Adaptive Muskelhaut für form- und texturveränderliche Oberflächen (AdapTEX)

Problemstellung
Verschiedene Industriebranchen suchen seit Jahren nach smarten Oberflächenmaterialien, die eine reversible dreidimensionale Gestaltänderung und somit völlig neuartige technische Funktionen erlauben. Mit einem Blick in die Biologie finden sich zwei Vorbilder, mit dessen Hilfe neue smarte Oberflächen entstehen können. Das Hautmuskelgewebe von Tintenfischen lässt es beispielsweise zu, dass diese die Struktur ihrer Haut dreidimensional verändern können. Die sogenannten Stomata-Zellen bei Pflanzenporen lassen sich bei Bedarf öffnen und schließen, um Gasaustausch zuzulassen. In der Technik müsste man hierfür bislang hunderte miniaturisierter Elektromotoren, Stellzylinder oder Pneumatik-Ventile verwenden, die alles unnötig komplex und schwermachen würden. Jedoch könnten durch miniaturisierte elektroaktive Polymere (EAP) intelligente Gebäudehüllen erarbeitet werden, welche zum Beispiel die Durchfeuchtung der Dämmschicht durch Kondenswasser lokal verhindern. Das Potenzial besteht in der Entwicklung von veränderbaren 3D-Strukturen, die aus glatten Oberflächen Bedienelemente oder dynamisch-veränderbare Bilder und Oberflächentexturen selbst erzeugen können.

Ziel
Im Forschungsprojekt AdapTEX sollen smarte, sich verändernde Oberflächen entwickelt werden, die auf Umwelteinflüsse autonom reagieren können. Hierbei sind die elektroaktiven Polymere so weit zu miniaturisieren, so dass sie möglichst nahe an der Größenordnung des biologischen Vorbildes liegen. So können in Oberflächen feinere Haptiken integriert werden.

Vorgehensweise
Dazu müssen die Einzelaktoren sowie deren zuverlässige und präzise elektrische Ansteuerung miniaturisiert werden. Dabei ist das biologische Prinzip der sensorischen Rückkopplung für eine präzise und zu jedem Zeitpunkt kontrollierte Verformungskinematik unerlässlich und in diesem Projekt systematisch umzusetzen. Im ersten Schritt werden zunächst miniaturisierte EAP-Aktoren hergestellt, elektrisch kontaktiert, verkapselt, an eine zu entwickelnde Steuerelektronik angeschlossen und getestet. Die Integration hunderter EAP in eine flexible Matrix stellt einen völlig neuen anwendungsorientierten Forschungsansatz dar. Zur Veranschaulichung und Validierung werden zwei Demonstratoren entwickelt und aufgebaut: eine schaltbare Oberflächenpermeabilität und eine texturveränderliche Muskelhaut. Die für die Produktion der Einzelaktoren benötigten technischen Methoden wurden in Vorprojekten entwickelt und werden für die neuen Anwendungen adaptiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Nach erfolgreicher Umsetzung der innovativen Oberflächen können so mithilfe der beteiligten Industriepaten beispielsweise neuartige Design-Elemente am Armaturenbrett von PKW entstehen, die sich individuell und einfach bedienen lassen. Zudem ist eine zukünftige Ausweitung der Ergebnisse auf neuartige Gebäudefassaden denkbar, die für ein angenehmeres Klima sorgen. Die Projektergebnisse werden zum Beispiel auf dem Jahrestreffen der European EAP Society (EuroEAP) vorgestellt.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein