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Materialwissenschaft trifft Robotik Magnetfeld und UV-Licht steuern verformbare Mikropfeiler

Von Manuel Christa 2 min Lesedauer

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Südkoreanische Forschende entwickeln verformbare Mikropfeiler, die sich unter Magnetfeld neu ausrichten und per UV-Licht dauerhaft in Form bringen lassen. Die Technologie ermöglicht reversible Strukturen mit potenziellen Anwendungen in Robotik und Medizintechnik.

Zyklus reversibler Verformung: Mikropfeiler richten sich unter Magnetfelddrehung auf oder verdrehen sich – fixiert durch UV-Licht. Das Bild zeigt den Ablauf in vier Schritten mit jeweils gerichteter Licht- und Magnetfeldwirkung.(Bild: Advanced Materials)
Zyklus reversibler Verformung: Mikropfeiler richten sich unter Magnetfelddrehung auf oder verdrehen sich – fixiert durch UV-Licht. Das Bild zeigt den Ablauf in vier Schritten mit jeweils gerichteter Licht- und Magnetfeldwirkung.
(Bild: Advanced Materials)

Magnetische Mikropfeiler sind winzige senkrechte Strukturen, die sich unter einem Magnetfeld gezielt verformen lassen. Doch bisher hielt die neue Form nur so lange an, wie das Magnetfeld aktiv war. Danach kehrten die Strukturen in ihre Ausgangsposition zurück. Ein Forschungsteam der Pusan National University Südkorea hat ein Material entwickelt, das dieses Verhalten grundlegend ändert.

Möglich macht das sogenannte disulfidbasierte kovalente adaptive Netzwerk, kurz DS-CAN. Diese Netzwerke bestehen aus dynamischen kovalenten Bindungen, die sich nicht nur unter Hitzeeinwirkung, sondern auch durch UV-Licht aufbrechen und neu ausrichten lassen. Die Forscher nutzten diese Eigenschaft, um mikrometergroße Pfeiler aus einem magnetisch ansteuerbaren Verbundmaterial gezielt umzuformen und dann mit UV-Licht dauerhaft zu fixieren. Das Material erlaubt sogar, die Fixierung rückgängig zu machen und erneut zu verändern. Das Verfahren funktioniert kontaktfrei, energieeffizient und bei Raumtemperatur.

Form speichern mit Licht

Die Basis bilden elastische Polymere wie Polydimethylsiloxan (PDMS), vermischt mit Neodym-Eisen-Bor-Partikeln. Daraus entstehen Magnetkomposite, die sich durch ein äußeres Magnetfeld gezielt verformen lassen. Wird das Magnetfeld entfernt, fällt die Struktur normalerweise wieder in ihre Ausgangslage zurück. Mit den neuen DS-CANs lässt sich die Form jedoch über UV-Bestrahlung oder Hitze fixieren – und ebenso wieder lösen. Das erlaubt nicht nur reversible Formänderungen, sondern auch räumlich gezielte Fixierungen durch Maskierung des Lichts.

Im Labor demonstrierten die Forschenden unter anderem mikrostrukturierte Oberflächen mit veränderbarer Rauigkeit sowie sogenannte Mikrodentikel – feingerippte Strukturen, die an Haifischhaut erinnern. Die Pfeiler ließen sich in bestimmten Bereichen fixieren, in anderen wieder aufrichten. Damit eröffnen sich neue Optionen für adaptive Oberflächen oder präzise Mikrogreifer.

Anwendungsfelder in der Elektrotechnik

Langfristig sehen die Forschenden Potenzial für Anwendungen in der Mikrorobotik, bei schaltbaren Klebeverbindungen oder auch in der Wirkstofffreisetzung. Die Möglichkeit, gezielt und reversibel Formänderungen zu erzeugen, macht die Technik auch für adaptive Greifer interessant, die sich empfindlichen Strukturen anpassen müssen.

Auch aus Sicht der Elektronikentwicklung ergeben sich neue Optionen: Die Materialien könnten in sensorisch geregelten Mikrosystemen eingesetzt werden, etwa für adaptive Oberflächen oder robotische Greiflösungen mit reversibler Formfixierung. In Kombination mit Embedded-Steuerungen lassen sich so kontaktfreie, programmierbare Mikroaktoren realisieren, gesteuert über Licht oder Magnetfeld. Damit eröffnet sich ein spannendes Feld für die Integration von Mechanik, Materialwissenschaft und Elektronik. (mc)

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