Forschern der Empa und der ETH Zürich ist ein erster Schritt zu mechanischen Bauteilen mit frei programmierbaren Eigenschaften gelungen: Sie haben einen neuen Werkstoff entwickelt, bei dem sich Schwingungen per Knopfdruck dämpfen lassen. Mit so einem programmierbaren Material könnten Maschinen und Anlagen stabiler und einfacher gebaut werden, wie die Materialforschungsanstalt Empa mitteilt.
Der Prototyp ist eine ein Meter lange Aluminiumplatte von einem Millimeter Dicke. Um die Wellenausbreitung zu kontrollieren, sind zehn kleine Alu-Zylinder auf dem Metall befestigt. Zwischen Blech und Zylindern sitzen sogenannte Piezo-Scheiben, die elektronisch angeregt werden können und dann blitzschnell ihre Dicke verändern.
So kann das Forscherteam um Andrea Bergamini genau kontrollieren, ob und wie sich Wellen im Blechstreifen ausbreiten dürfen. Diese Dämpfung ist von federnd bis völlig steif variierbar, denn die Piezo-Elemente können in Sekundenbruchteilen ihre Eigenschaften ändern. Den Prototypen stellen die Forscher im Fachblatt «Advanced Materials» vor.
Mit so einem Material liessen sich Anlagen und Maschinen deutlich stabiler und zugleich leichter konstruieren, schreibt die Empa. Bisher mussten die gewünschten Schwingungseigenschaften bereits bei der Auswahl des Materials gewählt werden. In Zukunft könnte das Material auf aktuelle Messwerte von Vibrationen reagieren und seine Schwingungseigenschaften blitzschnell anpassen.
Das dämpfbare Blech ist ein sogenanntes Metamaterial. Solche periodisch aufgebaute, künstliche Materialien haben interessante Eigenschaften: Sie können von aussen einwirkende Energieformen verändern, zum Beispiel Licht von bestimmter Wellenlänge so absorbieren, dass das Material unsichtbar wird. Das neue Empa-Material etwa reagiert auf Schwingungen – also Schallwellen. In einem Folgeprojekt soll die Programmierbarkeit des Prototypen erweitert werden, indem die einzelnen Piezo-Elemente verschaltet werden. An der Arbeit waren auch Forscher des «Georgia Institute of Technology» beteiligt. (dhr/sda)
