07.05.2018

Motor und Speicher aus einem Guss

Winziger Polymermotor wird über eine thermische Ausdehnung angetrieben.

Einen Motor und Energie­speicher zu bauen, der lediglich aus einer Komponente besteht, ist Physikern und Material­wissenschaftlern der Univer­sitäten Heidelberg und Strasbourg gelungen. Dafür nutzten sie eine elastische Polymer­faser, die zu einem Ring geformt und mithilfe einer äußeren Energie­zufuhr zum Rotieren gebracht wurde. Von diesem Mecha­nismus erhoffen sich die Wissen­schaftler neue Impulse zur Entwicklung intel­ligenter Werkstoffe mit fest defi­nierten Funktionen.

Abb.: Ein wenige Zentimeter großer Silikonring dreht sich über thermische Ausdehnung angetrieben auf einer beheizten Teflonplatte. (Bild: F. Ziebert)

„Unser Ansatz ist minima­listisch. Wir setzen nicht auf komplexe High-Tech-Materialien, sondern fragen uns, auf welche Weise die Geometrie und Topo­logie eines Material­stücks eine intel­ligente Funktion, etwa eine Dreh­bewegung, verur­sachen kann. So ist unser „wheel within“ entstanden“, sagt Falko Ziebert vom Institut für Theo­retische Physik der Univer­sität Heidelberg, der gemeinsam mit Igor Kuli vom Institut Charles Sadron der Univer­sität Strasbourg die Forschungs­arbeiten geleitet hat. Im Gegensatz zum klas­sischen starren Rad, das um eine feste Achse läuft, bildet sich bei diesem einge­betteten Rad eine elastische Verformungs­welle aus, die sich im Material bewegt.

„Der Antrieb erfolgt durch einfaches Heizen, das eine ther­mische Aus­dehnung des Materials bewirkt, ganz ähnlich wie bei der ther­mischen Konvektions­strömung in unserer Atmosphäre, die Wetter und Klima mitbe­stimmt. Das Drehmoment kommt dabei durch die Wechsel­wirkung dieser ther­ischen Defor­mation mit der vorge­gebenen Defor­mation der Ring­geometrie zustande“, erläuter Ziebert.

Mit dem „wheel within“ haben die Wissen­schaftler ein sehr einfaches Prinzip entdeckt, um poly­mere Materialien, wie etwa einen Nylon­faden oder ein Gummiband, spontan in Bewegung zu setzen. Es bildet die Grundlage für weiter­führende Forschungen. „Derzeit spielen wir noch mit verschie­denen Geometrien, Mate­rialien und anderen Formen des Energie­flusses durch das System“, sagt Kuli. Eine Vision ist dabei die Ent­wicklung neuer technischer Geräte mit robusten, selbst-bewegten Elementen, beispiels­weise in Form künst­licher Muskeln.

U. Heidelberg / JOL

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