Magische Moleküle Smartes Material erweckt Gegenstände zum Leben

Sessel ändern auf Knopfdruck die Form, Flugzeuge legen die Flügel an, Autos ducken sich im Fahrtwind. High-Tech-Werkstoffe verleihen toten Gegenständen lebendige Eigenschaften - und werden unser Leben verändern.

Möbeldesign mit High-Tech-Werkstoffen Quelle: PR

Viele 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. Quelle: 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.

Wo Maschinen menschliche Arbeitskraft ersetzen
1. BankkassiererWann 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. Quelle: AP
2. KassiererWer 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. Quelle: dpa
3. RezeptionistLange 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. Quelle: AP
4. TelefonistMenschen, 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. Quelle: AP
5. PostboteDie 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. Quelle: dpa
6. Reisebürokaufmann/-frauEs 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. Quelle: AP
8. MaschinenschreiberKönnen 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.   Quelle: dpa

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.

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