Tarnkappe schützt die Prinzessin vor der Erbse

Physikalische Tarnkappen können Objekte unsichtbar machen oder Wärme und Schall unbeeinflusst passieren lassen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben jetzt eine mechanische Tarnkappe entwickelt, die erstmals etwas vor dem Erfühlen verstecken kann – wie die Erbse unter den vielen Matratzen der Märchenprinzessin. Grundlage ist ein so genanntes Metamaterial, das aus einem Polymer-Werkstoff aufgebaut wird. Der nanometergenau geformte kristalline Werkstoff besteht aus nadelförmigen Stegen, deren Spitzen zusammentreffen. Die Größe der Kontaktpunkte ist genau berechnet, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. In die unterste Lage der Tarnkappe ist eine harte Schale eingesetzt, in deren Hohlraum beliebige zu tarnende Objekte platziert werden können. Würde man oberhalb der Schale einen leichten Schaum oder sehr viele Lagen Watte schichten, wäre diese noch als Form fühlbar. Erst der Einsatz der Metamaterialstruktur führt die Kräfte eines Tastfingers so ab, dass die Schale vollkommen getarnt ist. „Nutzt man unser neues Material, würde eine Matratze ausreichen, damit die Prinzessin gut schlafen kann“, erläutert Tiemo Bückmann, der Erstautor der Arbeit. Die Umsetzung einer solchen Tarnkappe ist komplex. Nachdem die gewünschten mechanischen Eigenschaften definiert sind, werden die physikalischen Grundgleichungen mathematisch invertiert, um darauf zu schließen, wie die Struktur des Metamaterials sein muss. So lassen sich Materialien planen, die so in der Natur nicht vorkommen. 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 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.