Magische Moleküle: Smartes Material erweckt Gegenstände zum Leben
High-Tech-Werkstoffe mit lebendigen Eigenschaften. Ein Sessel entfaltet sich binnen weniger Minuten - dank Formgedächtnis
Foto: PRViele Male ist der Brüsseler Möbeldesigner Carl de Smet in seinem Leben umgezogen. Jedes Mal nervte ihn der Ab- und Aufbau seiner Möbel maßlos. Fehlende Dübel und Schrauben, komplexe Anleitungen – er war es leid. Und ersann die denkbar bequeme Alternative. Möbel, die sich selbst zusammenlegen und wieder aufstellen.
Das Ergebnis konnten die Besucher auf der Mailänder Möbelmesse 2013 bestaunen: ein Klumpen weißen Schaumstoffs, der sich in wenigen Minuten zum Sessel entfaltete. Ganz von selbst, ohne Zutun. Der Sessel und ein Stuhl mit den gleichen, fast magisch wirkenden Fähigkeiten sollen dieses Jahr auf den Markt kommen.
Dank Formgedächtnis entfaltet sich ein Sessel binnen weniger Minuten.
Foto: Presse
Ihre Wandlungsgabe verdanken sie einer außergewöhnlichen Werkstoffgattung – Materialien mit Formgedächtnis. So wie ein Chamäleon die Farbe wechselt, können diese Werkstoffe ihre Form ändern.
De Smet nutzt einen Kunststoff, ein spezielles Polyurethan des japanischen Herstellers Mitsubishi Heavy Industries. Sobald der wärmer als 70 Grad Celsius wird, schalten die Moleküle ihre Struktur um – der Sessel klappt sich auf. Da es für die Besitzer kaum praktikabel wäre, die Möbel zum Aufbauen in die heiße Sauna zu schleppen, setzt der Belgier sie unter Strom und erwärmt so das Material.
Materialien mit Gedächtnis
Was wie die verspielte Idee eines versponnenen Künstlers wirkt, sprengt in Wahrheit die Fesseln, mit denen Designer seit Jahrhunderten kämpfen. Sie müssen sich auf eine Form festlegen und können die nachträglich nur aufwendig mithilfe von Motoren oder Hydraulik ändern.
Smarte Materialien mit Gedächtnis dagegen erlauben flexible Entwürfe, die sich an wechselnde Bedingungen anpassen – fast so wie Mensch und Tier es können: Autos und Flugzeuge werden bei hohem Tempo aerodynamischer, Gebäude ändern ihre Fassade je nach Wind und Wetter.
Zudem besitzen die Werkstoffe weitere praktische Eigenschaften: Sie sind leicht, leise, brauchen kaum Energie, und sind erstaunlich kräftig. „Bezogen auf das Volumen sind sie die stärksten Antriebe, die wir kennen, leistungsfähiger als Elektro- oder Hydraulikmotoren“, sagt Holger Kunze, Chef-Mechatroniker am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Dresden. Ein zwei Millimeter starker Formgedächtnis-Draht etwa könne mehr als 100 Kilogramm heben. Dazu schaltet das Material mehr als 100 000-mal verlässlich zwischen zwei Zuständen um, ohne zu ermüden.
1. Bankkassierer
Wann haben Sie eigentlich das letzte Mal Geld am Schalter bei einem Bankkassierer abgehoben? Richtig, das ist lange her. Mittlerweile können Überweisungen, Auszahlungen und die Abfrage des Kontostands bequem am Automaten erledigt werden. Lediglich bei komplizierten Überweisungen oder spezielle Fragen zieht es die Kunden noch zu den Bankkassierern an den Schalter.
Laut Mark Gilder von der Citibank können „mindestens 85 Prozent der Transaktionen, die am Schalter gemacht werden können, auch durch den Automaten übernommen werden.“ Und das ist noch nicht das Ende: Citibank experimentiert derzeit mit videobasierten Schaltern in Asien.
Foto: AP2. Kassierer
Wer in einem großen Supermarkt einkaufen geht, kann sie kaum übersehen: Die Selbstzahl-Schalter. Anstatt sich an der Kasse anzustellen, greifen viele Kunden schon jetzt auf die Möglichkeit der Zahlung am Automaten zurück. Selbst die Produkte aus dem Einkaufswagen einscannen und am Automaten bar oder mit der EC-Karte bezahlen. Rund 430.000 solcher Automaten sind weltweit bereits in Betrieb – mehr als das Vierfache als noch im Jahr 2008. Auch wenn Supermärkte wie Big Y und Albertson’s (USA) und auch Ikea nach Kundenbeschwerden ihre Selbstzahl-Automaten wieder zurückzogen geht der Trend doch eindeutig in Richtung elektronischer Bezahlung.
Foto: dpa3. Rezeptionist
Lange waren Rezeptionisten das "Gesicht" der Hotels und erste Anlaufstelle für die Gäste. Bald könnten auch sie durch virtuelle Arbeitskräfte ersetzt werden. In Japan wurde sogar schon mit Robotern experimentiert. Ob das den Kunden gefällt, ist jedoch eine andere Frage. Mit einem Automaten zu telefonieren, geht den meisten auf die Nerven, bei einem Roboter einzuchecken, macht ihnen Angst. Viele bevorzugen nach wie vor das persönliche Gespräch. Deswegen gute Nachricht für Rezeptionisten: Die Anzahl an Arbeitsplätzen in der Branche steigt derzeit um etwa 14 Prozent.
Foto: AP4. Telefonist
Menschen, die in einer lange Reihe vor Telefonen sitzen und Kundenanfragen bearbeiten, dieses Bild könnte bald schon der Vergangenheit angehören. Anrufbeantworter und computergenerierte Antwortprogramme ersetzen in diesem Bereich zunehmend die menschliche Arbeitskraft. Insbesondere Telefonumfragen, Tickethotlines und Informationsdienste von Firmen greifen bereits auf computergesteuerte Telefonannahmen zurück. Per Tastenkombination kann der Anrufer sich dann durch ein Menü klicken und auswählen, welche Informationen er abrufen möchte.
Foto: AP5. Postbote
Die E-Mail-Branche stellt Postunternehmen zunehmend vor finanzielle Probleme. Handgeschriebene Briefe werden immer seltener, wer sich etwas zu sagen hat, sei es privat oder im Job, der tut das meist per E-Mail. Immer weniger Briefe werden daher ausgetragen. Das Bureau of Labor Statistics sagt Postboten bis 2022 einen Arbeitsplatzrückgang von 28 Prozent voraus.
Foto: dpa6. Reisebürokaufmann/-frau
Es gab Zeiten, da existierte weder Expedia noch Orbitz. Um einen Flug zu buchen, musste man ins Reisebüro und sich von Reisekaufleuten beraten lassen. Heutzutage wird das für viele überflüssig. Anstelle von Katalogen und persönlicher Beratung vergleich sie im Internet die Preise und buchen ihren Urlaub direkt online. Das spart den Gang zum Reisebüro und kann bequem von zu Hause erledigt werden. Das Bureau of Labor Statistics sagt der Branche daher einen Rückgang von gut zwölf Prozent bis 2022 voraus.
Foto: AP8. Maschinenschreiber
Können Sie sich vorstellen, wie der Geschäftsführer seine Sekretärin bittet auf der Schreibmaschine „einen Brief auf zusetzen?“ Das ist heute längst aus der Mode geraten. In Zeiten bloggender, twitternder Chefs und stimmenaufzeichnender Software, sind Maschinenschreiber längst überflüssig. In den nächsten acht Jahren wird die Anzahl der Arbeitskräfte in diesem Bereich laut Bureau of Labor Statistics noch um weitere sechs Prozent zurückgehen.
Foto: dpa8. Zeitungsjournalisten
Das Zeitungssterben ist in aller Munde – und mit ihm der Rückgang in der Branche der Zeitungsreporter. Durch Blogs, Online-Angebote und Google News verlieren die gedruckten Zeitungen an Wert und die Auflage geht zurück. Auch hier ersetzt Software menschliche Arbeitskraft: The New York Times benutzt beispielsweise eine Online-Technologie um Heiratsanzeigen zu erfassen und zu schreiben. Das Bureau of Labor Statistics zieht die Konsequenz: Bis 2022 werden Jobs als Zeitungsjournalisten um 13 Prozent zurückgehen.
Quelle: mashable
Foto: WirtschaftsWoche9. Datenerfasser
Computersoftwares und -programme machen den Job des Datenerfassers unnötig. Auch Datenbanken lassen sich einfacher via Computer pflegen, das ist schneller und weniger fehleranfällig. Deswegen auch für dieses Berufsbild die traurige Nachricht: Die Technologie überholt hier die menschliche Arbeitskraft.
Quelle: mashable
Foto: WirtschaftsWoche10. Telefonverkäufer
Früher haben Sie rund um die Uhr ihre Kunden angerufen und sorgten bei genervten Anrufern oft für schlaflose Nächte. Nun müssen, ähnlich wie Telefonisten, auch Telefonverkäufer um ihren Job bangen. Roboter übernehmen jetzt ihren Job, effektiver und schneller und vor allem 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche. Ganz gleich wie oft die Konsumenten das Telefon auflegen, Roboter bleiben hartnäckig und unermüdlich – und haben damit einen entscheidenden Vorteil gegenüber ihren menschlichen Arbeitskollegen.
Quelle: mashable
Foto: WirtschaftsWoche
Dank dieser Eigenschaften verdrängen die cleveren Werkstoffe zunehmend energiehungrige Elektromotoren in Autos, Kameras und Haushaltsgeräten – und erschließen immer neue Märkte. Das Bochumer Start-up FG-Innovation, das Anwendungen für die Materialien in der Medizintechnik bis hin zum Automobil entwickelt, kalkuliert den Gesamtmarkt für Formgedächtnis-Technologien in Europa auf inzwischen eine Milliarde Euro im Jahr.
Es ist der Siegeszug eines Phänomens, das Wissenschaftler Mitte des 20. Jahrhunderts erstmals beschrieben haben: Ein Stab beispielsweise aus einem Metallgemisch krümmt sich beim Erwärmen auf einmal, lässt sich nach dem Abkühlen wieder gerade biegen – und durch Erhitzen erneut verformen. Bis heute haben Forscher nicht völlig verstanden, was in so einer Metalllegierung auf molekularer Ebene passiert.
Für den Effekt haben sich lange vor allem Zauberer interessiert, um ihr Publikum zu verblüffen: Sie verbogen – scheinbar mit Geisteskraft – Löffel. In Wahrheit rieben sie nur an einer Stelle das Metall. Das wurde daraufhin warm und verformte sich.
Dann entdeckte auch die Medizin das wandlungsfähige Material: Metallgewebe aus Formgedächtnis-Legierung – sogenannte Stents – weiten heute verengte Blutgefäße auf, um Menschen mit Herz-Kreislauf-Problemen vor Infarkten und Schlaganfällen zu bewahren.
Neben Metalllegierungen entwickelten Forscher inzwischen auch Kunststoffe mit Erinnerungsvermögen. Heute beherrschen sie die Materialien so gut, dass sie daraus sogar ein Muskelsystem nachbauen können, das wie Beuger und Strecker im Körper arbeitet und so etwa die Finger in einer Prothese bewegt.
„Produkte, die ihre Gestalt ändern, sind ein ganz großer Zukunftstrend“, sagt André Bucht, der ebenfalls am Dresdner Fraunhofer-Institut arbeitet. Das gelte vor allem für die Flugzeug- und Autobauer. So sollen Flieger künftig nicht mehr starr durch die Luft gleiten, sondern sich wie Vögel der Strömung anpassen, den Kopf senken oder die Flügel anlegen. Mit Formgedächtnis-Materialien und einer flexiblen Haut aus Carbonfasern könnten die Konstrukteure dem geschmeidigen Vorbild aus der Natur nahekommen. Weil die Konstruktionen zudem relativ wenig wiegen und das Flugzeug besser in der Luft liegt, helfen sie auch noch, Kerosin zu sparen.
Flugzeugturbinen verändern die Form
Der US-Flugzeugbauer Boeing und das italienische Luftfahrtforschungszentrum Cira, aber auch die Technische Universität im niederländischen Delft verfolgen dieses Konzept. Boeing sieht sich gar als Weltmarktführer der Technologie. So hat der Konzern Blechstreifen aus einer Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis in einem Triebwerk des Langstreckenfliegers 777 getestet. Sie sorgen dafür, dass der Turbinenauslass am Boden schmal geformt ist und die Maschine so leiser läuft.
Boeing testet flexible Triebwerke.
Foto: PresseIn 10 000 Meter Flughöhe, wo die Luft sehr kalt ist, entsinnen sich die Blechstreifen dann ihres zweiten Zustands und weiten den Auslass um etliche Zentimeter. Das Triebwerk wird etwas lauter, verbraucht dafür aber weniger Sprit. Das System soll Insidern aus der Forschung zufolge mittlerweile in den Triebwerken von General Electric für den Dreamliner 787 stecken.
Die großen deutschen Autobauer arbeiten nach Auskunft mehrerer Forscher ebenfalls an Karosserien, die sich mithilfe von Formgedächtnis-Werkstoffen verformen. Und auch die Techniker in der Formel 1 – etwa vom Red-Bull-Team – beschäftigen sich mit dem Material. Ein Fahrzeug in Modellgröße lässt erahnen, wovon die Designer träumen: So hat der Brite Sam Holgate einen futuristischen Alfa Romeo aus Kunststoff entworfen. Der Sportwagen verändert seine Form beim Fahren und minimiert so den Luftwiderstand.
Smarte Drähte steuern Lüftungsklappen an der Corvette.
Foto: Presse
Die meisten Unternehmen erproben fließende Formen aber zunächst an einzelnen Bauteilen: So bremsen Scheibenwischer durch ihren Luftwiderstand das Fahrzeug. Es wäre besser, sie würden sich bei Nichtgebrauch an die Karosserie anschmiegen, beschreibt Fraunhofer-Forscher Bucht eine Idee. Sportliche Fahrer würden sich über einen Spoiler am Heck freuen, der sich je nach Kurvenlage und Geschwindigkeit dynamisch anpasst.
Überleben im All. Intelligenter Druckanzug schützt Astronauten.
Foto: PRNoch bewegen Elektromotoren die Flügel. Antriebe aus Nickel-Titan, das sich selbst verformt, wären viel leichter und bräuchten weniger Platz und Energie. Sie könnten sogar ein Heck mit Carbonhaut direkt verformen. „Doch die Designanforderungen sind bei Autos besonders hoch“, erläutert Bucht. Dellen in der Karosserie wie etwa bei Golfbällen, die die Aerodynamik verbessern, aber hässlich aussehen, wird kein Käufer wollen. Bucht ist dennoch sicher: „Bei hochpreisigen Fahrzeugen sehen wir solche Anwendungen als Erstes.“
Die Autoindustrie hat reichlich Erfahrung mit Formgedächtnis-Materialien. Seit 2005 nutzt sie Drähte aus Nickel-Titan, um Rückspiegel zu verstellen und Lüftungsklappen, Tankdeckel und Handschuhfächer zu bewegen. Volkswagen, BMW und Mercedes verwenden Ventile mit Formgedächtnis bereits für die Massagefunktion in Sitzen, weil sie anders als elektrische Antriebe keinen Lärm machen. General Motors verbaut im Sportwagen-Klassiker Corvette eine Lüftungsöffnung in der Heckklappe, die von einem Draht aus Formgedächtnis-Metall bewegt wird. Der Kofferraumdeckel schließt so leichter, weil sich nicht die Luft im Fahrzeuginneren staut, sondern durch die Öffnung entweicht.
Mini-Computer erobern die Welt
Wenn es nach dem Willen der Telekomkonzerne geht, wird es in absehbarer Zukunft nur einen Schlüssel für unser modernes Leben geben: das Smartphone und oder das Tablet. Die Mini-Computer für die Akten- oder Westentasche erfreuen sich immer größerer Popularität - vier von fünf Kunden entscheiden sich derzeit beim Kauf eines neuen Handys für die internetfähige Variante, im abgelaufenen Jahr gingen allein in Deutschland über 20 Millionen Stück über den Ladentisch.
Foto: dapdDie massenhafte Verbreitung ermöglicht ganz neue Geschäftsbereiche: Künftig sollen etwa Mietwagenkunden mithilfe von Smartphones den Weg zu ihrem Fahrzeug finden und dieses damit öffnen. Auch beim Bezahlen an der Supermarktkasse und beim Öffnen der Haustür (wie etwa bei Sharekey) sollen zunehmend mobile Computer zum Einsatz kommen. Textdokumente, aber auch Musik und private Fotos werden in externen Rechenzentren (Cloud) abgelegt und können dort mittels stationierter Software bearbeitet und jederzeit von jedem Ort abgerufen werden.
Foto: PresseUm die technischen Voraussetzungen zu schaffen, investieren Telekom & Co. derzeit Milliarden in den Ausbau der Cloud und der mobilen Breitbandnetze. Schließlich müssen die explosionsartig wachsenden Datenmengen transportiert werden. Die Bedrohung dieser schönen neuen Welt kommt aus dem Netz selbst: Ein Hackerangriff gilt als Horrorszenario.
Foto: dpaAm Puls des Baggers
Mit der Kraft mehrerer Hundert PS wühlt sich der riesige Schaufelbagger durch das Gelände des Tagebaubergwerks irgendwo in Südamerika. Tonnen von Geröll werden stündlich bewegt - Schwerstarbeit für die Maschine. Während der Bagger Lkw um Lkw belädt, funken Sensoren Dutzende Messdaten über Öl- und Wasserdruck, Motorleistung und Verbrauch in ein über tausend Kilometer entfernt gelegenes Rechenzentrum.
Foto: REUTERSDort werden die Daten gesammelt, aufbereitet, mit anderen Leistungskennziffern abgeglichen und an den Hersteller des Baggers weitergeleitet. Der kann nun rechtzeitig erkennen, wann es wieder Zeit ist für eine Wartung oder wann ein Verschleißteil ausgewechselt werden muss. Der Servicetechniker vor Ort wird rechtzeitig in Marsch gesetzt, notfalls gleich mit dem passenden Ersatzteil. Das spart Zeit und Kosten, weil das schwere Gerät nur für kurze Zeit unproduktiv im Gelände steht.
Foto: CLARK/obsDie Fernüberwachung von Maschinen, Transportunternehmen und Gütern ist unter anderem für den britischen Mobilfunkanbieter Vodafone Teil der Strategie bei der Maschinenkommunikation. Ähnlich wie beim vernetzten Auto wird für die Einsätze ein speziell für die M2M-Kommunikation entwickelter Chip eingesetzt.
Er ist kleiner als die, die in jedem üblichen Mobilfunkgerät stecken, aber deutlich robuster: Der SIM-Chip entspricht Industrieanforderungen, ist fest verlötet, korrosionsbeständig, verfügt über eine längere Lebensdauer und übersteht auch hohe Temperaturschwankungen. Er funktioniert auf vielen Netzen weltweit und wird daher auch für die Überwachung von Containern eingesetzt, die rund um den Globus schippern.
Foto: dpaDas vernetzte Heim
Die Vision hat was Bestechendes: Bequem vom Sofa aus öffnet der Hausbesitzer mit Hilfe eines kleinen Flachbildschirms das Fenster im Kinderzimmer, stellt die Heizung auf moderate 22 Grad und kontrolliert, ob der Herd wirklich ausgeschaltet ist. All das und viel mehr ist heute schon möglich - und doch funktioniert diese moderne Welt des vernetzten Heims nur in Ausnahmefällen.
Foto: dapdWas vielleicht noch im Einzelfall klappt, bringt selbst technikbegeisterte Menschen zur Verzweiflung, wenn sie die verschiedenen Systeme zwischen Alarmanlage und Wäschetrockner so verbinden wollen, dass sie von einer Schaltstation bedient werden können. Zwar arbeitet fast jeder Hausgerätehersteller an Vernetzungslösungen über das Internet, doch die Vision, etwa vom intelligenten Kühlschrank, der automatisch Milch, Butter und Wurst im Handel nachbestellt, ist von der Wirklichkeit noch weit entfernt.
"Die entscheidende Frage ist, ob der Kunde einen solchen Kühlschrank überhaupt will. Und wenn ja, wie viel Aufpreis er für die aufwendige Technik und Logistik zu zahlen bereit ist", sagt der Chef des deutschen Hausgeräte-Marktführers BSH Bosch und Siemens Hausgeräte, Kurt-Ludwig Gutberlet. Auch die notwendige Lebensmittellogistik, damit die Waren dann auch in den Kühlschrank kommen, ist nicht zu unterschätzen.
Foto: PresseDas Gleiche gilt für die intelligente Nutzung des Gas- und Stromnetzes durch Heizung oder Waschmaschine. Auch hier müssen erst intelligente Zähler installiert und die Endgeräte entsprechend ausgerüstet werden, damit sie je nach Strompreis anspringen oder sich abschalten. Die Deutsche Telekom versucht nun, eine Plattform für die vernetzte Hauswelt zu schaffen, um das Problem der unterschiedlichen technischen Standards zu lösen. "Qivicon" soll noch 2013 starten.
Foto: dpaDie Revolution heißt Industrie 4.0
Für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau ist es das Thema schlechthin: die vierte industrielle Revolution oder kurz Industrie 4.0, der nächste Schritt nach Dampfmaschine, Elektrifizierung und Fließband. Dabei geht es um nicht weniger als die permanente Kommunikation und Vernetzung zwischen Mensch, Maschine und Produkten.
Foto: dapdNicht mehr die zentrale Steuerung steht im Mittelpunkt. Die Werkstücke selbst teilen der Maschine mit, wie genau sie bearbeitet, in welcher Farbe sie gespritzt und wo sie als Nächstes eingepasst werden sollen. Die Menschen kontrollieren und bekommen Hinweise, wo sie eingreifen müssen.
Vieles davon ist noch Zukunftsmusik, Fragen wie nach der Sicherheit der IT-Systeme sind noch nicht gelöst. Doch in einigen Teilbereichen funktioniert das Zusammenspiel von Maschinenbau-Know-how mit Softwaresteuerung, Vernetzung, Internetanbindung und neuen Arbeitsabläufen bereits. Schon jetzt machen IT und Automation laut Branchenverband VDMA 30 Prozent der Herstellungskosten im Maschinenbau aus.
Foto: PresseDie feinen Metalldrähte besitzen noch weitere nützliche Eigenschaften. So ändern sie mit der Temperatur auch ihren elektrischen Widerstand, was sich leicht messen lässt. So taugen sie auch als Thermometer. Gasherde sollen mit der Technik genauer werden und sich besser regeln lassen. Vor allem beim Backen wusste bisher niemand so recht, wie heiß es bei Stufe 1 bis 3 im Gerät eigentlich genau ist.
Das messen demnächst Formgedächtnis-Drähte und steuern zugleich die Ventile für die Gaszufuhr, um die Temperatur konstant zu halten. Vier US-Hersteller testeten kürzlich entsprechende Herde. Pizza und Bratkartoffeln sollen besser geworden sein als mit herkömmlichen Geräten, berichtet Markus Köpfer, Chef von Actuator Solutions aus dem bayrischen Gunzenhausen, dem Lieferanten der Ventile.
Gedächtnis-Material im Weltraum
Es wäre nicht die erste Anwendung im Haushalt: Ventile des Unternehmens stecken auch in Kaffeeautomaten von Philips und in Klimaanlagen. Zehn Millionen Stück produziert der Betrieb pro Jahr. Einer der wichtigsten Abnehmer ist – erneut – die Autoindustrie. Doch Köpfer und sein Team suchen ständig neue Anwendungen. So sollen smarte Metalldrähte, rund viermal dünner als menschliche Haare, Smartphone-Objektive scharf stellen, indem sie Linsen mikrometergenau in Position rücken. Weil in den Telefonen kaum Platz ist, eignen sich die Drähte dafür besonders gut.
Lohn der Mühe: Actuator Solutions gewann 2014 mit diesem System den Deutschen Innovationspreis in der Kategorie Mittelstand, den die WirtschaftsWoche gemeinsam mit Partnern vergibt. Köpfer zufolge sollen erste Mobiltelefone mit der neuen Technik im zweiten Quartal dieses Jahres auf den Markt kommen.
Der Siegeszug der Materialien mit Gedächtnis scheint keine Grenzen zu kennen. Selbst in den Weltraum dringen sie vor. So entfalten sie die Antennen und Sonnensegel von Satelliten. Und schützen demnächst Astronauten. Ein Team um Dava Newman, Professorin für Raumfahrt am Massachusetts Institute of Technology in den USA, hat einen Anzug entwickelt, in den Fäden aus Formgedächtnis-Metallen eingearbeitet sind. Per Stromstoß aktiviert, ziehen sie sich zusammen und üben Druck auf den Körper des Raumfahrers aus – was im Vakuum des Alls überlebenswichtig ist.
Noch muss der Anzug den Praxistest auf einer Mission bestehen. Bewährt er sich, können sich die Astronauten wesentlich freier mit ihm bewegen als mit den heutigen sperrigen, ballonartigen Modellen, die mit Gasdruck arbeiten. Auch eine irdische Anwendung zeichnet sich ab: Eine Manschette aus dem Material könnte als Druckverband etwa am Arm Blutungen stoppen.
Es wäre ein weiterer Einsatz in der Medizin. Da kommt Material mit Gedächtnis längst nicht mehr nur bei Stents zum Einsatz, deren Drahtgeflecht sich im Körper verformt und so die Blutgefäße offen hält. Auch beim Bau von Handprothesen setzen Wissenschaftler wie Lars Oelschläger, Professor an der Jade-Hochschule in Wilhelmshaven, auf die cleveren Werkstoffe. Damit sollen Patienten etwa Tassen heben, ohne dass Elektromotoren unangenehm surren und Mitmenschen irritiert auf die Kunsthand starren. Zudem lassen sich die Prothesen kleiner als solche mit Motoren bauen, damit sie auch Kindern passen.
Gedächtnisfäden aus Metall übernehmen in der Kunsthand aber nicht nur die Rolle der Muskeln. Denn weil ihr elektrischer Widerstand nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Form bestimmt wird, eignen sie sich auch für eine rudimentäre Art des Fühlens. Über die Messung des Widerstandes lässt sich so etwa die Position der Finger ermitteln.
Zusammen mit Drucksensoren können die Forscher die Kunsthand dann so steuern, dass sie ein rohes Ei anfasst, ohne es zu zerbrechen. Noch allerdings ist Oelschlägers Prothese ein Prototyp, wie auch ein vergleichbares Fraunhofer-System. Schon jetzt aber arbeiten in den künstlichen Gliedmaßen jeweils zwei der smarten Drähte – wie die Muskeln im menschlichen Körper – gegeneinander. Sie können sich nur in eine Richtung bewegen, so wie Beuger und Strecker im Oberarm.
Siegeszug des flexiblen Designs
In Autos oder Maschinen müssen Federn sie in die Ausgangsform zurückziehen. Viel praktischer wäre es daher, wenn ein Draht oder Bauteil seine Kräfte in beide Richtungen spielen lassen könnte.
Viele Unternehmen warteten schon lange auf Materialien mit solchen Eigenschaften, erzählt Marc Behl, Chemiker am Helmholtz-Zentrum Geesthacht in Teltow. Die dürften schon bald Realität werden.
2013 gelang Behl und seinem Chef Andreas Lendlein ein Durchbruch: Beide stellten erstmals einen Kunststoff vor, der sich zwischen zwei Formen hin- und herschalten lässt. Dazu nutzen sie eine Substanz, die Polyethylenvinylacetat heißt und auch in Klebstoffen oder Schuhsohlen steckt. Darin bauten sie zwei Typen von Molekülketten ein. Die einen verleihen ihm Stabilität, und die anderen sorgen dafür, dass er sich entlang vorgegebener Richtungen bewegt.
Während sich bei Gedächtnismaterialien die Form bisher oft bei einer definierten Temperatur ändert, passiert das beim neuen Kunststoff nach und nach in einem breiten Bereich zwischen 25 und 70 Grad Celsius. Behl und Lendlein haben eine Mini-Jalousie aus dem Material gebaut, deren Lamellen sich allmählich öffnen, je wärmer es wird – ganz ohne die sonst üblichen Rückholfedern. Und womöglich lässt sich die Technik sogar auf ganze Fassaden übertragen, bei denen sich Fenster je nach Sonnenstand öffnen und schließen.
„Bei uns haben sich viele Industrievertreter gemeldet“, sagt Behl. In zwei bis vier Jahren rechnet er mit ersten Produkten. Auf eines hofft der begeisterte Heimwerker ganz besonders: einen Dübel, der sich bequem aus dem Bohrloch ziehen lässt, weil er die Widerhaken einklappt, sobald man ihn erwärmt. Flexibles Design eben.