3D-Bauteile mit integrierter Logik hergestellt

Künstliche Venusfliegenfalle dient Forschern als Vorbild.

Bild: seas.upenn.edu

Forschern der University of Pennsylvania's School of Engineering and Applied Science haben per 3D-Druck Bauteile mit integrierter Logik hergestellt. Sie nutzten hierzu Kunststoffe, die auf Veränderungen in der Umwelt reagieren. Aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie ihrer Geometrie können diese Bauteile auf unterschiedliche Umwelteinflüsse unterschiedlich reagieren - und das ganz ohne Motor, Mikroelektronik und Energieversorgung.

Venusfliegenfalle als Vorbild

Das Vorbild fanden Jordan Raney, Assistenzprofessor für angewandte Mechanik, und sein Team in der Natur. Die Venusfliegenfalle, eine fleischfressende Pflanze, verharrt regungslos mit geöffnetem Schlund, bis ein Insekt sich hineinverirrt. Dann schnappt sie blitzschnell zu und öffnet ihn erst wieder, wenn die Beute verdaut ist. Die künstliche Falle reagiert auf Feuchtigkeit. Sie schnappt blitzschnell zu, wenn ihr ein Gegenstand in den Schlund geworfen wird.

Raneys Labor arbeitet mit Strukturen, die wegen ihrer Geometrie bistabil sind, also zwei Zustände einnehmen können. Außerdem mit Werkstoffen, die auf Umwelteinflüsse reagieren. In der künstlichen Falle haben er und sein Team beides vereint. Es begann mit Gittern aus Silizium. Wenn man sie zusammendrückt, verharren sie in dieser Form. Der Druck, der sie plättete, wird in Form von Energie gespeichert. Es genügt eine kleine Anregung, um das Gitter in den Ausgangszustand zurückzuversetzen.

Einsatzmöglichkeit Mikrofluidik

Laut Raney gibt es viele Werkstoffe, die sich ausdehnen, wenn sie beispielsweise mit Wasser in Berührung kommen. Als Aktoren sind sie dennoch nicht zu gebrauchen, weil die Form sich in alle Richtungen ändert. Aus diesem Grund versetzte sein Team das Kunststoffmaterial mit Glas- oder Zellulosefasern. Sie sorgen dafür, dass sich das Material in eine einzige Richtung ausdehnt, wenn entsprechende Umweltbedingungen herrschen.

Eine Einsatzmöglichkeit sei die Mikrofluidik. Dabei werden Flüssigkeiten durch winzige Kanäle geschickt, um sie in ihre Bestandteile zu zerlegen oder zu vermischen. Winzige Ventile steuern diese Flüssigkeiten. "Wir könnten ein Ventil herstellen, dass sich schließt, wenn die ankommende Flüssigkeit verunreinigt ist", sagt Raney. Die Technik ließen sich auch für Sensoren in abgelegenen Gebieten wie Wüsten oder dem ewigen Eis einsetzen. Sie brauchten jahrelang keine Wartung. Erst wenn ein bestimmtes Umweltereignis eintritt, würden sie reagieren.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens