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02Okt2014

Tarnkappe aus vier Linsen

photo by J. Adam Fenster / University of Rochester

Kein Metamaterial, sondern vier handelsübliche Linsen reichen zwei US-Wissenschaftlern aus, um eine Tarnkappe zu bauen. Das einfache System funktioniert erstaunlich gut - und kann nachgebaut werden.

Vier Linsen, richtig aufgestellt, reichen aus, um Gegenstände verschwinden zu lassen: Forscher der Universität von Rochester im US-Bundesstaat New York haben mit geringen Mitteln einen Aufbau geschaffen, um Gegenstände im sichtbaren Spektrum des Lichts verschwinden zu lassen.

Die Idee einer Tarnkappe sei, Licht um ein Objekt herumzuleiten, als ob es nicht da wäre, erklärt John Howell. Die meisten der bisher entwickelten Tarnkappen, wie etwa die des Karlsruher Instituts für Technologie, benötigen dafür Metamaterialien - Stoffe, die künstlich hergestellt werden und Eigenschaften, die in der Natur nicht vorkommen. Das System, das Howell und sein Kollege Joseph Choi entwickelt haben, kommt hingegen ohne solche exotischen Komponenten aus. Den Forschern reichen vier Linsen.

Vier Linsen, zwei Brennweiten

Die Tarnkappe, Rochester Cloak genannt, besteht aus vier Linsen, von denen jeweils zwei die gleiche Brennweite haben. Die Linsen werden abwechselnd in bestimmten Abständen in einer Reihe angeordnet. Das Licht wird von der ersten Linse auf einen Punkt fokussiert, dann von der zweiten mit der andern Brennweite. Der Vorgang wird vom zweiten Linsenpaar wiederholt. Dadurch wird das Licht so gebrochen, dass ein Objekt für einen Betrachter, der durch den Linsenaufbau schaut, unsichtbar erscheint.

Sind die Linsen im richtigen Abstand aufgestellt, ist die Illusion so perfekt, dass sogar der Hintergrund unverzerrt erscheint. Die Forscher stellten ein Gitterbild hinter die Apparatur. Änderten sie den Blickwinkel auf die erste Linse, änderte sich das Gitter entsprechend. Es gab auch keine Abrisse zwischen dem Ausschnitt, der durch die Linsen sichtbar war, und dem Rest des Gitters.

Blickstabile Tarnkappe

Die meisten anderen Tarnkappen seien nicht so blickstabil, erklärt Howell: Sie funktionierten nur aus einer bestimmten Perspektive. Werde der Blickwinkel nur ein wenig verändert, werde das Objekt sichtbar. Oder das System verändere den Hintergrund so stark, dass erkennbar sei, dass eine Tarnkappe im Einsatz sei, auch wenn das Objekt selbst nicht sichtbar sei.

'Die Tarnkappe beugt das Licht und schickt es durch die Mitte des Gerätes. Der Bereich, der sich genau auf der Achse befindet, kann demnach nicht blockiert oder getarnt werden', sagt Choi. Die Tarnkappe erzeugt also ein ringförmiges Feld, in dem Objekte nicht sichtbar sind. Das Blickfeld hat etwa 15 Grad.

Die beiden Forscher beschreiben ihre Entwicklung in einem wissenschaftlichen Aufsatz, der als Preprint auf dem Dokumentenserver Arxiv veröffentlicht ist. Außerdem geben sie Hinweise, wie der Rochester Cloak nachgebaut werden kann.