Programmierbare Materialien für Funktionsintegrierte Systeme der Zukunft

Die Entwicklung Programmierbarer Materialien wird unsere Nutzung von Werkstoffen auf den Kopf stellen: Ein einzelnes Material kann ein ganzes System aus Sensoren, Reglern und Aktuatoren ersetzen, indem es deren Funktionen integriert. Das Ziel des Fraunhofer-Forschungsclusters »Programmierbare Materialien« unter der Leitung des Fraunhofer IWM ist, mithilfe solcher Materialien die Komplexität bisheriger Systeme zu senken und den Einsatz von Ressourcen zu reduzieren. Der Fokus liegt auf programmierbaren Transporteigenschaften einerseits sowie mechanischen Materialeigenschaften andererseits. Ein Beispiel eines solchen form- und funktionsdynamischen Materials ist eine  Kunststoffbeschichtung für die Innenpolsterung einer Beinprothese: Das strukturierte Polymer ist zunächst weich, um den Beinstumpf zu schützen. Hebt die Person jedoch etwas Schweres an, wirkt auf die Beschichtung eine höhere Belastung ein und sie verhärtet etwas, damit der empfindliche Stumpf nicht gegen das harte Prothesenmaterial gepresst wird.


Solcherart gewünschte Funktionalitäten werden erreicht, indem die innere Materialstruktur auf verschiedenen Größenskalen auf die gewünschten Funktionen hin entworfen wird. Dies wird nur durch tiefgreifendes fachliches Verständnis über die Mechanismen in Programmierbaren Materialien und deren Herstellbarkeit möglich. Die verschiedenen Programmierungen werden im Forschungscluster grundlegend entwickelt, charakterisiert und in Form von Demonstratoren aufgezeigt.


Um solch eine Funktionalisierung entwerfen, implementieren und produzieren zu können, werden die Kompetenzen der Fraunhofer Institute IWM, IAP, IWU, ICT und IBP zusammengeführt und Materialien und Prozesse von der molekularen bis zur makroskopischen Skala kontrolliert.