„Intelligente“ Materialien können als der nächste Schritt in der Werkstoff-Entwicklung gelten. Darunter versteht man Materialien, welche über einstellbare Eigenschaften verfügen, mit deren Hilfe sie „erkennen“, wie sie sich bewegen und mit ihrer Umgebung interagieren. Ein Forscherteam des MIT hat kürzlich eine Methode für den 3D Druck entwickelt, bei der es darum geht, eben solche „intelligenten“ Materialien zu drucken.
Entscheidend: Luftgekühlte Kanäle
Den entscheidenden Schritt zu dieser bemerkenswerten Innovation gelang durch den Einbau luftgekühlter Kanäle in die Struktur während des 3D Drucks. Die Forscher messen dabei, wie sich der Druck in diesen Kanälen im Detail verändert, sobald die gedruckte Struktur zusammengedrückt, gebogen oder gedehnt wird. Auf diese Weise erhalten Sie eine gute Rückmeldung darüber, wie sich das Material im Einzelnen genau bewegt.
Sensoren als nächsten Schritt
Die dank dieser Methode mögliche Einbettung von Sensoren in archetektonische Materialien eröffnet zahlreiche Möglichkeiten. So lässt sich etwa eine neue Klasse von Materialien gewinnen, deren mechanische Eigenschaften durch Form und Zusammensetzung programmierbar sind. Insbesondere Steifigkeit und Zähigkeit der Materialien lassen sich Zähigkeit durch die Steuerung der Geometrie in archetektonische Materialien variieren.
Ein dichteres Zellennetz führt im Falle zellulärer Strukturen zum Beispiel zu einer steiferen Struktur.
Möglichkeit weicher und flexibler Roboter
Auch weiche, flexible Roboter sind dank dieser Technologie eines Tages denkbar. Dank eingebetteter Sensoren wären diese dann in der Lage, ihre eigenen Haltungen und Bewegungen zu verstehen.
Denkbar wäre auch die Herstellung tragbarer, intelligenter Geräte, welche Rückmeldung geben, wie sich eine Person bewegt oder mit ihrer Umgebung interagiert.
„Die Idee bei dieser Arbeit ist, dass wir jedes Material nehmen können, das in 3D gedruckt werden kann, und eine einfache Möglichkeit haben, Kanäle darin zu verlegen, so dass wir eine Sensorisierung mit Struktur erhalten können. Und wenn man wirklich komplexe Materialien verwendet, dann kann man Bewegung, Wahrnehmung und Struktur in einem haben“, so Co-Autorin Lillian Chin, eine beteiligte Studentin im MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).
Archetektonische Materialien
Entscheidende Veränderungen könnten programmierbare Materialien auch in der Archetektur-Branche ermöglichen. Hier ruhen die Hoffnungen vor allem auf „archetektonischem Material“, welches allein gemäß seiner Geometrie anpassbare mechanische Eigenschaften aufweist. Im Zentrum steht hierbei vor allem, Größe und Form der Zellen im Gitter so zu variieren, dass das Material mehr oder weniger flexibel wird.
Eine weitere Möglichkeit wären Sensoren direkt im Baumaterial, deren Aufgabe darin besteht, Informationen über Verformungen und Bewegungen des Materials zu liefern. Hierbei stellt die zumeist spärliche und komplexe Form der Materialien vorerst allerdings noch eine Herausforderung dar.
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