Dünne Platten mit aufblasbaren pneumatischen Zellen ermöglichen das Biegen flacher Strukturen auf die gewünschte Weise

Bericht vom 28. August 2023

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von Bob Yirka, Tech Xplore

Ein Trio von Materialwissenschaftlern an der Sorbonne Université hat einen neuen Ansatz zur Herstellung dünner Plattentypen entwickelt, die ohne Falten oder Schneiden in gebogene 3D-Objekte umgewandelt werden können. In ihrer Studie, über die in der Zeitschrift Science berichtet wurde, ließen sich Tian Gao, José Bico und Benoît Roman von der Pflanzenveränderung von Blättern und Blütenblättern inspirieren, um ein ähnliches Material für den Einsatz in neuartigen Anwendungen zu schaffen.

Frühere technische Bemühungen haben gezeigt, dass es möglich ist, dreidimensionale Produkte herzustellen, indem man zunächst mit einem flachen Materialstück beginnt. Der Grund dafür liegt im Allgemeinen darin, einen einfacheren Transport zu ermöglichen. Beispielsweise nehmen Kartons im flachgefalteten Zustand deutlich weniger Platz ein. Robotikingenieure haben den Nutzen solcher Materialien entdeckt, ebenso wie Wissenschaftler, die Sonden ins All schicken wollen. Allerdings ist die Erstellung solcher Materialien mit der Überwindung einer großen Hürde verbunden.

Wenn Sie sich beispielsweise eine flache Karte der Erde ansehen, erscheinen die Kontinente verzerrt – das liegt daran, dass sie aus einer Kugel abgeflacht wurden. Wie die Forscher anmerken, erfordern Versuche, dreidimensionale Produkte aus einem flachen Objekt zu schmieden, typischerweise Falten oder Schneiden. Sie versuchten, dieses Problem mit einem neuen Ansatz zu lösen, der von ihren Beobachtungen zur Funktionsweise bulliformer Zellen in Pflanzen ausging.

Beispielsweise können sich die Blätter von Maispflanzen je nach Wetterbedingungen öffnen und schließen – sie tun dies, indem sie bulliforme Zellen durch Flüssigkeitsdruck aufblasen. Um diese Fähigkeit in einem hergestellten Material nachzubilden, schuf das Team eine sogenannte formverändernde Struktur auf Basis von Gaußschen Zellen.

Um ihr Modell zu erstellen, druckte das Team aufblasbare trapezförmige Kanäle in 3D in einer Flachplatte. Anschließend wurde es zwischen zwei Schichten luftdichten Materials eingeklemmt. Während Luft in den mittleren Teil des Sandwichs gepumpt wurde, wurden die flachen Oberflächen oben und unten gedrückt und in neue Formen mit einzigartigen Gaußschen Krümmungen gedehnt. Durch die Veränderung der Größe und Form der Trapeze konnten die Forscher die 3D-Formen verändern, die sie bilden konnten.

Mehr Informationen: Tian Gao et al., Pneumatische Zellen auf dem Weg zum absoluten Gaußschen Morphing, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.adi2997

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