Auf Knopfdruck: Programmierbare Materialien verändern Form und Eigenschaft

In alternden Gesellschaften erhöht sich auch die Zahl der bettlägerigen Personen. Neben dem Alter können dafür auch Unfälle und Krankheiten verantwortlich sein. Betroffene Personen benötigen viel Pflege. Unter anderem muss sichergestellt werden, dass sich die Patienten nicht Wundliegen. Deshalb müssen sie regelmäßig bewegt und gedreht werden. Möglicherweise könnten hier zukünftig aber Fortschritte in der Materialforschung für Abhilfe sorgen. Denn Forscher am Fraunhofer CPM arbeiten an programmierbaren Materialien, die gezielt ihre Eigenschaften anpassen können. Dies klingt auf den ersten Blick ein bisschen theoretisch, lässt sich aber am Beispiel der Matratze verdeutlichen. Hier könnten die Materialien so programmiert werden, dass sie dort, wo der Druck besonders hoch ist, weicher und elastischer werden. Dadurch würde sich der Druck auf eine größere Fläche verteilen und die Belastung für den menschlichen Körper reduziert sich. Entsteht dann erhöhter Druck an einer anderen Stelle, würde sich die Matratze erneut anpassen.

Material und Mikrostruktur sind die entscheidenden Faktoren

Der große Vorteil besteht darin, dass die Anpassung automatisch geschieht. Weder der Patient noch die Pfleger müssten dafür aktiv werden. Wie aber können Materialien entsprechend programmiert werden? Grundsätzlich stehen den Forschern hier zwei Ansatzpunkte zur Verfügung. Zum einen ist dies die Auswahl des Grundmaterials. Bei Matratzen sind dies thermoplastische Kunststoffe. Bei anderen potenziellen Anwendungen können aber beispielsweise auch Formgedächtnislegierungen verwendet werden. Der zweite Ansatzpunkt liegt in der sogenannten Mikrostruktur. Diese besteht aus vielen kleinen Zellen, die ihrerseits wiederum verschiedene Strukturelemente beinhalten. Bei den bisher genutzten Schäumen variiert die Größe dieser Zellen und Elemente mehr oder weniger zufällig. Dies muss aber nicht so sein. Vielmehr können die Forscher diese auch gezielt anordnen und so die gewünschten Reaktionen auf bestimmte Aktionen erzielen. Das Zusammenspiel aus Materialauswahl und Gruppierung der Mikrostruktur ist dann auch dafür verantwortlich, auf welchen Reiz das programmierte Material reagiert.

Nun geht es um die Umsetzung in konkreten Produkten

Dabei muss es sich keineswegs um Druck handeln. Vielmehr kann auch Wärme, Feuchte oder ein elektrisches Feld die gewünschte Reaktion auslösen. Dies zeigt schon wie vielfältig die Anwendungsmöglichkeiten für solche programmierten Materialien sind. Es handelt sich auch keineswegs mehr um reine Hirngespinste. Vielmehr ist es inzwischen kein großes Problem mehr programmierbare Materialien im Labor herzustellen. Nun geht es vor allem darum, konkrete Anwendungen zu realisieren. Die Fraunhofer-Forscher arbeiten daher mit verschiedenen Industrieunternehmen zusammen, um den Schritt in die Praxis zu realisieren. Zu Beginn stehen vor allem Anwendungen im medizinischen Bereich im Fokus. Neben speziellen Matratzen für bettlägerige Personen könnten dies beispielsweise auch besonders anpassungsfähige Einlagen und Schuhsolen sein. Später könnten dann aber auch Branchen wie die Softrobotik oder die Raumfahrt von der Forschungsarbeit profitieren. Prognosen gehen aktuell davon aus, dass sich der Anteil an programmierbaren Materialien in konkreten Produkten in den nächsten Jahren nach und nach immer weiter erhöhen wird.

Via: Fraunhofer