Schlaue Materialien für ein leichteres Leben

Ob in der Chirurgie oder im Werkzeugmaschinenbau – spezielle Materialien sorgen für mehr Komfort, Sicherheit und Sparsamkeit. Das kreative Konsortium smart³ will diese Materialien stärker in die Anwendung bringen.

Figur aus Formgedächtnisdrähten

Diese Figur hat die Hallenser Schmuckdesignerin Beate Eismann aus Formgedächtnisdrähten gebaut. Der „Fönikus“ demonstriert die Funktion des Materials.

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20 Folien und für jede nur 20 Sekunden – das war die Vorgabe für alle Referenten beim jährlichen Treffen des Zwanzig20-Teams in Dresden. Sehr effizient, aber auch notwendig bei mittlerweile 125 Partnern und 37 Forschungsprojekten, zugleich natürlich passend zum Förderprogramm. Neben der Effizienz spielt bei smart³ auch die Verbindung von Form und Funktion eine wichtige Rolle. Deshalb arbeiten Ingenieure und Designer hier eng zusammen. Einfach ist das nicht, denn sie sprechen unterschiedliche Sprachen, denken in anderen Kategorien. Aus diesem Grund haben Designer der Kunsthochschule Berlin-Weißensee Werkzeuge entwickelt, die ihren Kollegen Zugang zu komplexen Technologien ermöglichen sollen. „Smart Tools for Smart Design“ heißt das Projekt. Herausgekommen sind dabei Erklär-Videos, Funktionsdemonstratoren, eine Datenbank mit Suchtools und vieles mehr. Die Informationen sind äußerst hilfreich, auch für Nicht-Designer. Schließlich weiß nicht jeder, was Piezokeramiken oder Formgedächtnislegierungen sind. Auf diesen Materialien basieren die meisten Entwicklungen bei smart³.

Anpassungsfähige Formen

Mit speziellen Saugern aus Formgedächtnislegierungen, die eine der Arbeitsgruppen entworfen und hergestellt hat, können Chirurgen Tumoren im Kopf schonender entfernen. Herkömmliche Sauger haben eine starre Form. Beim Einführen durch die Nase können Blutgefäße zerstört werden. Der Sauger aus Formgedächtnismaterial hingegen passt sich den individuellen anatomischen Gegebenheiten an.

Auch für chirurgische Schrauben, mit denen Implantate verankert werden, sind Formgedächtnislegierungen gut geeignet. Da sie sich am Zielort ausdehnen, bekommen die Schrauben eine höhere Stabilität. Das ist zum Beispiel für Becken- oder Zahnimplantate interessant. In einem Gemeinschaftsprojekt haben Mediziner und Ingenieure bereits erste präklinische Evaluierungen an anatomischen Modellen durchgeführt. Als nächstes ist die klinische Zertifizierung geplant. Sogar den Ersatz für kaputte Bandscheiben aus einer Formgedächtnislegierung, ein sogenanntes Cage, planen die Ärzte und Techniker. Statt eines starren Blocks, der momentan bei solchen Operationen zum Einsatz kommt, könnte dieses flexible Ersatzteil genutzt werden. Das wäre eine Revolution in der Wirbelsäulenchirurgie.

Autarke Keramiken

Piezokeramik in Schwingsystem

Durch eine Piezokeramik kann dieses Schwingsystem permanent rotieren und damit zum Beispiel einen Bohrer in Bewegung bringen.

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Neben Formgedächtnislegierungen setzt das smart³-Konsortium auf Piezokeramiken. Die speziellen Keramiken verändern ihre Form durch elektrische Spannung und entwickeln umgekehrt eine elektrische Ladung durch mechanische Einwirkung. Das Material eignet sich unter anderem für Bauteile von Werkzeugmaschinen. Eine Arbeitsgruppe von smart3 hat damit ein universell einsetzbares, rotierendes Schwingsystem entwickelt, das für Bohrer genutzt werden kann. Durch die Piezokeramik bewegt sich das Schwingsystem permanent und regt damit die Bewegung des Bohrers an. Auf diese Weise können sowohl die Späne, als auch die Abnutzung der Bohrer reduziert werden. Bei einem der Partner-Unternehmen, der Parker GmbH, die spezielle Rohrverschraubungen mit Bohrungen herstellt, fallen momentan 120 Tonnen Stahlspäne im Monat an und 5.000 Bohrer werden jedes Jahr verschlissen. Eine höhere Wirtschaftlichkeit ist jedoch nur einer der positiven Aspekte von Piezokeramiken. Das Konsortium will in den kommenden Jahren das große Potential dieser und anderer smarter Materialien weiter ausschöpfen.

Grafikerin zeichnet Porträts von Besuchern.

Beim smart3-Meeting konnten sich die Besucher von einer Grafikerin zeichnen lassen. Auch ihre Wünsche, Ziele und Projektideen wurden auf den Porträts festgehalten.

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