Warnende Fahrräder und Zahn-Dübel

Smarten Materialien gehört die Zukunft. Sie passen sich ihrer Umgebung an, nutzen Energieressourcen intelligenter – und das Beste: Sie erleichtern unser Leben. Diesem Ziel widmet sich das Zwanzig20-Konsortium „smart³“, das sich jetzt in Dresden traf.

Der Ort für das Meeting passt perfekt: In den Technischen Sammlungen Dresden ist Ingenieurskunst vom Feinsten zu bewundern. Vor über 100 Jahren wurden hier die ersten sächsischen Fotoapparate produziert, bis 1990 waren sie Sitz des ostdeutschen Kameraherstellers VEB Pentacon. Heute sind sie Museum und Mitglied von smart³. Das interdisziplinäre, bundesweite Konsortium, das inzwischen über 100 Mitglieder zählt, hat vor zwei Jahren zusammengefunden und nun erste spannende Projekte ins Rollen gebracht.

Designer und Ingenieure im Gespräch

Designer und Ingenieure auf dem smart³-Meeting in den Technischen Sammlungen Dresden.

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Warnung vor dem Fall

Dazu gehören Räder, die ihren Fahrer warnen, wenn der Rahmen zu brechen droht. Für Fahrräder werden zunehmend Leichtbaumaterialien eingesetzt, die zwar viele Vorteile haben, aber auch einen entscheidenden Nachteil: Sie zeigen keine Ermüdungserscheinungen und zerbrechen ganz plötzlich. Um Unfälle zu vermeiden, könnten Sensoren in Lenker und Sattel Vibrationen auslösen, die den Fahrer warnen, wenn Bruchgefahr besteht. An der Umsetzung dieser Idee arbeiten Designer der Burg Giebichenstein Halle mit Ingenieuren und Unternehmenspartnern wie dem Thüringer Sportartikelhersteller Germina. Geplant ist der Einsatz so genannter Piezokeramiken als Sensor-Aktor-Systeme. Piezokeramiken verändern ihre Form durch elektrische Spannung und entwickeln umgekehrt eine elektrische Ladung durch mechanische Einwirkung. Das Dresdner Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme bemüht sich im Rahmen von smart³ um die Weiterentwicklung solch spezieller Keramiken.

Dübel im Zahn

Formgedächtnislegierungen sind ebenfalls intelligente Materialien, deren Eigenschaften für diverse Anwendungen geeignet sind, zum Beispiel für Implantate. Sowohl in der Zahn-, als auch in der Hüftchirurgie werden seit Jahrzehnten Schraubverbindungen zur Befestigung der Implantate im Knochen genutzt. Das Problem ist jedoch, dass der Knochen durch den Fremdkörper weicher werden kann und das Implantat den Halt verliert. Die Lösung bieten so genannte thermische Formgedächtnislegierungen, die sich beim Erwärmen ausdehnen. Ein smart³-Projektteam hat die Idee, die Schraubverbindung des Implantats mit kleinen Halterungen aus Formgedächtnismaterial zu versehen. Ähnlich einem Dübel in der Wand klappen diese durch die Erwärmung im Knochen aus und können das Implantat fest verankern.

Erlebnis-Set zu Formgedächtnismaterialien im Koffer

Wie funktionieren eigentlich Formgedächtnismaterialien? Berliner Designer der Kunsthochschule Weißensee haben dieses Erlebnis-Set zum besseren Verständnis entworfen.

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Auch Babys könnten Formgedächtnislegierungen zugute kommen. Knapp 20 Prozent der Neugeborenen in Deutschland haben Schädeldeformationen. Durch die steigende Frühgeborenen-Rate könnten es sogar noch mehr werden. Statt mit einer unangenehmen Kopf-Orthese lassen sich die Deformationen mit einem Spezialkissen beheben. Es enthält eine Formgedächtnislegierung, die sich durch Körperwärme verändert und den Kopf des Kindes gleichmäßig um 45 Grad hin und her bewegt. Nach einer Marktanalyse und Nutzerumfrage bemüht sich das Projektteam bereits um die Zulassung dieses aktiven Lagerungskissens.

Selbstständiger Sonnenschutz

Smarte Materialien sorgen neben dem gesundheitlichen Wohl der Menschen auch für eine sinnvolle Ressourcennutzung. Das zeigt das Projekt „Smart Skin“ – ein passiver, extrem effizienter Sonnenschutz, der keine externe Energiezufuhr benötigt. Möglich ist das ebenfalls durch Formgedächtnislegierungen, die sich bei Wärme an ihre ursprüngliche Form erinnern und ausdehnen, bei geringerer Temperatur wieder zusammenziehen. Die Legierungen sind in Form kleiner Drähte in blütenförmige, textile Materialien eingebaut. Sie öffnen sich bei Sonnenlicht und verschatten den Raum. Wird es kühler, schließen sie sich wieder. Das Entwicklerteam will das smarte Sonnenrollo in den kommenden Jahren in die Praxis bringen.

Blüten aus Formgedächtnismaterialien

Smart Skin: Bei Sonnenlicht dehnen sich die Formgedächtnis-Drähte aus, die Blüten öffnen sich und verschatten so den Raum – ganz ohne Strom.

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