Intelligente Werkstoffe - regeln ohne Regler

Intelligente Werkstoffe stellen eine Klasse von Werkstoffen dar, welche sich aus schaltbaren Werkstoffen entwickelt haben. Bei schaltbaren Werkstoffen muss der Werkstoff von außen mittels Sensorik und Steuerung angepasst werden; bei intelligenten Werkstoffen sind diese Funktionen bereits in den Werkstoff integriert. Beispiele für diese Werkstoffe sind:

• Piezoelektrische Keramiken
• Formgedächtnislegierungen
• Formgedächtnispolymere
• Magnetostriktive Werkstoffe
• Magnetorheologische Fluide
• Elektrorheologische Fluide
• Elektroaktive oder fotoaktive Polymere

Die Anwendungen dazu sind sehr vielfältig. Beispielsweise können im Gesundheitsbereich aus Formgedächtnislegierungen hergestellte Stents mittels eines kleinen chirurgischen Eingriffs direkt in die Ader injiziert werden. Durch die Körpertemperatur schalten die Stents dann automatisch auf eine Form mit größerem Durchmesser und drücken so die Ader auseinander, damit das Blut wieder ungehindert zirkulieren kann. Ein weiteres Beispiel in diesem Bereich sind fadenförmige intelligente Polymere, welche sich beim Nähen einer Wunde durch die Körpertemperatur kräuseln. Dadurch entfällt ein aufwendiges Vernähen des Fadens, was eine Minimierung des chirurgischen Eingriffs erlaubt. Zudem kann das Polymer durch den Körper abgebaut werden, so dass ein erneuter Eingriff nicht notwendig ist. Auf einen ganz anderen Bereich zielen die Piezokeramiken: Sie werden einerseits bereits für Schwingungsdämpfungen (beispielsweise im Tennisschläger oder im Carving-Ski), andererseits zur Stromerzeugung in frei platzierbaren Lichtschaltern eingesetzt. Diese Lichtschalter steuern über ein Funksignal das Ein- bzw. Ausschalten des Lichtes. Der Strom zur Erzeugung des Funksignals wird ausschließlich durch Druck auf die PZT-Keramik induziert.

Zur Schwingungsdämpfung werden aber auch andere Materialien wie magneto- bzw. elektrorheologische Flüssigkeiten (Flüssigkeiten, welche durch Anlegen eines magnetischen oder elektrischen Feldes in ihrer Viskosität variiert und sogar verfestigt werden können) eingesetzt. Eine Anwendung hierzu ist ein schaltbares Motorlager, welches den Motor von der Karosserie weitgehend schwingungstechnisch abkoppeln und damit Karosserie-Schwingungen dämpfen soll. Eine Weiterentwicklung dieses Werkstoffbereiches könnten zukünftig selbstheilende Werkstoffe (Werkstoffe mit Mikrokapsel, welche bei einem Riss diesen selbstständig verschließen können) oder biomimetisch adaptierte Systeme darstellen, wie sie für die "morphing wings" (Tragflächen von Flugzeugen, welche die Flügelbewegungen von Vögeln nachahmen können) angedacht sind.