Wissenschaftler der Princeton University haben ein Metamaterial entwickelt, das sich über ein externes Magnetfeld ausdehnen, seine Form verändern und bewegen lässt. Die Eigenschaften des Materials basieren nicht auf einer chemischen Zusammensetzung, sondern auf seiner physikalischen Struktur.
Das von den Princeton-Forschern Metabot genannte Material ist eine Mischung aus Material und Roboter. Es besteht aus Basiskunststoffen und speziell entwickelten magnetischen Verbundstoffen, ist also kein Material, das seine Eigenschaften aus seiner chemischen Zusammensetzung entfaltet. Vielmehr handelt es sich um einen Materialverbund verschiedener Stoffe. Metabot ist damit ein modulares Konglomerat aus vielen rekonfigurierbaren Einheitszellen, die Spiegelbilder voneinander sind. Diese Spiegelung, die Chiralität genannt wird, ermöglicht verschiedene Verhaltensweisen. Eine davon besteht darin, dass das Material über ein externes Magnetfeld ferngesteuert bewegt werden kann und seine Form verändert, schreiben die Forscher in der Studie "Modular chiral origami metamaterials", die in Nature erschienen ist.
Metabots
Die Wissenschaftler bauten aus dem Material eine zylinderförmige Struktur auf Grundlage der japanischen Faltkunst Origami. Dabei wurden zwei gegensätzlich verdrehbare Röhren, sogenannte Kresling-Muster, zu einem Zylinder miteinander verbunden. Durch die Anlage eines externen Magnetfelds konnte die Struktur so verändert werden, dass sie sich ausdehnt, schrumpft und in verschiedene Richtungen bewegen lässt. Letzteres ist besonders hervorzuheben, denn die Technik ist den Forschern nach dazu geeignet, Drehmomente ferngesteuert, sofort und präzise aus der Ferne zu übertragen.
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Die Forscher entwickelten weitere Metabots, um verschiedene Anwendungsfälle testen zu können. So wurde mit einer Laserlithografie-Maschine ein Metabot erstellt, der lediglich 100 µm groß ist. Das ist nur wenig dicker als ein menschliches Haar. Damit könnten etwa Medikamente über ein externes Magnetfeld gesteuert zielgenau in menschlichen Körpern platziert werden.
Die Princeton-Wissenschaftler nutzten das Metamaterial außerdem dazu, einen Wärmeregler zu entwickeln. Der Wärmeregler ist in der Lage, zwischen einer lichtabsorbierenden dunklen und einer reflektierenden Oberfläche zu wechseln. In einem Versuch setzten die Forscher das Metamaterial dem Sonnenlicht aus. Dabei konnte die Oberflächentemperatur des Materials allein durch den Wechsel von 27 °C auf 70 °C und umgekehrt reguliert werden.
Die Forscher sehen ein großes Anwendungsfeld für das Metamaterial. So könnte es in der Zukunft möglicherweise dazu eingesetzt werden, physikalische Strukturen zu entwickeln, die die Leistung von Logikgattern aus Transistoren in einem Computer nachahmen.
(olb)
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