Vervormen zonder motoren, pompen of solenoïdes

Een proof-of-concept-studie over het composiet, dat kan worden vervormd met elektronische impulsen, is gepubliceerd door Proceedings van de National Academy of Sciences of the United Staten van Amerika (PNAS).

Co-auteur Daniel Zenkert zegt dat het materiaal alle gunstige eigenschappen van vormveranderend materiaal vertoont – zonder de nadelen die hebben verhinderd dat vergelijkbare ontwikkelingen eerder aansloegen, zoals gewicht en onvoldoende mechanische stijfheid.

"State-of-the-art morphing-technologieën, die kunnen worden gebruikt in robotica en satellieten, gebruiken systemen met zware mechanische motoren, hydraulische en pneumatische pompen of solenoïden om vormveranderingen te creëren", zegt Zenkert. "Deze mechanisch gecompliceerde systemen voegen een ‘parasitair gewicht’ toe en zijn duur in onderhoud.

"Wij hebben een geheel nieuw concept ontwikkeld. Het is lichtgewicht, stijver dan aluminium en het materiaal verandert van vorm met elektrische stroom." Het materiaal kan grote vervormingen veroorzaken en deze zonder extra kracht vasthouden, zij het op lage snelheden.

De composiet bestaat uit drie lagen – waarvan er twee commerciële koolstofvezels zijn, gedoteerd met lithiumionen aan elke kant van een dunne scheider. Als de koolstofvezellagen elk een gelijke verdeling van ionen hebben, is het materiaal recht. Als elektrische stroom wordt toegevoegd, migreren de lithiumionen van de ene naar de andere kant, waardoor het materiaal buigt. Door de stroom om te keren, kan het materiaal terugkeren naar een evenwichtstoestand en zijn uitgangsvorm hervinden.

"We werken al geruime tijd met constructieve batterijen, zoals koolstofvezelcomposieten die ook energie opslaan als een lithium-ionbatterij. Nu hebben we het werk verder ontwikkeld. We verwachten dat het leidt tot volledig nieuwe concepten voor materialen die alleen van vorm veranderen door elektrische bediening, materialen die ook licht en stijf zijn."