Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das "klügere" Material gibt nach

11.03.2010
Dank nachgiebiger Systeme wollen Empa-Forscher einst Flugzeugflügel konstruieren, die sich je nach Strömungswiderstand laufend verformen und ohne starre Klappen und Ruder auskommen. Industrieunternehmen aus unterschiedlichen Branchen interessieren sich für derartige "smarte" Systeme, weil sie damit wartungsarme - und erst noch günstige - Produkte wie Medizinalwerkzeuge und Robotergreifarme herstellen können.

Wer den Airbus-Superjumbo A380 Ende Januar in Zürich erstmals starten sah, weiss: Elegant ist anders. Scheinbar schwerelos hebt dagegen etwa ein Kranich ab. Und zwar nicht nur, weil er so leicht ist; er setzt sein "Material" auch anders ein: Um zu steuern, verändert er ständig die Geometrie seiner Flügel.

Flavio Campanile, Leiter einer Forschungsgruppe in der Empa-Abteilung "Mechanics for Modelling and Simulation" ist überzeugt, dass sich auch Flugzeuge anmutiger und vor allem ökonomischer bewegen könnten: "Irgendwann lassen sich Flügel ohne Ruder, Klappen und Tausende von Einzelteilen konstruieren. Sie bestehen dann prinzipiell nur noch aus einem einzigen Teil, das sich laufend verformt." Biomimetische - also der Natur nachempfundene - Flügel passen sich der Luftströmung perfekt an, sind energieeffizient und leicht.

Um seine Ideen zu verwirklichen, entwickelt Ingenieur Campanile an der Empa und an der ETH so genannte nachgiebige Systeme (engl. "compliant systems"). Zuerst als "Einzelkämpfer", mittlerweile mit einer Gruppe von zwölf Mitarbeitern. Doch nicht allein das Fliegen beschäftigt den Forscher; er will mit den "compliant systems" handfeste Probleme der Industrie lösen helfen. "Überall, wo Maschinen eingesetzt werden, lässt sich mit nachgiebigen Strukturen etwas verbessern", ist Campanile überzeugt. Um die Industrie für nachgiebige Systeme zu begeistern, wurde er drei Jahre lang von der Gebert Rüf Stiftung finanziell unterstützt.

Lösungen für die Industrie

Campanile gelang es inzwischen, diverse Industriepartner aus Medizinaltechnik und Robotik vom Vorteil der innovativen Materialsysteme zu überzeugen. Er entwickelte mit ihnen verschiedene Lösungen für Instrumente und Werkzeuge, die "aus einem Guss" sind und damit konventionelle Werkzeuge mit Gelenken und Scharnieren übertreffen. Denn diese müssen aufwändig zusammengesetzt und dann kostspielig gewartet werden.

Nachgiebige Systeme aus Materialien wie Kunststoff, Metall und Faserverbundwerkstoffe sind so konstruiert, dass sie Kraft ohne Gelenke übertragen. Sie verformen sich nicht, weil starre Elemente aufeinander gleiten oder rollen, sondern weil sich das Material elastisch verformt. Dadurch verschleissen die Instrumente weniger.

Ein von Campaniles Team entwickelter Robotergreifarm besteht nur noch aus drei anstatt 32 Teilen, er ist 60 Prozent leichter als ein traditioneller Greifarm und kostet an die 98 Prozent weniger in der Produktion. "Diese Zahlen müssten auch Autobauer und Bauingenieure aufhorchen lassen, die bis jetzt kaum nachgiebige Strukturen verwenden", so Campanile.

Erfolge und weitere Schritte

Sehr erfolgreich angewandt hat Michael Sauter die neuartige Technologie. Campaniles Mitarbeiter zeigte in einer Machbarkeitsstudie, wie ein Pflegebett bettlägerige Personen vor dem Wundliegen schützt. Die Idee wurde bereits mehrfach ausgezeichnet. Sauter sorgt nun in seinem Empa-Spin-off compliant concept GmbH dafür, dass das Pflegebett bald auf den Markt kommt.

Flavio Campanile selber will weiterforschen: "Designer und Hersteller erwarten sehr viel, die Lösungen sind oft sehr komplex", erklärt er. Momentan promovieren zwei seiner Mitarbeiter am Zentrum für Strukturtechnologie der ETH Zürich bei Professor Paolo Ermanni. Der eine sucht nach Wegen, wie sich Nachgiebigkeit und Leichtbau miteinander verbinden lassen; der andere entwickelt "aktive aeroelastische" Flügel, die sich in ihrer Form der Luftströmung anpassen und dazu (fast) keine externe Energie mehr benötigen.

Weitere Informationen:
Dr. Flavio Campanile, Mechanics for Modelling and Simulation, Tel. +41 44 823 57 03, flavio.campanile@empa.ch
Redaktion / Medienkontakt:
Martina Peter, Kommunikation, Tel. +41 44 823 49 87, redaktion@empa.ch

Martina Peter | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch/plugin/template/empa/3/93103/---/l=1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum
07.12.2016 | Technische Universität Graz

nachricht Bioabbaubare Polymer-Beschichtung für Implantate
06.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie