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pte20211025004 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Neue Bauteile nehmen beliebige Formen an

Innovation von SEAS-Wissenschaftlern ist zu jeder Zeit im energetischen Gleichgewicht


Computersimulation einer Formveränderung (Grafik: seas.harvard.edu)
Computersimulation einer Formveränderung (Grafik: seas.harvard.edu)

Cambridge (pte004/25.10.2021/06:15) - Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) http://seas.harvard.edu haben ein Bauteil entwickelt, das viele Formen annehmen und in der jeweiligen Position im energetischen Gleichgewicht ist. Damit ist der Weg frei für multifunktionale Materialien, die sich in vielerlei Bereichen einsetzen lassen, von Robotik und Biotechnologie bis hin zur Architektur.

Wandlungsfähige Einheitszellen

"Heutige Formgedächtnismaterialien können nur eine Gestalt annehmen. Doch wir haben gezeigt, wie man strukturelle Materialien schaffen kann, die eine beliebige Bandbreite an Wandlungsfähigkeit haben", sagt Materialfoscher Lakshminarayanan Mahadevan. Diese Strukturen ermöglichten eine unabhängige Steuerung der Geometrie und Mechanik und legten den Grundstein für die Entwicklung funktionaler Formen mit einer neuen Art von wandlungsfähigen Einheitszellen.

Das Team startete mit einer neutral stabilen Einheitszelle mit zwei starren Elementen, einem Federbein und einem Hebel sowie zwei dehnbaren elastischen Federn. Diese Kombination von starren und elastischen Elementen balanciert die Energie der Zellen aus, wodurch jede neutral stabil wird. Das bedeutet, dass sie zwischen einer "unendlichen" Zahl von Positionen oder Orientierungen wechseln und in jeder von ihnen stabil sein können.

Mathematische Modellierung

"Die Geometrie der Einheitszelle kann variiert werden, indem sowohl ihre Gesamtgröße als auch die Länge des einzelnen beweglichen Federbeins geändert werden", sagt Gaurav Chaudhary, SEAS-Postdoc. Ihre elastische Reaktion lasse sich ändern, indem Federn mit unterschiedlichen Rückholkräften eingesetzt oder die Geometrie der starren Elemente variiert wird." Die Forscher haben mathematische Modellierung und reale Demonstrationen genutzt, um die Formveränderungsfähigkeit des Bauteils zu zeigen. Das Team hat verdeutlicht, dass sich Zellen aus vorgespanntem Material krümmen und sich zu einer Helix verdrehen können.



(Ende)
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