Mechanische Tarnkappe schützt Material vor dem Ertasten

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Karlsruher Forscher haben ein elastisches mechanisches Metamaterial hergestellt, das darunterliegende Gegenstände nicht mehr ertasten lässt. Ein erster gedanklicher Anwendungszweck der Tarnkappe basiert auf dem Märchen "Die Prinzessin auf der Erbse".

Tarnkappen für Licht, Wärme oder etwa Schall wurden in den letzten Jahren stetig weiterentwickelt. Den Tastsinn haben solche Systeme bislang aber noch nicht täuschen können. Wissenschaftler am Karlsruher Institute of Technology (KIT) versteckten nun zum ersten Mal einen Gegenstand vor dem Ertasten und stellten ihre Ergebnisse in der renommierten Zeitschrift Nature Communications vor.

Wenn Pragmatiker etwas vor dem Ertasten schützen wollen, legen sie einfach eine harte Stahlplatte drauf. Doch wer an Hans Christian Andersens “Die Prinzessin auf der Erbse” denkt, in dem die vermeintliche Thronfolgerin noch durch dutzende Matratzen hindurch eine Erbse zu spüren glaubt, könnte die Errungenschaft der Forscher bald verstanden haben.

Grundlage der Tarnkappe ist laut KIT ein sogenanntes Metamaterial, das aus einem Polymer-Werkstoff aufgebaut ist. „Hieraus bauen wir eine Struktur rund um den zu versteckenden Gegenstand, in der die Festigkeit auf definierte Weise vom Ort abhängt“, erklärt Tiemo Bückmann vom KIT, der Erstautor der Arbeit. „Die Kombination aus Präzision der Bauteile sowie der Größe des Gesamtobjekts stellte eine der großen Hürden in der Entwicklung der mechanischen Tarnkappe dar.“

Das Metamaterial ist ein nanometergenau geformter, kristalliner Werkstoff, bestehend aus nadelförmigen Stegen, deren Spitzen zusammentreffen. Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften herzustellen, wurde selbst die Größe der Kontaktpunkte exakt berechnet. Dadurch entstand das Material, durch das ein Finger oder Messgerät nicht hindurch tasten kann, weil die Kräfte des darunterliegenden Objektes so abgeführt werden, dass deren Anwesenheit vollständig getarnt ist.

Wäre dem Charakter des Märchens “Die Prinzessin auf der Erbse” also nur eine Matratze aus dem neuen Material des KIT zum Schlafen zur Verfügung gestanden – sie hätte die Erbse unmöglich spüren können.

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Natürlich ist die Umsetzung der mechanischen Tarnkappe sehr komplex. Nach der Definition der gewünschten mechanischen Eigenschaften werden die physikalischen Grundgleichungen mathematisch invertiert, um darauf zu schließen, wie die Struktur des Metamaterials sein muss. Mit diesem Verfahren lassen sich Materialien planen, die so in der Natur nicht vorkommen.

Zum Beispiel Feststoffe, die steif gegenüber Druck sind, sich aber weich gegenüber Scherung verhalten. Bei der Herstellung aus Polymer-Werkstoff kommt das Verfahren des direkten Laserschreibens des KIT-Spinoffs Nanoscribe zum Einsatz. Es erlaubt, die notwendige Nanometer-Präzision über die gesamte Probengröße von einigen Millimetern einzuhalten.

Die mechanische Tarnkappe ist physikalische Grundlagenforschung, könnte aber das Tor für interessante Anwendungen in einigen Jahren aufstoßen, da sie Materialien mit frei wählbaren mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Beispiele des KIT sind etwa sehr dünne, leichte und dennoch bequeme Campingmatratzen oder Teppiche, die darunterliegende Kabel und Rohre verbergen.

Quellen:T. Bückmann/KITVia:Gizmodo.com
  1. In Italien wurden jahrelang durch manipuliertes Ertasten der Kugel mit Lotteriezahlen betrogen.

    Dabei zogen die Kugeln mit Lotterie- Zahlen Kinder aus nicht einsehbaren Behälter.
    Zuvor wurden diese Kinder abgerichtet, wärmere oder angeraute Kugeln zu ertasten und bevorzugt zu ziehen.
    Die manipulierten Kugeln mit den bevorzugenden Lotterie- Zahlen wurden davor erwärmt bzw. angeraut.

      1. Die Kinder selbst dürften nicht mal wegen Beihilfe / Mittäterschaft bei Betrug angezeigt worden sein.
        Weil minderjährig = nicht strafmündig, und wohl auch nicht der Tragweite der Taten bewusst.
        Man hat die bestimmt spielerisch abgerichtet, wie z.B. einen Rauschgiftsuchhund…

        Aber die Initiatoren, haben langjährige Knaststrafen wegen Betrug verdient, und Einziehung der ergaunerten Vermögens.

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