Hannover Messe: Intelligente Drähte mit Gedächtnis bewegen

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Hannover Messe: Intelligente Drähte mit Gedächtnis bewegen Bauteile wie künstliche Muskeln
Sie können Fledermaus-Modelle mit naturgetreuem Flügelschlag zum „Leben erwecken“,
Inhalationsgeräte derart präzise steuern, dass Wirkstoffe genau am Wirkort in der Lunge landen oder
große Lasten geräuschlos heben und
senken: So genannte Formgedächtnis-Drähte machen auf den Punkt genaue Bewegungsabläufe
möglich. Die Forschergruppen um die Professoren Stefan Seelecke und Joachim Rudolph arbeiten an
der Universität des Saarlandes gemeinsam an neuartigen Methoden, technische Bauteile präzise zu
bewegen.
Die Ingenieure suchen am saarländischen Forschungsstand vom 8. bis 12.
April auf der Hannover Messe Partner für weitere Anwendungen (Halle 2, Stand C 40).
Die Muskeln des Menschen reagieren auf Nervenimpulse, indem sie sich zusammenziehen. Dabei
werden sie kürzer. Wenn sie sich wieder entspannen, gehen sie in ihre ursprüngliche Form zurück.
Durch dieses Zusammenspiel von Nervensystem und An- und Entspannung der Muskulatur kann der
Mensch alle nur erdenklichen Bewegungen vollführen.
Nach ähnlichem Prinzip funktionieren die „intelligenten“ Drähte, an denen an der Saar-Universität
die Teams der Professoren Stefan Seelecke und Joachim Rudolph forschen. Sie nutzen dabei die
besonderen Eigenschaften von Drähten aus der Legierung Nickel-Titan (kurz NiTi). Diese Drähte
haben die „Gabe“, sich an ihre alte Form zu „erinnern“, wenn sie verformt werden. Sie besitzen – wie
die Forscher es nennen – ein Formgedächtnis:
Werden die Drähte erwärmt, etwa indem ein elektrischer Strom durch sie fließt, ziehen sie sich
zusammen und werden deutlich kürzer. Wird der Strom abgeschaltet, kühlen sie ab und werden
wieder so lang wie zuvor.
Diese Eigenschaften der NiTi-Legierung, die sie von gewöhnlichen Metallen unterscheidet, beruhen
auf so genannten Phasenumwandlungen: Wird der Draht warm, wandelt sich seine Gitterstruktur
um, was Auswirkungen auf seine Form hat.
Am Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik bringen Forscher um Professor Stefan Seelecke mit den
Formgedächtnis-Drähten verschiedenste technische Bauteile in Bewegung. Die haarfeinen Drähte
hieven schwere Gewichte, wenn sie unter Strom stehen.
Mithilfe einer ausgeklügelten Steuerung lassen sich im Zusammenspiel mehrerer Drähte ganze
Bewegungsabläufe nach festgelegter Choreographie ausführen. Dies demonstrieren die Forscher an
Modellfledermäusen, denen sie Drähte als künstliche Muskeln verliehen haben, die die
Flügelbewegungen echter Fledermäuse exakt nachahmen: ein Projekt, das Seelecke und sein Team
für das North Carolina Museum of Natural Sciences bearbeitet haben, wo der Flügelschlag jetzt
naturgetreu beobachtet werden kann (<http://naturalsciences.org/nature-researchcenter/exhibits/firstfloor> – drittes Galeriebild). Eine weitere Anwendung findet die Technik
in einem Inhalator, der Wirkstoffe zielgenau an den Wirkort in der Lunge bringt. Forschungen haben
ergeben, dass Wirkstoffteilchen an bestimmten Stellen der Lunge landen, je nachdem wo genau sie
aus dem Mundstück des Inhalators eingeatmet werden. Mit intelligenten Drähten kann ein Röhrchen
im Mundstück genau in Position gebracht werden, so dass dieses „Wirkstoff- Geschütz“ seine Ladung
gezielt in die Lunge „schießen“ kann.
Zusammen mit Ingenieuren am Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik um Professor
Joachim Rudolph befassen sich die Forscher damit, die Algorithmen so weiterzuentwickeln, dass die
Länge des Formged ächtnis-Drahts ganz nach Bedarf maßgeschneidert und störungsfrei gesteuert
werden kann.
Während beim Menschen die Befehle, etwa den Arm zu strecken oder zu beugen, vom Gehirn über
Nervenimpulse an die Muskeln weitergegeben werden, geschieht dies hier über einen „MikroController“, einen kleinen Halbleiterchip, auf dem alles für die Regelung erforderliche enthalten ist.
Das System soll ganz ohne Sensoren auskommen. Die Forscher modellieren die Abläufe, das heißt, sie
erfassen die für die Prozesse wesentlichen physikalischen Gegebenheiten und übersetzen sie in
mathematische Gleichungen. Unsichtbar berechnen und schätzen darauf aufbauende Algorithmen
etwa Störungen und geben sofort Befehle, die diesen entgegenwirken. Da der Draht bei Wärme seine
Länge verändert, ist beispielsweise ein kalter Luftzug störend. Die Saarbrücker Wissenschaftler
entwickeln derzeit neuartige Echtzeit-Schätzverfahren und Regelungsmethoden, die solche
Temperaturschwankungen oder wechselnde Luftströmungen automatisch ausgleichen sollen.
Kontakt:
Professor Stefan Seelecke (Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik), Tel. 0681 302 71341; E-Mail:
[email protected]
Thomas Würtz Tel.: 0681-302-71344; E-Mail: [email protected]
Professor Joachim Rudolph (Lehrstuhl für System- und Regelungstechnik):
Tel.: 0681 302-64721; E-Mail: [email protected] Lothar Kiltz: Tel.: 0 681-302-64732; EMail: [email protected]
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