Neues Metamaterial ist mal steif, mal flexibel

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EPFL-Wissenschaftler realisieren eine
gezielte Steuerung der Eigenschaften im Magnetfeld

Neues Metamaterial ist mal steif, mal flexibel
Muster aus programmierbarem Metamaterial (grün) (Foto: Alain Herzog, epfl.ch/en)
23.01.2021 | Ein Material, das seine Eigenschaften auf Knopfdruck ändert, hat Tian Chen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) entwickelt. "Ich habe mich gefragt, ob es eine Möglichkeit gibt, die innere Geometrie eines Materials nach seiner Herstellung zu ändern. Die Idee war ein einziges Material, das eine Reihe von physikalischen Eigenschaften wie Steifheit und Festigkeit aufweist, damit es nicht ausgetauscht werden muss, wenn sich die Anforderungen ändern."

Die Anwendungsfelder für das neue Material sind breit gefächert. Wer sich den Knöchel verstaucht, muss zunächst eine steife Schiene tragen. Im Laufe des Heilungsprozesses benötigt der Knöchel aber mehr Bewegungsfreiheit. Dann muss bisher die Schiene ausgetauscht werden. Mit dem neuen Metamaterial, also einem Werkstoff, der in der Natur nicht vorkommen kann, lässt sich die starre in eine flexiblere Schiene entsprechend umwandeln, heißt es.

 

Siliziumpulver und Magnete

Das Metamaterial basiert auf einem Gemisch aus Siliziumpulver und feinsten magnetischen Partikeln. Dieses wird durch Erhitzen zu einem zunächst starren Werkstoff, der aus unzähligen magnetisch beeinflussbaren Zellen besteht, sagt Chen. Jede lasse sich durch ein Magnetfeld ansteuern. In der Folge verändere es seine mechanischen Eigenschaften. Chen vergleicht das mit dem Beschreiben oder gezielten Löschen einer Festplatte. Dabei werden die Pole der Magnete Bit für Bit verändert.

 

M-Bits ein- und ausschaltbar

Die Zellen nennt Chen "M-Bits". Sie lassen sich ein- und ausschalten, sodass das Material mal steifer, mal flexibler ist. Tests haben gezeigt, dass es sich so programmieren lässt, dass verschiedene Grade von Steifheit und Flexibilität erreichbar sind, gerade so, wie es aktuell benötigt wird. Er stützte sich auf Methoden aus der Informatik und aus dem Maschinenbau. Erstmals sei es gelungen, ein umprogrammierbares Metamaterial zu entwickeln, das attraktive Möglichkeiten für die Forschung und die Industrie ermögliche.(pte)


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