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Flexible Fassaden oder sich bewegende Dächer: Dieses Material wechselt automatisch Form und Festigkeit

Forscher aus den Vereinigten Staaten ist es gelungen, ein Material zu entwickeln, das sozusagen auf Knopfdruck seine Form, Größe und Festigkeit verändern kann. Als Vorbild dienten dabei die Faltstrukturen bei der japanischen Faltkunst Origami. Mit diesem Material wären beispielsweise Dächer oder Fassaden möglich, die sich von selbst den Umweltbedingungen anpassen.

Bild:  Bertoldi Lab/ Harvard SEAS

Bild: Bertoldi Lab/ Harvard SEAS

Flexibel faltbares Material

Bis in einer Hausfassade auf Knopfdruck ein Fenster erscheint, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen. Aber zumindest in der Theorie wäre so etwas mit dem neuen Material möglich. Entwickelt wurde es von einem Team rund um Johannes Overvelde von der Harvard University. Das Material kann Größe, Form und Festigkeit flexibel verändern und wurde von der Origami-Falttechnik “Snapology” inspiriert, bei der dreidimensionale Formen erzeugt werden, die sich flexibel verändern können.

Der Prototyp des neuen Materials kann das auch. Er besteht aus einem würfelähnlichen Gebilde mit 24 Seiten und 36 Kanten als Grundeinheit. Die dünnen Wände sind flexibel verknüpft, sodass das Gebilde entlang der Kanten zusammengefaltet werden kann. 64 dieser Gebilde wurden von den Forschern zu einem Kubus von etwa einem Zentimeter Kantenlänge verbunden. Dieser kann je nach Konfiguration seine Form und Größe verändern, er lässt sich sogar ganz flach zusammenfalten.

Dies ist möglich, weil die Grundeinheit des Kubus entlang bestimmter Achsen gefaltet werden kann. Die Veränderungen der Form beeinflussen auch die Festigkeit und Stabilität des Materials, weshalb aus der gleichen Grundstruktur sowohl feste als auch flexible Objekte entstehen können. „Diese neue Klasse von faltbaren Materialien ist vollständig skalierbar. Sie funktioniert von der Nanometerskala bis zu metergroßen Objekten. Man könnte daraus alles Mögliche machen, von chirurgischen Stents bis hin zu tragbaren Popup-Zelten für die Katastrophenhilfe“, so Overvelde.

Motoren automatisieren die Veränderung

Somit haben die Forscher erstmal ein Material konstruiert, das flexibel gefaltet werden kann und dabei seine Eigenschaften verändert. Nun kommt der Clou an der Sache: Mit Hilfe von pneumatischen Aktuatoren, die in die Struktur eingebaut werden, können diese Formänderungen automatisch vonstatten gehen. “Diese Struktur kann damit genutzt werden, um faltbare und reprogrammierbare Objekte zu erstellen, deren Form, Volumen und Steifigkeit kontinuierlich kontrolliert und gesteuert werden kann”, erläutert der Wissenschaftler Overvelde.

Statt der programmierbaren Aktuatoren ließen sich auch elektrische, thermische oder wassergetriebene Motoren verbauen, was das Material flexibel einsetzbar macht. Denkbar wären beispielsweise bewegliche Dächer, tragbare, flexible Schutzräume oder auch Fassaden, die sich an das Wetter anpassen. “Die Möglichkeit, alle Kontrollsysteme direkt zu integrieren und mit Aktuatoren zu verbinden, eröffnete ganz neue Design-Möglichkeiten für solche wandelbaren Strukturen”, so James Weaver, ein Koautor der Studie.

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