Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

KIT-Forscher schützen die Prinzessin vor der Erbse

20.06.2014

Tarnkappen wurden in den letzten Jahren für verschiedenste Sinne entwickelt. Objekte lassen sich etwa vor Licht, Wärme oder Schall verstecken.

Was bis jetzt jedoch fehlte, war es, das Ertasten eines Objektes zu verhindern. Nun ist es gelungen einen Bereich zu schaffen, in dem man etwas vor dem Erfühlen verstecken kann, wie etwa eine Erbse unter der Matratze einer Prinzessin. Die Wissenschaftler stellen ihre Ergebnisse nun in der renommierten Zeitschrift Nature Communications vor. (DOI: 10.1038/ncomms5130)


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

(Bild: T. Bückmann/KIT)


Mit dem Finger oder einem passenden Kraft-Messgerät lassen sich keine Informationen über die Unterseite des Materials gewinnen (Bild: T. Bückmann/KIT)

Zauberer und Illusionisten lassen Dinge verschwinden, indem sie gekonnt Sinnestäuschung und gut platzierte Ablenkungsmanöver einsetzen. Forscher des KIT dagegen nutzen Tarnkappen, die auf den Gesetzen der Physik beruhen.

In den letzten Jahren wurden verschiedene physikalische Tarnkappen entwickelt; optische Tarnkappen beispielsweise lassen Gegenstände unsichtbar erscheinen, während andere Wärme oder Schall scheinbar unbeeinflusst passieren lassen. Eine vollkommen neue Art stellt die von Forschern des KIT entwickelte mechanische Tarnkappe dar, die erstmals das Ertasten eines Gegenstandes verhindert.

Grundlage der Tarnkappe ist ein sogenanntes Metamaterial, das aus einem Polymer-Werkstoff aufgebaut wird. Seine wesentlichen Eigenschaften erhält es aus seiner speziellen Struktur. „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. Er besteht aus nadelförmigen Stegen, deren Spitzen zusammentreffen. Die Größe der Kontaktpunkte ist genau berechnet, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Auf diese Art entsteht ein Material, durch das ein Finger oder ein Messgerät nicht hindurch tasten kann.

In der nun vorgestellten Umsetzung der Tarnkappe ist in die unterste Lage eine harte Schale eingesetzt, in deren Hohlraum beliebige zu tarnende Objekte platziert werden können. Würde man oberhalb der harten Schale einen leichten Schaum oder sehr viele Lagen Watte schichten, wäre die Schale schwerer zu ertasten, aber noch als Form fühlbar.

Erst der Einsatz der Metamaterialstruktur führt die Kräfte eines Tastfingers so ab, dass die Anwesenheit der Schale vollkommen getarnt ist. „Man kann es sich wie in Hans-Christian Andersens Märchen von der Prinzessin auf der Erbse vorstellen. Die Prinzessin bemerkt die Erbse trotz der vielen Matrazen. Nutzt man hingegen unser neues Material, würde eine Matratze ausreichen, damit die Prinzessin gut schlafen kann.“ erläutert Bückmann.

Die Umsetzung einer solchen mechanischen Tarnkappe ist jedoch 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 sind etwa sehr dünne, leichte und dennoch bequeme Campingmatratzen oder Teppiche, die darunterliegende Kabel und Rohre verbergen.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr.

Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter mehr als 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 500 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: http://www.kit.edu

Monika Landgraf | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie