Hur gör vi ett föremål osynligt? Forskare från TU Wien (Wien), tillsammans med kollegor från Grekland och USA, har nu utvecklat en ny idé för en cloaking-teknik. Ett helt ogenomskinligt material bestrålas uppifrån med ett specifikt vågmönster – med effekten att ljusvågor från vänster nu kan passera genom materialet utan hinder. Detta överraskande resultat öppnar helt nya möjligheter för aktivt kamouflage. Idén kan appliceras på olika typer av vågor, den ska fungera med ljudvågor lika bra som med ljusvågor. Experiment är redan i planeringen.

Överlista spridningen av ljus

"Komplexa material som en sockerbit är ogenomskinliga, eftersom ljusvågor inuti dem sprids flera gånger, " säger professor Stefan Rotter (TU Wien). "En ljusvåg kan komma in och lämna objektet, men kommer aldrig att passera genom mediet på en rak linje. Istället, den är spridd åt alla möjliga håll."

I åratal har många olika försök gjorts för att överlista denna typ av spridning, skapa en "osynlighetsmantel". Speciellt material har utarbetats, till exempel, som kan leda ljusvågor runt ett föremål. Alternativt även experiment har utförts med föremål som kan avge ljus av sig själva. När en elektronisk display sänder ut exakt samma ljus som den absorberar i ryggen, det kan verka osynligt, åtminstone när man ser den i rätt vinkel.

På TU Wien har man nu valt ett mer grundläggande tillvägagångssätt. "Vi ville inte omdirigera ljusvågorna, Vi ville inte heller återställa dem med ytterligare skärmar. Vårt mål var att leda den ursprungliga ljusvågen genom objektet, som om föremålet inte var där alls, säger Andre Brandstätter, en av författarna till studien. "Det här låter konstigt, men med vissa material och med vår speciella vågteknik, det är verkligen möjligt."

Lasermaterialet

Teamet på TU Wien har arbetat i flera år med optiskt aktiva material, som används för att bygga lasrar. För att få lasern att lysa, energi måste tillföras med hjälp av en pumpstråle. Annat, lasermaterialet beter sig precis som alla andra material – det absorberar en del av det infallande ljuset.

"Det avgörande är att pumpa in energi i materialet på ett rumsligt anpassat sätt så att ljuset förstärks på exakt rätt ställen, samtidigt som det tillåter absorption i andra delar av materialet, " säger professor Konstantinos Makris från universitetet på Kreta (tidigare TU Wien). "För att uppnå detta, en stråle med exakt rätt mönster måste projiceras på materialet ovanifrån – som från en vanlig videoprojektor, förutom med mycket högre upplösning."

Om detta mönster perfekt motsvarar de inre oregelbundenheterna i materialet som vanligtvis sprider ljuset, då kan projektionen från ovan effektivt stänga av spridningen, och en annan ljusstråle som färdas genom materialet från ena sidan kan passera utan något hinder, spridning eller förlust.

"Matematiskt, det är inte direkt uppenbart att det överhuvudtaget är möjligt att hitta ett sådant mönster, ", säger Rotter. "Varje föremål vi vill göra transparenta måste bestrålas med sitt eget specifika mönster – beroende på de mikroskopiska detaljerna i spridningsprocessen inuti. Metoden vi utvecklade nu tillåter oss att beräkna rätt mönster för vilket godtyckligt spridningsmedium som helst."

Ljus eller ljud

Datorsimuleringar har visat att metoden fungerar. Nu ska idén bekräftas i experiment. Stefan Rotter är övertygad om att detta kommer att bli framgångsrikt:"Vi diskuterar redan med experimentalister hur detta skulle kunna göras. Som ett första steg, vi kan testa denna teknik med ljud istället för ljusvågor. Experimentellt, de är lättare att hantera, och ur en matematisk synvinkel, skillnaden spelar ingen större roll."