Akustik Forscher zaubern Hologramme aus Geräuschen

In Flüssigkeiten entstehen dreidimensionale Bilder: Eine Linse aus einem 3D-Drucker verändert Schallwellen, sie ordnen Partikel zu Motiven.

Friedenstaube-Hologramm aus Schallwellen
Kai Melde

Friedenstaube-Hologramm aus Schallwellen


Deutsche Forscher haben Schallwellen dreidimensional geformt und akustische Hologramme erzeugt. Dadurch schufen sie in einer Flüssigkeit mit Mikropartikeln beispielsweise ein Abbild der Friedenstaube des Malers Pablo Picasso. Nach dem Einschalten des Schallerzeugers ordneten sich die Teilchen in der gewünschten Form an.

Außerdem erzeugten sie in einem kleinen Wasserbecken durch den Schalldruck zwei ringförmig stehende Wellen, an denen ein winziges Bötchen entlangsurfte. Ferner ließen sie mittels Ultraschallfeld Wassertropfen und sogar kleine Aluminiumteilchen schweben.

Schallwellen erzeugen Wellen im Wasser - sie können gezielt geformt werden
Alejandro Posada

Schallwellen erzeugen Wellen im Wasser - sie können gezielt geformt werden

Die Wissenschaftler nutzten eine Schalllinse aus einem 3D-Drucker, die durch ihre reliefartige Oberfläche die Schallwellen verändert. Das Verfahren lasse sich unter anderem in der Medizin, der Nanotechnologie und der Verfahrenstechnik nutzen, schreibt das Team um Peer Fischer vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme im Magazin "Nature".

"Wir suchten eine Möglichkeit, eine große Zahl von Mikropartikeln gleichzeitig zu bewegen und größere Strukturen aus ihnen zu formen", wird Fischer in einer Mitteilung der Max-Planck-Gesellschaft zitiert.

Hologramm aus Schallwellen im Wasser
Kai Melde

Hologramm aus Schallwellen im Wasser

Zwar gibt es bereits Wege, um Schallwellen in drei Dimensionen zu formen, doch benötigen die Verfahren dazu mehrere Schallquellen. Zudem haben sie nur eine geringe Auflösung, sind also recht grob. "Wir können Schall nun ohne diese aufwendige Technik dreidimensional modellieren", sagt Erstautor Kai Melde.

Wie bei einem optischen Hologramm besteht der Trick darin, die Wellenphase zu verändern. Die Phase ist eine Angabe darüber, an welcher Stelle zwischen Wellental und Wellenberg sich eine Welle befindet. Durch gezielte Phasenverschiebungen ergibt sich ein dreidimensionaler Eindruck.

Ein Papierboot wird von Schallwellen gezielt bewegt
Kai Melde

Ein Papierboot wird von Schallwellen gezielt bewegt

Beim akustischen Hologramm sorgt eine Linse aus dem Kunststoff Polydimethylsiloxan (PDMS), die den Schall schneller leitet als die umgebende Flüssigkeit, für die Phasenbeeinflussung: Je stärker die Schallwellen gegeneinander verzögert werden müssen, desto dicker ist die Linse. Hergestellt wird die Linse mit einem 3D-Drucker, dessen Auflösung auch die Feinheiten des akustischen Hologramms bestimmt.

"Wir sind selbst überrascht, dass noch keiner auf diese Idee gekommen ist", sagt Fischer. Einen Nachteil hat das neue Verfahren allerdings: Durch die Linse bedingt sind die Hologramme starr, während die Methode mit vielen Schallquellen dynamische Veränderungen hervorbringen kann. Jedoch könne eine gewisse Dynamik durch das Verwenden unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt werden, sagt Fischer.

Adrian Neild von der Monash University in Clayton (Australien) spricht in einem "Nature"-Kommentar von einer "beeindruckend einfachen Technik, die komplexe akustische Hologramme erzeugt". Er sieht Anwendungsgebiete unter anderem in einer extrem hochauflösenden Bildgebung etwa in der Medizin, und in einer punktgenauen Erhitzung von Materialien.

Fischer ergänzt: "Von großem Interesse ist es, mit unserer Erfindung auf einfache Weise kompliziert geformte Ultraschallfelder für eine lokalisierte medizinische Diagnostik und Therapie zu erzeugen."

3D-Bilder in Echtzeit

Von Stefan Parsch, dpa/boj

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