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28.08.2014

06:00 Uhr

I wie Intelligente Werkstoffe

Wenn das Brillenglas mitdenkt

VonFlorian Hückelheim

Was nach Zukunftsvision klingt, ist längst Realität: Materialien, die auf Knopfdruck ihre Gestalt verändern, und Bauteile, die sich selbst überwachen, gibt es immer öfter – sogar in der eigenen Hosentasche.

Verspiegelte Sonnenbrillen: Selbsttönende Brillengläser enthalten intelligente Werkstoffe. dpa

Verspiegelte Sonnenbrillen: Selbsttönende Brillengläser enthalten intelligente Werkstoffe.

In der Mittagspause schnell heraus aus dem schattigen Büro hinein in die gleißende Mittagssonne. Wer hier vor lauter Helligkeit nicht blinzeln will, greift zur Sonnenbrille oder tut als Brillenträger im besten Fall nichts – vorausgesetzt, er hat eine Brille mit selbsttönenden Gläsern. Was für die längst alltägliche Zauberei sorgt, ist einer von vielen intelligenten Werkstoffen, auch Smart Materials genannt.

Winzige Teilchen, die bei der Produktion in das Glas eingearbeitet wurden, ändern bei starkem Lichteinfall in einer photochromen Reaktion ihre Farbe und damit ihre Lichtdurchlässigkeit. Das Brillenglas wird dunkel.

„Allgemeiner gesagt sind intelligente Werkstoffe Materialien, deren Eigenschaften sich von außen beeinflussen lassen“, sagt Dr. Holger Böse. Der wissenschaftlich-technische Leiter des Center Smart Materials des Fraunhofer Instituts für Silicatforschung befasst sich seit mehreren Jahren mit neuartigen, intelligenten Werkstoffen. Besonderes Augenmerk legt das Institut bei seiner Arbeit auf die Entwicklung von piezoelektrischen Sensoren, dielektrischen Elastomeren, magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF) und Elastomeren (MRE). Was furchtbar technisch klingt, findet ganz alltägliche Anwendungsbereiche.

Etwa laufen die Stoßdämpfer einiger Automodelle nicht mehr mit herkömmlichem Dämpferöl, sondern mit einem Öl, das magnetische Partikel enthält. So kann ein am Dämpfer angebrachter Elektromagnet die Zähflüssigkeit des Öls steuern. Kombiniert mit einer entsprechenden Steuerungselektronik erkennt das Auto selbstständig, ob der Wagen bei schneller Fahrt eine straffere Federung braucht oder eher Unebenheiten auf der Straße ausgleichen muss. „Dämpfer, die heute verwendet werden, lassen sich in Sekundenbruchteilen ansteuern“, erklärt Holger Böse. „Bestimmte Zusatzstoffe sorgen dafür, dass die Eisenpartikel im Dämpfer gleichmäßig verteilt bleiben und sich nicht mit der Zeit am Boden des Dämpfergehäuses sammeln.“

Intelligente Metalle helfen nach einem Herzinfarkt

In anderen Industriebereichen, etwa bei Produktionsrobotern, kommen magnetorheologische Festkörper (Elastomere) zum Einsatz. Eine vibrations- oder stoßdämpfende Unterlage verändert über dieselben magnetischen Eisenteilchen, die dem Dämpferöl beigemengt wurden, sozusagen auf Knopfdruck ihre Festigkeit. Ein Würfel des elastischen Materials verwandelt sich im Magnetfeld in einen festen Quader, der zu seiner Ausgangsbeschaffenheit zurückkehrt, sobald das Magnetfeld schwächer wird.

Ganz ohne Magnete kommen Memory-Metalle aus. Unter anderem nutzt die Medizintechnik die meist aus Nickel und Titan bestehenden Legierungen und fertigt aus ihnen etwa Stents. Diese weiten Arterien nach einem Herzinfarkt und verhindern eine erneute Verengung. Das komprimierte Metallmaschengewebe kann der Arzt problemlos per Katheter platzieren, ohne dass er die Arterie mit einem Ballon aufwendig weiten muss. Die Körpertemperatur allein sorgt dafür, dass der Stent seinen ursprünglichen Durchmesser wieder annimmt.

Ebenfalls temperaturgesteuert funktioniert die Fokussierung von Smartphone-Kameras. Da der Kamerabaustein viel zu klein für einen Motor ist, der die Linsen bewegt, werden die Linsenelemente an kleinen Metallstreifen befestigt. Unter Strom gesetzt ändert sich die Länge dieser Streifen, wodurch sich die Linsen voneinander entfernen beziehungsweise einander annähern – ein scharfes Bild entsteht.

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