Navigationsbereich


Hightech-Strategie

Intelligente Werkstoffe - regeln ohne Regler

Intelligente Werkstoffe sind die Werkstoffe der Zukunft. Während schaltbare Werkstoffe, aktiv von außen mittels Sensorik und Steuerung angepasst werden müssen, übernehmen innovative intelligente Werkstoffe diesen Vorgang selbst. Sie reagieren auf ihre Umwelt mit einer Eigenschaftsänderung und sind so in der Lage, Schalt- oder Regelvorgänge in technischen Anlagen direkt auszulösen.

Intelligente Werkstoffe sind ausgesprochen vielfältig. Von Piezo-Keramiken über Formgedächtnislegierungen bis hin zu intelligenten Flüssigkeiten wie elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluiden bieten sie Produktentwicklern ein reichhaltiges Spektrum an Verwendungsmöglichkeiten. Der Clou ist dabei die Wandlungsfähigkeit der jeweiligen Stoffe, ohne dass es einer externen Steuerung bedarf. Die Steuerung übernimmt der Stoff selbst, was in vielen Bereichen zu innovativen Neuerungen führt.

Eine vielfältige Verwendung finden intelligente Werkstoffe beispielsweise in der Medizin. Stents sind kleine Gittergerüste aus Metall, die in Gefäße implantiert werden, um diese nach außen abstützen und eine Verstopfung oder einen Verschluss zu verhindern. Hiervon profitieren vor allem Patienten, deren Herzkranzgefäße verengt oder verschlossen sind. Die Stents der Zukunft bestehen aus intelligenten Stoffen: Sie werden durch einen minimalen Eingriff direkt in die Ader injiziert und nehmen am betroffenen Gefäß selbstständig die gewünschte Form an, die das Gefäß weitet und die Blutzirkulation verbessert. Ausgelöst wird diese Wandlung durch die Körpertemperatur. Der Vorteil für die Patienten ist die Möglichkeit, eine komplizierte und belastende Operation durch einen kleinen Eingriff zu ersetzen, der die gleiche Wirkung erzielt.

Ähnliche Vorteile bietet auch die Entwicklung von fadenförmigen intelligenten Polymeren, die in der Chirurgie beim Nähen von Wunden eingesetzt werden können. Durch die Körpertemperatur kräuselt sich der Stoff, was ein aufwendiges Vernähen des Fadens überflüssig macht und den Eingriff minimiert. Zudem kann der Stoff durch den Körper abgebaut werden, ein erneuter Eingriff ist nicht nötig.

Gänzlich anders aber ebenfalls sehr innovativ sind die Einsatzmöglichkeiten von Piezo-Keramiken. Mit ihrer Hilfe können nicht ans Stromnetz angebundene und damit frei platzierbare Lichtschalter entwickelt werden. Diese Schalter steuern über ein Funksignal das Ein- und Ausschalten des Lichtes. Der für die Erzeugung des Funksignals notwendige Strom wird dabei durch den Druck auf die Keramik induziert.

Intelligente Flüssigkeiten helfen bereits heute bei der Schwingungsdämpfung und werden etwa im Fahrzeugbau eingesetzt. Ihre Weiterentwicklung könnte zukünftig zum selbstheilenden Werkstoff führen, in dem sich eine Mikrokapsel mit diesen intelligenten Flüssigkeiten befindet und der entstandene Risse mit ihrer Hilfe wieder schließt. Ebenfalls denkbar ist ihre Verwendung in biomimetisch adaptierten, also der Natur nachgeahmten, Systemen: „Morphing Wings“ eine die Bezeichnung für Flugzeug-Tragflächen der Zukunft, die ihre Form wie Vögel aerodynamisch optimieren können.

Diese und andere innovative Konzepte sind nur durch die Entwicklung intelligenter Werkstoffe möglich. Sie sind die Grundlage für die Produkte von morgen.

  • Hightech-Strategie

    Kunststoffe mit Memory-Effekt. Diese Werkstoffe erinnern sich an ihre Form.

    Fäden, die sich selbst verknoten, Spiralen, die sich an ihre ursprüngliche, gestreckte Form erinnern. Im Institut für Polymerforschung des GKSS Forschungszentrums in Teltow entwickelt das Team um Prof. Andreas Lendlein „Gedächnis-Kunststoffe“, die nach einer Verformung zum vorher eingestellten Ausgangszustand zurückkehren. Hierzu brauchen sie nur Wärme oder Licht als Auslöser. Die intelligenten Werkstoffe eröffnen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik. Das BMBF unterstützt die Forschungen an den intelligenten Formgedächtnispolymeren im Rahmen des BioFuture Preises, den Professor Lendlein 1998 gewann.
     weiterlesen: Kunststoffe mit Memory-Effekt. Diese Werkstoffe erinnern sich an ihre Form.
    (URL: http://www.bmbf.de/de/4750.php)

Zusatzinformationen

 

© 2014 Bundesministerium für Bildung und Forschung