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"Transformers": Platte faltet sich nach fixem Zeitplan zu 3D-Objekt

23.01.2020

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 03/2020 und nicht zwingend tagesaktuell

In der Filmserie "Transformers" verwandeln Maschinenwesen durch Faltungen ihre Form. Ähnliches gelingt Forschern des IST Austria mit speziell gestalteten flachen Strukturen aus dem 3D-Drucker. Diese krümmen sich in einer vordefinierten Choreografie in eine bestimmte Form. Ihre Methode des selbstständigen zeitlichen "Morphens" stellten sie im Fachjournal "Nature Communications" vor.

Bereits vor zwei Jahren hat Ruslan Guseinov von der Gruppe Computergrafik und Digitale Fabrikation des Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg sogenannte "CurveUps" entwickelt. Dabei handelt es sich um kleine trapezförmige Plättchen zwischen zwei vorgedehnten Schichten aus Latex. Löst sich die Spannung, zieht das Latex die Plättchen zu einer dreidimensionalen Struktur zusammen, das Design der Plättchen sorgt für ihre nötige Orientierung im Raum.

Nun ist Guseinov einen Schritt weitergegangen und hat gemeinsam mit Bernd Bickel vom IST und Kollegen in den USA und Spanien den Faktor Zeit in den Prozess miteinbezogen. In ihrer Publikation demonstrierten die Wissenschafter das neue Konzept anhand von Objekten unterschiedlicher Komplexitätsstufen. Beispielsweise konstruierten sie eine zunächst völlig flache Blume, deren Blütenblätter sich in einem 56 Grad Celsius warmen Wasserbad in einer vordefinierten Reihenfolge auffalten - und zwar so, dass sie sich dabei nicht im Weg sind. Sobald das Objekt aus dem Wasser genommen wird und trocknet, versteift es sich irreversibel.

Faltmechanismus entwickelt

Was relativ einfach klingt, bedarf umfangreicher Vorarbeiten. Die Wissenschafter mussten einen Mechanismus entwickeln, der sowohl die Geometrie als auch die Zeit berücksichtigt. Zudem schufen sie ein Computermodell, um diese Informationen über Zeit und Geometrie für ein bestimmtes Objekt auf die auszudruckende Struktur überträgt.

Ergebnis sind flache Gitter, die im 3D-Drucker hergestellt und an einer vorgedehnten Membran befestigt werden. Diese Membran steuert den Verformungsprozess. Um die Faltungen in einer zeitlichen Abfolge ablaufen zu lassen, werden unterschiedlich starke Klammern genutzt, die die einzelnen Gitter-Zellen verbinden. Je dicker eine Klammer ist, desto langsamer faltet sie sich, wenn das Material dem warmen Wasserbad ausgesetzt wird. Je nach Dicke der Klammern dauert der Faltprozess 30 bis 80 Sekunden.

Die Wissenschafter präsentierten das neue Konzept nicht nur in Form einer Blume, sondern auch anhand komplexerer Strukturen, etwa eines doppelt gekrümmten Objekts, einer Doppelspirale und einer selbstverwebenden Form. Für Guseinov ist das Konzept "ein bedeutender Schritt in Richtung Industriedesign von Produkten, die sich bei Bedarf selbstständig zusammensetzen können".

Service: Internet - Video mit Beispiel: https://youtu.be/WPPmu5RUXkU; Publikation: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-14015-2

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