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24 architektur FACHMAGAZIN Magazin Metamaterial – Buckel auf Befehl Metamaterialien sind geometrisch und topologisch gezielt so aufgebaut, dass sie ungewöhnliche Materialeigenschaften besitzen. Die wohl bekanntesten Beispiele sind verschiedene „Tarnkappen“-Ansätze, doch auch viele andere Eigenheiten sind denkbar. Sie sind noch nicht sehr in der Architektur verbreitet, aber das folgende Beispiel kann neue Wege und Anwendungen ermöglichen. Forscher an der niederländischen Leiden Universität haben jetzt ein neues Metamaterial entwickelt, das sich bei äußeren Belastungen nur an ganz bestimmten, vorgegebenen Stellen wölbt. Der Rest des Materials dagegen bleibt unverändert. Die Wissenschaftler haben per 3D-Druck einen Prototypen gefertigt, der zeigt, dass ihr Metamaterial tatsächlich die erhofften Eigenschaften aufweist. Das könnte beispielsweise zu Materialien führen, die sich bei Temperaturveränderungen auf eine ganz bestimmte Weise verformen. Die Versuche wurden am Topologisch-Mechanischen Labor in Leiden unter der Leitung von Vincenzo Vitelli durchgeführt. Die Forscher in Leiden haben sich beispielsweise topologische Isolatoren zum Vorbild genommen. Diese haben sehr ungewöhnliche elektrische Eigenschaften, die das Team quasi auf makroskopische Strukturen übertragen hat. Das Team ist davon ausgegangen, dass ihr Design dazu führt, dass sich das Material bei Belastung an bestimmten, gezielt vorherbestimmbaren Stellen wölbt. Um das nachzuweisen, haben die Forscher auf ein Modell aus dem 3D-Drucker gesetzt. Man hatte erwartet, dass etwas Versuch und Irrtum notwendig sein würde, ehe das Design funktioniert, doch schon die ersten Prototypen, die das beauftragte 3D-Druckunternehmen geliefert hatte, zeigten genau jene örtlich begrenzte Wölbung, mit der das Team gerechnet hatte. Materialien, die sich so selektiv wölben, haben ein breites Potenzial in Technik und Medizin und auch in der Architektur. Denn es ist möglich die Verformung zu steuern, ohne andere Materialeigenschaften wie Strom- oder Wärmeleitfähigkeit zu beeinflussen. Eine mögliche Anwendung gibt es demnach bei sogenannten Formgedächtnis Materialien. Diese kehren unter bestimmten Voraussetzungen – oft Wärmeeinwirkung – in eine frühere Form zurück, an die sich die Materialien quasi „erinnern“. Das verspricht Ingenieuren neue Möglichkeiten bei der Arbeit mit Formgedächtnis Materialien. Fotos: Anne S. Meeussen, PNAS Publikation „Buckling on demand“


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