KIT Optische Tarnkappe für den Nebel

In diffus streuenden Medien bewegt sich Licht auf zufälligen Bahnen. Darin wirft ein normaler Gegenstand (links) einen Schatten, einer mit Tarnkappe (rechts) nicht.

Am KIT haben Physiker eine ideale Tarnkappe für lichtstreuende Medien wie Nebel oder Milch hergestellt und erfolgreich getestet.

In diffusiven Medien wie beispielsweise Nebel, Wolken oder Milchglasscheiben breitet sich Licht nicht geradlinig aus, sondern wird von den Partikeln im Medium ständig gestreut. Diese Eigenschaft von lichtstreuenden Medien machen sich die Forscher zunutze, um Objekte darin zu verstecken.

Im Experiment am KIT wurde eine ausgedehnte Lichtquelle benutzt, die von hinten einen einige Zentimeter schmalen Plexiglas-Tank beleuchtete. Dieser Tank war mit einer weißen, trüben Flüssigkeit gefüllt. Darin befindliche Objekte werfen einen sichtbaren Schatten auf die Behälterwand. Als Testobjekte dienten einfache Metallzylinder oder -kugeln mit einigen Zentimetern Durchmesser. Um diese zu tarnen, wurden sie zunächst mit weißer Dispersionsfarbe gestrichen, so dass sie Licht diffus reflektieren. Um das Licht schließlich um das Objekt herumzulenken, brachten die Wissenschaftler eine dünne Schale des transparenten Silikonwerkstoffs PDMS auf, in den sie zuvor lichtstreuende Melamin-Mikropartikel in geeigneter Konzentration gemischt hatten. Die Silikon-/Melamin-Schale sorgt für eine schnellere Diffusion als die Umgebung und lenkt das Licht um die Objekte, die somit keine Schatten mehr werfen.

Ideale optische Tarnkappen im Medium Luft gibt es nicht, denn sie verletzen die Relativitätstheorie, die eine Obergrenze für die Lichtgeschwindigkeit vorschreibt. In diffusen Medien, in denen das Licht mehrfach gestreut wird, reduziert sich jedoch die effektive Lichtgeschwindigkeit, so dass sich ideale Tarnkappen verwirklichen lassen.

Die von den Forschern Martin Wegener und Robert Schittny am KIT durchgeführte Studie wurde vom DFG-Center for Functional Nanostructures (CFN) gefördert. Bei der Untersuchung handelt es sich um Grundlagenforschung sowie den Beweis des Wirkprinzips. „Bis zu realen Anwendungen ist es noch lang hin, aber mit dem nun gefundenen Prinzip könnte man Milchglasfenster für Badezimmer herstellen, in denen Metallstangen gegen Einbrecher oder Sensoren integriert sind, ohne dass man die Stangen oder Sensoren von Innen oder Außen sehen kann“, erläutert Schittny.