zylinder für das Mikrowellenspektrum verschwinden. Ihr von ihnen selbst „Metascreen“  (Metaschirm) getauftes Tarnnetz funktioniert am besten bei einer Frequenz der Mikrowellen von 3,6 Gigahertz. Die Texaner sind sich sicher, dass sie mit ihrem Metascreen auch vollkommen unregelmäßig geformte Gegenstände verschwinden lassen können. Denn ihr Netz ist äußerst flexibel und kann um jede Form gelegt werden, um dann die Reflexion der Mikrowellen effektiv zu stören.

Optische Nanokennzeichnungen und nicht-invasive Messgeräte im Blick

Diese Flexibilität und auch die Feinheit des Netzes machen den Metaschirm interessant. Denn alle bisherigen Versuche basierten auf dem Prinzip, das Metamaterialien das Licht um das zu tarnende Objekt herumlenken. Und das war regelmäßig mit großem apparativen Aufwand und einer Materialschlacht verbunden. „Tatsächlich sind Metascreens einfacher für sichtbare Frequenzen zu realisieren als Gewebe aus Metamaterialien und dieses Konzept könnte uns einer praktischen Realisierung näherbringen“, meint Professor Alù. Bei der Frage nach dem Nutzen eines solchen Tarnmantels oder Metaschirms vor allem für Tarnungen von Objekten im für Menschen sichtbaren Licht, gibt sich Professor Alù dann allerdings ein wenig orakelhaft: „Wir haben uns auch noch andere aufregende Anwendungen vorgestellt, welche die Manteltarnung und sichtbares Licht verwenden, beispielsweise die Verwirklichung von optischen Nanokennzeichnungen und Nanoschaltern, sowie non-invasive Messgeräte, die verschiedene Vorteile für biomedizinische und optische Instrumente mit sich bringen würden.“ Prinzipiell funktionieren solche Tarnkonzepte mit allen Wellen, also mit Licht-, Röntgen-, Mikro- oder auch Schallwellen. Und dort ist man mit dem Tarnen auch bisher am weitesten vorne.

In der Akustik gibt es Kopfhörer mit aktiver Geräuschunterdrückung

Denn aus der Akustik ist ein solches Tarn-Verfahren als Gegenschall oder Antischall bekannt. Dabei wird eine störende Lärmquelle von einem phasenversetzten künstlich hinzugefügten gleichen Schallspektrum überlagert, so dass sich der Lärm von der Quelle durch destruktive Interferenz auslöscht. Eine breite Anwendung ist diesem Antischall-Verfahren bislang nicht geglückt, weil die lärmauslöschende destruktive Interferenz immer nur in einem kleinen räumlichen Bereich möglich ist. Eine Anwendung sind Kopfhörer mit aktiver Geräuschunterdrückung, die den Umgebungsschall erfassen und durch destruktive Interferenz am Ohr verschwinden lassen. Allerdings funktioniert auch das nur eingeschränkt, schon allein durch die individuelle äußere und innere Ohrform beim Menschen. Dazu kommt noch die Schallübertragung durch Körperschall, die durch eine aktive Geräuschunterdrückung überhaupt nicht beeinflusst werden kann.

Das Problem mit dem Kopfhörer zeigt das Problem bei allen denkbaren Maßnahmen, etwas zu unterdrücken oder sogar ganz verschwinden zu lassen. Es existiert immer ein ganzer Strauß an störenden Umgebungsvariablen, die in ihrer Summe dafür sorgen, dass alle diese Techniken nur sehr eingeschränkt funktionieren. Und im Falle des Metascreens für sichtbares Licht ist es schlicht Physik, die verhindert, dass große Objekte durch einen Tarnmantel unsichtbar werden. Es liegt nun einmal der Faktor 1000 zwischen den Wellenlängen der Mikrowellen und der Lichtwellen…

Von Detlef Stoller

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