Schwingungen optimieren

Makroskopische Realisierung eines programmierbaren Materials zur Funktionsdemonstration im Labor
Ursula Raapke / Fraunhofer LBF

Programmierbare Materialien sind die Zukunft der Werkstoffe

Sie haben das Potential, einen Paradigmenwechsel im Umgang mit Materialien einzuleiten: Werkstoffe, deren Struktur so aufgebaut ist, dass sich ihre Eigenschaften gezielt kontrollieren und reversibel ändern lassen. Das Fraunhofer-Forschungscluster Programmierbare Materialien, an dem auch ein Team des Fraunhofer LBF beteiligt ist, entwickelt diese innovativen Werkstoffe. Sie ersetzen technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes Material. Damit lassen sich komplexe und lokal unterschiedliche Effekte implementieren, die völlig neuartige Bauteilfunktionen erlauben. Das Spektrum der denkbaren Anwendungsmöglichkeiten ist enorm.

Ziel des Fraunhofer LBF ist es, dieses innovative Thema mit Unterstützung der Industrie weiter vorantreiben. Mehr Informationen gibt der virtuelle Workshop »Programmierbare Dämpfung« am 17. November 2020.

Nach der Vision der Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher liegt die Zukunft der Werkstoffe in der Verbindung von Logik und Material, wie Dr. William Kaal, der als Gruppenleiter am Fraunhofer LBF an dieser innovativen Technologie forscht, erläutert: »Funktionalitäten werden direkt in die Struktur des Materials einprogrammiert und ersetzen so komplette Systeme inklusive Sensoren, Aktoren und Energieversorgung. Damit eröffnet sich ein einzigartiges Potential für neue Systemlösungen.« Aktuell werden im Forschungscluster wissenschaftliche Grundlagen gelegt und gemeinsam mit der Industrie Anwendungspotentiale identifiziert. »Gerade durch den intensiven Kontakt zu zahlreichen Industriepartnern mit Bezug zu dynamischen Fragestellungen kann das Fraunhofer LBF hier einen wertvollen Beitrag leisten«, so Dr. Kaal.

Programmierbare Dämpfung

Für viele Anwendungen werden frequenz- oder situationsabhängige Dämpfungen benötigt, die aktuell entweder durch fest eingestellte, passive Maßnahmen oder durch aufwändige aktive Systeme realisiert werden. Im Rahmen des Forschungsclusters erforschen die Beteiligten daher Ansätze für programmierbare Materialien, deren dynamische Dämpfungseigenschaften sich je nach Situation selbständig reversibel ändern. Die Möglichkeiten sind laut Dr. Kaal zahlreich: »Es sind Materialien denkbar, die im Normalfall steif sind, aber im Falle eines schlagartigen Aufpralls mit hohen Beschleunigungen weich und stark dämpfend werden, um beispielsweise sensible Elektronik zu schützen. Oder es lassen sich Materialien entwerfen, deren Dämpfungsverhalten von der aktuellen Dehnung abhängig ist, und die somit, je nach Betriebssituationen, eine optimale Dynamik aufweisen.« Schließlich lassen sich auch Materialien designen, deren temperaturabhängiges Dämpfungsverhalten denen konventioneller Materialien wie Elastomeren entgegengerichtet ist.

Design und Erprobung von Einheitszellen

Ähnlich wie Organe des menschlichen Körpers aus funktionellen Einheiten von Zellen bestehen, lassen sich auch programmierbare Materialien aus Einheitszellen aufbauen. Deren Funktionalität, beispielsweise die beschleunigungs-, dehnungs- oder temperaturabhängige Dämpfung, beruht auf mikromechanischen Effekten. Dabei werden beispielsweise innere Strömungsquerschnitte mechanisch variiert und damit das Dämpfungsverhalten eingestellt. Das Fraunhofer LBF gestaltet diese funktionalisierten Einheitszellen für serientaugliche, programmierbare Materialien. Darüber hinaus werden gemeinsam mit anderen Fraunhofer-Instituten Fertigungsverfahren zur Realisierung der Einheitszellenverbünde auf verschiedenen Größenskalen entwickelt, um perspektivisch eine serientaugliche Marktfähigkeit zu garantieren.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr.-Ing. William Kaal, william.kaal@lbf.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.lbf.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/programmierbare-materialien.html
Informationen und Anmeldung zum virtuellen Workshop »Programmierbare Dämpfung« am 17. November 2020

Media Contact

Anke Zeidler-Finsel Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreib Kommentar

Neueste Beiträge

Durch maschinelles Lernen Stoffklassen erkennen

Bioinformatiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben gemeinsam mit Kollegen aus Finnland und den USA eine weltweit einmalige Methode entwickelt, bei der alle Metaboliten in einer Probe berücksichtigt werden können und sich…

Fingerkuppen-Sensor mit Feingefühl

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Tokyo haben einen ultradünnen Mess-Sensor entwickelt, der wie eine zweite Haut auf der Fingerkuppe getragen werden kann. Dadurch bleibt…

Harzer Stausee drohen italienische Wassertemperaturen

Die Rappbodetalsperre im Harz ist die größte Trinkwassertalsperre in Deutschland und beliefert rund 1 Mio. Menschen mit Trinkwasser. Der Klimawandel könnte nun dafür sorgen, dass die Wassertemperaturen in dem Stausee…

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close