Je leest:

Mantel maakt onzichtbaar

Mantel maakt onzichtbaar

Auteur: | 3 maart 2005

“Voldoende geavanceerde technologie is niet te onderscheiden van magie”, aldus visionair Arthur C. Clarke. Twee natuurkundigen bewijzen dat spreekwoord eer met hun plannen voor een onzichtbaar makende mantel.

Onzichtbaarheid is – met vliegen – een van onze oudste dromen. De Griekse god Hades en de held Perseus hadden een helm die hen onzichtbaar maakten; elfen zouden zich zonder moeite voor het menselijk oog verbergen. Ook moderne mythes zijn onzichtbaar: denk maar aan de bijna doorzichtige Predator uit de gelijknamige film of aan de cloaking-techniek van de Klingons en Romulans in Star Trek.

De Amerikaanse natuurkundigen Andrea Alù en Nader Engheta (Universiteit van Pennsylvania) beschrijven in een voorpublicatie hoe een speciale coating een voorwerp net als een Klingon-battlecruiser zo goed als onzichtbaar kan maken. De twee berekenden hoe de elektronenzee aan het oppervlak van zo’n coating precies met eropvallend licht meebeweegt. Er ontstaan elektrongolven: plasmonen, die zorgen dat dat het licht nauwelijks vat krijgt op het voorwerp en er ongestoord langs reist.

Alù en Engheta zijn niet de eersten die aan onzichtbaarheid werken. Hun voorstel verschilt echter hemelsbreed van voorgaande ideeën. Professor Susumu Tachi van de Universiteit van Tokyo kan iemand transparant maken – of eigenlijk laten lijken. Hij gebruikt een speciaal terugkaatsend materiaal, een camera en een projector. Wat Tachi doet, is niets anders dan de scene achter een persoon op diens jas projecteren.

De ‘onzichtbare jas’ van Susumu Tachi (Universiteit van Tokyo) werkt door beelden van de achterkant op te vangen en met een beamer op de voorkant te projecteren.

De doorzichtigheid die Tachi’s techniek oplevert is een optische truuk en geen perfecte. Tachi kan iemand niet vanuit verschillende kijkrichtingen tegelijk doorzichtig maken; camera en projector hebben immers een vaste positie en kunnen niet zomaar beelden uit andere richtingen opvangen en uitzenden.

Tachi zou zijn techniek toe willen passen in een operatiekamer, zodat chirurgen door hun handen en scalpels heen hun patient kunnen zien en zichzelf niet het zicht belemmeren. Ook in de cockpit van een vliegtuig komt Tachi’s methode van pas; als de vloer ‘doorzichtig’ wordt kunnen piloten bijvoorbeeld beter zien hoe ver ze boven de landingsbaan zweven.

Ongestoord

De methode die Alù en Engheta voorstellen is een stuk eleganter dan Tachi’s gezichtsbedrog. De twee gaan uit van de aard van licht: het is een golf van elektromagnetische velden. Als die golf materiaal tegenkomt, raken de elektronen in dat materiaal erdoor in beweging. De elektronbeweging beinvloedt op zijn beurt weer de lichtgolf, die verstrooit en verstoord raakt. Het voorwerp laat zo een vingerafdruk achter in het verder reizende licht en wordt ‘zichtbaar’.

Alù en Engheta bedachten dat een voorwerp onzichtbaar zou worden als het geen licht meer verstrooide. En dus togen ze aan de slag om te berekenen hoe dat kon. Uiteindelijk kwamen ze uit op een coating waarin de elektronen soepel meesurfen met een binnenkomende lichtgolf in plaats van zich ertegen te verzetten. Golven in de elektronendichtheid zorgen ervoor dat binnenkomend licht niet op het voorwerp reageert en er netjes omheen buigt. Plasmonic screening kost geen energie; als de coating eenmaal is aangebracht doet hij uit zichzelf zijn werk.

Dit is een metamateriaal: een bouwsel van ringen en draden. Dit metamateriaal heeft een negatieve brekingsindex voor straling in het microgolfgebied, waardoor het licht op een heel andere manier breekt dan normale materialen kunnen. bron: W.J. Padilla / UCSD

Voor elke kleur licht heeft de methode van Alù en Engheta wel een ander materiaal nodig: zo zouden goud of zilver geschikt zijn om zichtbaar licht te buigen. Langere golflengtes zoals infrarode, radio- of microgolfstraling zijn lastiger. Om die lichtsoorten af te buigen denken de twee aan een zogenaamd metamateriaal, een opstelling van ringen, staafjes en spoeltjes die zo op EM-golven reageren dat die nauwelijks verstoord raken.

De techniek van Alù en Engheta werkt het beste als het voorwerp ongeveer zo groot is als de golflengte waarin het onzichtbaar moet worden. Daarom zijn alleen microscopische voorwerpen onzichtbaar te maken in het licht dat onze ogen opvangen; dat heeft namelijk een golflengte tussen de 0,35 en -0,7 micrometer. Grotere voorwerpen als een auto, vliegtuig of schip zijn weer onzichtbaar te maken voor radiostraling, die een golflengte in de orde van meters heeft.

Klassiekertje: het buitenaardse ras uit de films Predator 1, 2, en Alien vs. Predactor gebruikt cloaking-techniek om zichzelf onzichtbaar te maken tijdens de jacht. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Plasmonic screening is op dit moment niet meer dan een goed doorgerekend gedachtenexperiment. Maar als Alù en Engheta de techniek aan de praat krijgen, zijn de toepassingen legio. De twee denken aan onzichtbare sensoren die het licht vlakbij een voorwerp niet verstoren en zo allerlei details op kunnen pikken. Militaire stealth-toepassingen liggen ook voor de hand. . “Maar,” waarschuwt Engheta: “we zijn nu nog in het conceptuele stadium. Een vliegtuig heeft een complexe vorm en stelt speciale eisen aan het materiaal waarvan het gemaakt wordt. Het zal nog wel even duren voordat we zo’n ingewikkelde vorm ook in de praktijk onzichtbaar hebben gemaakt.”

Onzichtbare dieren

Misschien is onze droom van onzichtbaarheid (net als de wens ooit te kunnen vliegen) wel geinspireerd door de dierenwereld. Daar zijn talloze voorbeelden van prooi- en roofdieren die zich door hun kleurenpatroon onzichtbaar proberen te maken. Tijgers, wolven, herten, hazen en eindeloze aantallen insecten doen mee aan de onzichtbaarheidsrace.

Onzichtbare coating

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 03 maart 2005
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.