ELASTISCHE TARNKAPPE 07.07.2014, 15:55 Uhr

Fremdkörper lassen sich nicht mehr ertasten

Mit einem nanostrukturierten Metamaterial werden Objekte versteckt, sodass sie nicht mehr fühlbar sind. Daraus kann man dünne und dennoch bequeme Campingmatratzen herstellen oder Kabel unter Teppichen verschwinden lassen.

Prinzessin auf der Erbse: Eine elastische Tarnkappe aus einem nanostrukturierten Metamaterial haben KIT-Forscher entwickelt. Wenige Millimeter große Gegenstände können sie so darunter verschwinden lassen, dass sie nicht mehr ertastet werden können.

Prinzessin auf der Erbse: Eine elastische Tarnkappe aus einem nanostrukturierten Metamaterial haben KIT-Forscher entwickelt. Wenige Millimeter große Gegenstände können sie so darunter verschwinden lassen, dass sie nicht mehr ertastet werden können.

Foto: Theater Hagen

Prinzessinnen haben einen sensiblen Po. Sie spüren eine Erbse, selbst wenn sie unter einem halben Dutzend Matratzen liegt. So jedenfalls hat es sich der phantasievolle dänische Märchenerzähler Hans Christian Andersen ausgedacht. Hätte der Prinz, der prüfen wollte, ob seine Angebetete tatsächlich eine Prinzessin ist, statt der Matratzen eine Art Gewebe aus einem neuartigen Werkstoff über die Erbse gelegt, hätte sie nichts gespürt. Denn das so genannte Metamaterial wirkt wie eine mechanische Tarnkappe. Was darunter liegt lässt sich nicht ertasten, selbst nicht mit dem sensibelsten Prinzessinnen-Po.

Mit dem Finger oder einem passenden Kraft-Messgerät lassen sich keine Informationen über die Unterseite des Materials gewinnen. 

Mit dem Finger oder einem passenden Kraft-Messgerät lassen sich keine Informationen über die Unterseite des Materials gewinnen. 

Quelle: KIT/T. Bückmann

Die Grundlagen für eine optische Tarnkappe haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bereits geschaffen. Es gelingt ihnen durch eine besondere Beschichtung, massive Gegenstände in trübem Wasser oder in einer Milchglasscheibe verschwinden zu lassen. Jetzt haben deren Kollegen den zweiten Schritt geschafft. Sie können Gegenstände verstecken, sodass sie nicht einmal mehr ertastet werden können. Das funktioniert vorerst allerdings nur mit winzigen Objekten.

Das Material besteht aus genau berechneten nadelförmigen Elementen, sodass die Festigkeit auf definierte Weise vom Ort abhängt. (Bild: T. Bückmann/KIT)

Das Material besteht aus genau berechneten nadelförmigen Elementen, sodass die Festigkeit auf definierte Weise vom Ort abhängt. (Bild: T. Bückmann/KIT)

Quelle: KIT/T. Bückmann

Die erste Tarnkappe ist nur ein paar Millimeter groß. Sie besteht aus so genanntem Metamaterial, das in der Natur nicht vorkommen kann, mehr noch: Es hat elektrische, magnetische oder mechanische Eigenschaften, die dem „gesunden Menschenverstand“ glatt widersprechen. Daran sind raffinierte Strukturen schuld, die die Gesetze der Natur scheinbar auf den Kopf stellen.

Nadelförmige Stege aus Kunststoff

Das Metamaterial, das KIT-Forscher Tiemo Bückmann und sein Team entwickelt haben, besteht aus nadelförmigen Stegen, deren Spitzen zusammentreffen. Die Strukturen liegen in Nanometer-Bereich, sind also nur Millionstel Millimeter groß. Die unterste Lage besteht aus einer harten Schale, die einen Hohlraum für das zu tarnende Objekt hat. Darüber befindet sich der nanostrukturierte Kunststoff. Drückt ein Finger oder ein mechanischer Taster auf die Stelle, unter der sich das Objekt verbirgt, werden die einwirkenden Kräfte in alle Richtungen abgelenkt, sodass der Eindruck entsteht, als handele es sich um ein homogenes Material ohne Fremdeinschluss.

Mechanische Tarnkappe: Metamaterialien schützen Objekte an der Unterseite vor dem ertastet werden.

Mechanische Tarnkappe: Metamaterialien schützen Objekte an der Unterseite vor dem ertastet werden.

Quelle: KIT/T. Bückmann

Die Tarnkappe wird mit einer Technik hergestellt, die die Karlsruher Forscher „Laserschreiben“ nennen. Entwickelt hat sie das KIT-Spin-Off Nanoscribe. Lage für Lage wird die Tarnkappe aus extrem feinem Kunststoffpulver aufgebaut, das an den Stellen, an denen es bleiben soll, per Laserstrahl gehärtet wird. Der Rest wird nach jedem Durchgang weggepustet.

Als Anwendungen können sich die Forscher dünne Campingmatratzen vorstellen, die darunter befindliche Unebenheiten ausgleichen, oder Teppiche, unter denen Kabel nicht mehr fühlbar sind.

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