Intelligente und adaptive Materialien haben sensorische oder aktorische Fähigkeiten, die sich durch äußere Einflüsse wie elektrische oder magnetische Felder steuern lassen. So können Festigkeit, Fließverhalten, Ausdehnung oder Härte verändert werden.
Aus diesen Materialien haben Wissenschaftler des Center Smart Materials CeSMa am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg Demonstratoren und Prototypen für viele Zweige der Industrie entwickelt. Die intelligenten Materialien werden auf derHannover Messe am Stand der Fraunhofer-Allianz Adaptronik in Halle 2, Stand C22 präsentiert.
Schalter und Drucksensoren auf der Basis extrem dehnbarer dielektrischer Elastomersensoren (DES) bzw. hochsensitiver piezoelektrischer Schichten passen sich unterschiedlichen Haptikanforderungen an und werden als mechanische Sensoren genutzt. Dabei eignen sich DES eher für weiche Oberflächen, während piezoelektrische Sensoren auf oder unter harten Materialien (z. B. Stahl) einsetzbar sind. DES stellen eine neue Klasse von mechanischen Sensoren dar, mit denen Verformungen, Kräfte und Drücke gemessen werden. Sie zeichnen sich durch extrem hohe Dehnbarkeit von bis zu 100 % aus. So können sie selbst in Strukturen integriert werden, die starken Verformungen ausgesetzt sind, beispielsweise als ortsauflösende Sitzbelegungssensoren.
Sensormatten auf DES-Basis reagieren sehr empfindlich auf Druckbelastung, was in der Medizintechnik eine ganze Reihe von Anwendungen ermöglicht. Beispielsweise könnten die Materialien – untergebracht in einem Krankenbett – Patienten vor Druckstellen bewahren. Durch Hinzufügen einer weiteren kapazitiven Elektrode können die dielektrischen Elastomersensorfolien mit einer Näherungssensorik ausgestattet werden. Dünne piezoelektrische Schichten auf Stahlfolienträgern bieten eine große Designfreiheit in Bezug auf Größe, Form und Krümmungsradien. Außerdem lassen sich mit dieser Technologie frei programmierbare „unsichtbare“ Schalter in Innenraumflächen integrieren. Sie bieten eine geschlossene Oberfläche und sind staub- und schmutzunempfindlich. Zusätzlich zur eigentlichen mechanischen Druckfunktion können in die Folien auch kapazitive Felder integriert werden. Sie dienen als Näherungssensoren.
Durch die Kombination beider Sensorprinzipien werden Funktionen schon bei einer bloßen Annäherung von Mensch oder Objekt vor einem tatsächlichen Kontakt ausgelöst. Im Bereich der Mensch-Maschine-Kommunikation stehen mit dieser Kombination aus Näherungs- und Drucksensorik erweiterte Funktionalitäten und Designmöglichkeiten bereit. I
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