Traktorstrahl zum Selberbauen

Science-Fiction für Bastler: Künftig lässt sich ein Traktorstrahl auf Basis von Schallwellen ganz einfach selbst konstruieren. Forscher haben das dafür nötige Gerät jetzt so vereinfacht, dass ein 3D-Drucker und ein paar günstige Elektronik-Bauteile dafür ausreichen. Das Gerät ähnelt einer überdimensionierten Taschenlampe, kann aber wie durch Geisterhand kleine Objekte anheben und anziehen – wie der Traktorstrahl aus der Science-Fiction.

Bei Star Trek und Co gehört er zur Standardausstattung der Raumschiffe: der Traktorstrahl. Dieses geheimnisvolle Kraftfeld hält Objekte fest und kann sie zu sich heranziehen. Diese berührungslose Manipulation gibt es auch in der Realität: Laserstrahlen beispielsweise können mikroskopisch kleine Objekte halten und gezielt bewegen und 2015 gelang es einem Forscherteam erstmals, einen Traktorstrahl aus Schall zu erzeugen.

Wie von Geisterhand angezogen

Das Besondere an diesem akustischen Traktorstrahl: „Er kann die Objekte an die Quelle der Schallwellen heranziehen“, erklärt Asier Marzo von der University of Bristol. „Es ist sehr leicht, Partikel von der Schallquelle wegzuschieben oder sie einfach nur in der Schwebe zu halten. Aber sie anzuziehen ist etwas ganz Anderes.“ Es sei ein Schritt mehr als die normale akustische Levitation.

Die für solche Traktorstrahlen benötigen Geräte waren jedoch bisher enorm teuer und aufwändig herzustellen. Doch das hat sich nun geändert: Marzo und seine Kollegen haben ihr Gerät zur akustischen Levitation jetzt so vereinfacht und umgebaut, dass es mit simplen Bauteilen aus dem 3-D-Drucker und dem Internet konstruiert werden kann.

Phasenmodulation macht Schall zum Traktorstrahl

Das Gerät für den akustischen Traktorstrahl ähnelt ein wenig einer überdimensionierten Taschenlampe mit vielen bunten Drähten. Der Clou dabei: Während die herkömmlichen Geräte den von ihnen erzeugten Schall mit Hilfe von elektronischen Phasenwandlern in die richtige Form brachten, übernimmt dies nun ein statisches Bauteil.

„Wir können eine einfache Schallwelle mit einem Metamaterial modulieren, das im Prinzip nichts weiter ist als ein Stück Material mit vielen Röhren unterschiedlicher Länge“, erklärt Marzo. „Der Schall strömt durch diese Röhren und wenn er dann austritt, hat er die richtigen Phasen, um einen Traktorstahl zu erzeugen.“

3D-Drucker und simple Elektronik

Die Bauteile für die Traktorstrahl-„Kanone“ zum Selberbauen lassen sich zum Teil mit einem ganz normalen 3D-Drucker ausdrucken, wie die Forscher erklären. Ein Teil der Elektronik stammt von günstigen Bausätzen wie beispielsweise Arduino. „Die Bauteile sind sehr einfach, wie ein Arduino und ein kleiner Motor“, so Marzo. „Alles kann man im Internet für weniger als 60 Euro kaufen.“

In ihrem Video beschreiben die Forscher detailliert, welche Teile man benötigt und wie das Gerät zusammengebaut wird. Der damit erzeugte Traktorstrahl ist immerhin stark genug, um wenige Millimeter kleine Objekte zu heben und anzuziehen. „Es kann kleine Plastikstücke heben, aber auch eine Fliege oder kleine biologische Proben – das ist recht praktisch“, sagt Marzo.

Neben dem garantierten Staunen bei Zuschauern könnten solche Traktorstrahl-Generatoren zum Selberbauen künftig auch in der Forschung zu hilfreichen Werkzeugen werden, meinen die Forscher. Und wer weiß, auf welche Anwendungen findige Bastler künftig noch kommen. (Applied Physics Letters, 2017; doi: 10.1063/1.4972407)

(American Institute of Physics, 04.01.2017 – NPO)