Ein neues intelligentes Material, das von Forschern der University of Waterloo entwickelt wurde, wird sowohl durch Wärme als auch durch Strom aktiviert und reagiert damit als erstes überhaupt auf zwei verschiedene Reize.
Das einzigartige Design ebnet den Weg für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, darunter Kleidung, die im Winter auf dem Weg vom Auto ins Büro wärmt, und Stoßstangen, die nach einem Aufprall wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
Das programmierbare Gewebe, das kostengünstig aus Polymer-Nanokompositfasern aus recyceltem Kunststoff hergestellt wird, kann seine Farbe und Form ändern, wenn Reize angewendet werden.
„Allein als tragbares Material hat es ein fast unendliches Potenzial für KI, Robotik und Virtual-Reality-Spiele und -Erlebnisse“, sagte Dr. Milad Kamkar, Professor für Chemieingenieurwesen in Waterloo. „Stellen Sie sich vor, Wärme oder einen physischen Auslöser zu spüren, der ein tieferes Abenteuer in der virtuellen Welt hervorruft.“
Das neuartige Stoffdesign ist ein Produkt der glücklichen Vereinigung weicher und harter Materialien, die eine Kombination aus hochtechnologischen Polymerverbundstoffen und Edelstahl in einer gewebten Struktur aufweisen.
Die Forscher haben ein Gerät entwickelt, das einem traditionellen Webstuhl ähnelt, um den intelligenten Stoff zu weben. Das daraus resultierende Verfahren ist äußerst vielseitig und ermöglicht Designfreiheit und eine makroskopische Kontrolle der Stoffeigenschaften.
Der Stoff kann auch durch eine niedrigere Stromspannung als bisherige Systeme aktiviert werden, was ihn energieeffizienter und kostengünstiger macht. Darüber hinaus ermöglicht eine niedrigere Spannung die Integration in kleinere, tragbarere Geräte, wodurch es für den Einsatz in biomedizinischen Geräten und Umgebungssensoren geeignet ist.
„Die Idee dieser intelligenten Materialien wurde ursprünglich aus der Biomimicry-Wissenschaft gezüchtet und geboren“, sagte Kamkar, Direktor des Multi-scale Materials Design (MMD) Center in Waterloo.
„Durch die Fähigkeit, Umweltreize wie Temperatur zu erfassen und darauf zu reagieren, ist dies ein Konzeptnachweis dafür, dass unser neues Material mit der Umwelt interagieren kann, um Ökosysteme zu überwachen, ohne sie zu beschädigen.“
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, die Formgedächtnisleistung des Gewebes für Anwendungen im Bereich der Robotik zu verbessern. Ziel ist es, einen Roboter zu konstruieren, der Gewicht effektiv tragen und übertragen kann, um Aufgaben zu erledigen.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Klein.
Mehr Informationen:
Runxin Xu et al, Multi-Stimuli Dual-Responsive Intelligent Woven Structures with Local Programmability for Biomimetic Applications, Klein (2023). DOI: 10.1002/klein.202207900