LCE, das 3D-Material, das von selbst seine Form ändert

Forscher der Oregon State University unter der Leitung von Devin Roach haben eine 3D-Druckmethode für Materialien entwickelt, die ihre Form verändern können. Diese Materialien, die als flüssigkristalline Elastomere (liquid crystalline elastomers, LCE) bezeichnet werden, sind so programmiert, dass sie bereits beim Drucken die Bewegungen von Muskeln nachahmen. Dieser Durchbruch verspricht, wichtige Bereiche wie die Medizin, Robotik und Energietechnologie zu verändern.
LCEs sind Polymere, deren Molekularstruktur es ihnen ermöglicht, auf äußere Reize, wie z. B. Wärme, zu reagieren, indem sie bestimmte Formen annehmen. Diese Eigenschaft eröffnet neue Möglichkeiten, wie z. B. die Entwicklung von Geräten, die Wärmeenergie in mechanische Energie umwandeln können. So könnte ein aus LCE hergestelltes System beispielsweise Sonnenenergie nutzen, um sie in mechanische Energie umzuwandeln, die gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden kann. Auch in der Robotik bieten diese Materialien Chancen, indem sie die Entwicklung flexibler und anpassungsfähiger Maschinen ermöglichen, die sich in feindlichen oder für Menschen schwer zugänglichen Umgebungen bewegen können.
Laut Devin Roach fungieren LCEs als „flexible Motoren“, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für implantierbare medizinische Geräte macht. So könnten sie zur Entwicklung von Stents verwendet werden, die sich in Echtzeit an den Körper anpassen, oder zur Schaffung von Harnröhrenimplantaten, die Probleme wie Inkontinenz behandeln können. Ihre Kompatibilität mit menschlichem Gewebe und ihre Flexibilität eröffnen neue Möglichkeiten, die Behandlung vieler Krankheiten zu verbessern, betont der Forscher.
Die Entwicklung von LCEs war mit einigen technischen Herausforderungen verbunden, die Roachs Team durch die Zusammenarbeit mit Institutionen wie Harvard und den nationalen Laboratorien Sandia und Lawrence Livermore bewältigte. Gemeinsam entwickelten sie eine Technik, die ein Magnetfeld und die DLP-Technologie nutzt, um die Moleküle dieser Elastomere auszurichten. Dieser Ansatz ermöglicht es, komplexe Objekte Schicht für Schicht mit hoher Präzision zu erstellen und Strukturen zu erhalten, die ihre Form als Reaktion auf spezifische Stimuli verändern können.
Das Team erforschte auch die Anwendung von LCE in der Schwingungsdämpfung, einer wichtigen Technologie zur Dämpfung von Schwingungen in Systemen wie Brücken, Fahrzeugen und Gebäuden. Mithilfe einer 3D-Drucktechnik stellten die Forscher Geräte her, die Energie effizient ableiten können, und veranschaulichten so die Vielseitigkeit von LCE in verschiedenen Bereichen.
Die von Roach und seinem Team durchgeführten Forschungsarbeiten, die von der National Science Foundation und dem Office of Scientific Research der US Air Force finanziert wurden, ebnen den Weg in eine Zukunft, in der intelligente Materialien für die Technologien von morgen von entscheidender Bedeutung sind.
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*Bildnachweise: Oregon State University