Metamaterial unter Gedankenkontrolle

Direkter Draht zum Gehirn: Allein durch Gedanken gesteuert verändert ein Metamaterial seine elektromagnetischen Eigenschaften und erzeugt wie von Geisterhand verschiedene Reflexionsmuster. Diese in einem Experiment demonstrierte Gedankenkontrolle funktioniert, weil eine spezielle Technologie die Hirnwellen der Testperson ausliest und sie in verschiedene digitale Signale umwandelt, die dann wiederum die Form und Ladung der Metaoberfläche steuern.

Hirn-Maschine-Schnittstellen erlauben es heute schon, auf gewisse Weise Gedanken zu lesen: Mithilfe von per Elektroden erfassten Hirnwellen können Computer beispielsweise gedachte oder gelesene Sprache und Bilder auslesen und sogar Gedanken an ein anderes Gehirn übertragen. Auch das Steuern von Prothesen oder sogar Drohnen ist schon per Gedankensteuerung möglich.

Eine steuerbare Metaoberfläche…

Eine weitere Form der Gedankensteuerung haben nun Forschende um Ruichao Zhu von der Universität der Luftwaffe im chinesischen Xi’an entwickelt. In ihrem Experiment kontrollierten die Hirnwellen eines Menschen das Verhalten eines Metamaterials – einer Oberfläche, deren Struktur exotische Formen der Brechung und Beugung elektromagnetischer Strahlung erlaubt. Praktisch bedeutet dies, dass die Metaoberfläche je nach Einstellung Mikrowellen unterschiedlich stark reflektiert und streut.

Basis dieser Technologie bildet eine elektrisch steuerbare Metaoberfläche. Sie besteht aus einer regelmäßigen Struktur aus millimeterfeinen Stäbchen, deren Form und Ausrichtung sich mithilfe digitaler Signale verändern lässt. Für das Experiment programmierten die Forschenden dieses dynamische Metamaterial so, dass es vier verschiedene, als Folge von Nullen und Einsen kodierte Signale in vier verschiedene Muster der Absorption oder Reflektion umsetzt.

…und eine Schnittstelle zum Gehirn

Das Gedankensignal für die Steuerung dieses Metamaterials leitete das Team mithilfe von außen am Kopf liegenden Elektroden ab. Diese lesen die elektrische Hirnaktivität aus und übermitteln das Muster der Hirnwellen mittels Bluetooth an eine Kontrolleinheit. Die in diesem Modul schon integrierten Algorithmen sind darauf programmiert, am Hirnwellenmuster den Grad der Aufmerksamkeit einer Person zu erkennen. Aus früheren Studien ist bekannt, dass bestimmte Hirnwellenanteile bei Konzentration zunehmen.

Das durch einen weiteren Mikrocomputer ergänzte Kontrollmodul schickt je nach Aufmerksamkeitsniveau des Benutzers eines von vier vorab einprogrammierten Signalen an die Metaoberfläche – und knüpft so die Verbindung zwischen Gedanken und Metamaterial. „Die Idee dahinter ist es, die elektromagnetische Reaktion eines Materials direkt durch die Hirnwellen eines Nutzers zu kontrollieren“, erklären die Forschenden.

Praktischer Test erfolgreich

Im praktischen Test dieser Gehirn-Material-Schnittstelle saß eine Testperson in einem Raum mit strahlenschluckenden Wänden. Auf einem Tisch war die Metaoberfläche senkrecht aufgestellt, in kurzer Entfernung dafür stand die Strahlenquelle, die einen gerichteten Funkstrahl im Gigahertzbereich auf die Oberfläche abgab. Über Messinstrumente konnten Zhu und sein Team ermitteln, wie stark und in welche Richtung verschiedene Bereiche der Metaoberfläche die Strahlen reflektierten.

Und tatsächlich: Wenn sich die Testperson fest auf eine Sache konzentrierte, zeigte die Metaoberfläche ein anderes Brechungsmuster als wenn sie ihre Gedanken entspannt schweifen ließ. Die gemessenen Reflexionsmuster stimmten gut mit den zuvor in einem Modell simulierten über, wie die Forschenden berichten. Damit ist es gelungen, die elektromagnetischen Eigenschaften eines Metamaterials mittels Gedankenkraft zu kontrollieren.

„Dieses Prinzip kann künftig auch auf andere gedankengesteuerte Funktionalitäten ausgeweitet werden, darunter smarte Sensoren, 5G/6G-Kommunikation oder auch die Überwachung der Aufmerksamkeit“, erklären Zhu und seine Kollegen. (eLight, 2022; doi: 10.1186/s43593-022-00016-0)

Quelle: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS