Mal steif, mal weich: Forscher entwickeln programmierbares Material

Forscher der ETH Lausanne (EPFL) haben ein neues Material entwickelt. Das Besondere daran ist, dass es sich programmieren lässt: Je nach Bedarf ist das Material entweder steif oder flexibel.

Entwickelt wurde das programmierbare Material von Tian Chen, Postdoktorand an der EPFL am "Flexible Structures Laboratory" von Pedro Reis und am "Geometric Computing Laboratory" von Mark Pauly, wie die EPFL mitteilt.

"Ich habe mich gefragt, wie man die Geometrie der inneren Konfiguration eines Materials ändern kann, nachdem es konzipiert wurde", sagt Chen. "Im Endstadium soll es über mehrere mechanische Funktionen, wie Steifigkeit und Festigkeit, verfügen, ohne dass es bei jedem Einsatz ausgetauscht werden muss."

Möglicher Verwendungszweck

Als Beispiel eines möglichen Verwendungszwecks nennt Chen eine Schiene. Wenn man sich etwas bricht, erhält man zunächst eine starre Schiene, die die Bewegung stark einschränkt. Die Schiene kann später – wenn die Heilung fortgeschritten ist – gegen eine flexiblere ausgetauscht werden. Heutzutage seien dafür mehrere unterschiedliche Schienen nötig, sagt Chen. "In Zukunft wird vielleicht eine einzige ausreichen."

Das neue Metamaterial von Chen verfügt über eine komplexe Struktur aus einzelnen Zellen und besteht aus Silikon und einem magnetischen Pulver. Jede Zelle fungiert wie ein Schalter – so lässt sich das Material programmieren.

Chen vergleicht den Vorgang mit digitalen Geräten wie etwa einer Festplatte. Die Zellen des Materials entsprechen den Bits in einem Speichermedium. Sie könnten in einen eher starren "On"-Zustand oder in einen flexibleren "Off"-Zustand versetzt werden, heisst es in der Mitteilung.

Zudem seien auch verschiedene Kombinationen von "On" und "Off" möglich. So konnte Chen gemäss Mitteilung nachweisen, dass es möglich ist, verschiedene Steifigkeitsgrade und Verformungen zu programmieren.

Der Trick: Magnetfelder

Konkret lassen sich die mechanischen Eigenschaften des Materials mittels Magnetfeldern ändern. "Indem wir ein Magnetfeld um das Metamaterial legen, können einzelne Zelle aktiviert oder deaktiviert werden", erklärt Chan.

Gemäss der EPFL handelt es sich hierbei um das erste wirklich programmierbare mechanische Metamaterial. Und es biete aufregende neue Perspektiven für die wissenschaftliche Forschung und die industrielle Innovation.

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