Schallwellen im Labyrinth

Forscher der TU Wien entwickeln Methoden, mit denen sich Wellen gezielt so mani­pu­lieren lassen, dass sie sich nahezu unge­stört fort­bewegen können. In einer Koope­ra­tion mit Wissen­schaftlern in Frank­reich und Griechen­land konnte das Team die Methode jetzt erst­mals im Experi­ment umsetzen. Mit präzise gesteu­erten Laut­sprechern gelang es, eine Schall­welle durch ein Rohr mit diversen Hinder­nissen zu schicken. Lang­fristig könnten solche Techno­logien dazu führen, Licht­wellen zu mani­pu­lieren und Objekte unsicht­bar zu machen.

Um das Konzept für verlustfreien Wellentransport zu testen, ent­schieden die Forscher sich für Schall­wellen. „Unsere Technik lässt sich grund­sätz­lich auf jede Art von Welle anwenden“, sagt Stefan Rotter von der TU Wien. „Mathe­ma­tisch gesehen spielt es keine Rolle, ob es sich um Licht­wellen, Schall­wellen oder quanten­physi­ka­lische Materie­wellen handelt – aber in der Akustik sind die Experi­mente besonders anschau­lich durch­zu­führen.“

Um die Welle auf genau die richtige Weise zu manipulieren, muss man an bestimmten Orten Energie zuführen oder abziehen. Das gelingt mit spezi­ellen Laut­sprechern, die ent­lang eines meter­langen Schall­rohrs ange­bracht sind. „Die Laut­sprecher sind aller­dings nicht dazu da, um die ursprüng­liche Schall­welle auf der anderen Seite des Rohres ein­fach zu repro­du­zieren – das wäre zu ein­fach“, erklärt Team-Mitglied Andre Brand­stötter. „Es geht darum, die Schall­welle Punkt für Punkt zu mani­pu­lieren und sie gewisser­maßen durch das Rohr hin­durch zu lotsen, sodass sie an bestimmten Stellen im Rohr immer genau die­selbe Stärke hat.“ Die Laut­sprecher werden so gesteuert, dass die Welle lokal ver­stärkt oder abge­schwächt wird. „Dadurch können wir der kompli­zierten Streu­ung entgegen­wirken, die sonst unver­meid­lich wäre, wenn die Welle auf ein Hindernis trifft“, sagt Rotter.

Das Experiment wurde mit einer luftgefüllten Röhre durch­ge­führt, in der unregel­mäßige Hinder­nisse ein­ge­baut wurden. Schickt man eine Schall­welle durch dieses Rohr, kommt am Ende prak­tisch kein Schall an. Wenn man aller­dings die in die Röhre ein­ge­brachten Laut­sprecher nach den mathe­ma­tischen Regeln steuert, die das Team ent­wickelt hat, dann ver­lässt die Schall­welle das Rohr so, als wäre sie unter­wegs auf kein ein­ziges Hinder­nis gestoßen.

Das Experiment zeigt, dass die Wellen-Mani­pula­tion tat­säch­lich praxis­taug­lich ist. Das nächste Ziel ist nun, die Möglich­keiten dieser Techno­logie weiter aus­zu­bauen. „Wenn das­selbe im drei­dimen­sio­nalen Raum mit Licht­wellen gelingt, könnte man im Prinzip Objekte unsicht­bar machen“, sagt Rotter. Während für eine mög­liche Tarn­kappe noch einige weitere Ent­wick­lungs­schritte nötig sind, könnte die neue Technik heute schon für ver­schie­dene Anwen­dungen in der Nach­richten­über­tra­gung höchst inte­res­sant sein.

TU Wien / RK