Faltbare Graphenfolie: Forschende entwickeln „animiertes Origami“-Material

Ein Forschungsteam der McGill University hat ultradünne Materialien entwickelt, die sich programmierbar bewegen, falten und umformen lassen – ähnlich wie animiertes Origami. Damit rückt eine neue Generation weicher, anpassungsfähiger Robotik näher.

Programmierbares Material für weiche Robotik

Die neu entwickelten Folien bestehen aus Graphenoxid und sind so konstruiert, dass sie sich gezielt verformen können. Sie lassen sich wie Origami-Strukturen programmieren, um definierte Bewegungsabläufe auszuführen oder ihre Form zu ändern. Ziel ist es, weichere, sicherere und anpassungsfähigere Roboter zu ermöglichen, die in sensiblen Bereichen eingesetzt werden können.

Denkbare Anwendungen reichen von medizinischen Instrumenten, die sich schonend im Körper bewegen, über tragbare Geräte, die sich direkt auf der Haut verformen, bis hin zu intelligenter Verpackung, die auf ihre Umgebung reagiert. Zwei zusammenhängende Studien zeigen, wie sich diese Materialien industriell herstellen, auf bestimmte Formänderungen programmieren und anschließend gezielt steuern lassen. Die Aktivierung erfolgt entweder durch Luftfeuchtigkeit oder über Magnetfelder.

Graphenoxid-Folien mit neuer Robustheit

Nach Angaben des Forschungsteams galten Graphenoxid-Folien bisher zwar als vielversprechend für weiche Roboter und adaptive Aktoren, ihre praktische Nutzung blieb jedoch eingeschränkt. Grund dafür waren ihre Sprödigkeit, die schwierige Herstellung in großem Maßstab und die begrenzte Fähigkeit zu komplexen oder programmierbaren Bewegungen. Ein Aktor wandelt Energie in Bewegung um und erzeugt so kontrollierte Funktionalität.

Die Forschenden entwickelten nun Graphenoxid-Folien, die gleichzeitig stabil und flexibel sind. Damit eignen sie sich besonders für den Einsatz in weichen Robotern, die leicht, sicher im Umgang mit Menschen und zu komplexen Bewegungen ohne schwere Motoren oder starre Bauteile fähig sein müssen. Mit diesen Folien entstanden Strukturen, die auf alltägliche Umweltbedingungen reagieren können.

Im ersten Teil der Untersuchung wurde eine origamiähnliche Struktur vorgestellt, die sich bei Feuchtigkeit öffnet und beim Trocknen wieder schließt. Im zweiten Teil kombinierten die Forschenden vergleichbare Formen mit winzigen Magnetpartikeln. Diese lassen sich aus der Ferne allein mit einem Magneten steuern, ganz ohne Kabel oder Batterien.

Gleichzeitig Aktor und Sensor

Die leitfähigen Eigenschaften der Graphenoxid-Schicht ändern sich, wenn sich das Material verbiegt. Dadurch können die gefalteten Strukturen ihre eigene Bewegung erfassen. Die Folien fungieren somit zugleich als Aktoren, die sich bewegen, und als Sensoren, die diese Bewegung messen.

Laut dem Forschungsteam ermöglichen diese Fortschritte robuste, rekonfigurierbare und multifunktionale Graphenoxid-Metamaterialien. Sie sind zu komplexen Bewegungen, nutzerdefinierten Formänderungen, integrierter Sensorik und Echtzeit-Rückmeldung fähig. Die Forschenden bezeichnen dies als Auftakt für eine neue Klasse rekonfigurierbarer „Sensor-Aktor“-Metamaterialien.

Via: https://www.electronicsweekly.com
Titelbild KI (Zur Illustration)

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