Gestaltwandler wie der T1000, aber im Miniaturformat

métamorphe comme le T1000, mais en miniature

In den tiefsten Träumen von uns allen, zumindest wenn es um Science-Fiction geht, gibt es sicherlich die T1000-Gestaltwandler aus Hollywood. Ein Forscherteam hat jedoch einen Roboter vom Typ Terminator entwickelt, der als Reaktion auf bestimmte Reize schmelzen und sich dann wieder zusammensetzen kann. Mithilfe wechselnder Magnetfelder und inspiriert von einem bestimmten Meereslebewesen erstellten sie einen ersten Miniatur-Prototyp. Ohne zu vergessen, dass dieser Verdienst auch den Materialien zu verdanken ist, die speziell für den Bau des Modells verwendet wurden.

Wie sieht der Terminator-Roboter aus?

Die Eigenschaften des Modells beruhen auf der besonderen chemischen Zusammensetzung der Legierung, aus der es besteht. Der Roboter ist tatsächlich eine Mischung aus ferromagnetischen Partikeln wie Neodym, Eisen und Bor in einer flüssigen Metallmatrix. Mit der Besonderheit, dass letzteres einen niedrigen Schmelzpunkt hat; Tatsächlich wird die Mischung in reines Gallium getaucht.

Die Substanz besteht aus sogenanntem MPTM oder magnetoaktivem Phasenübergangsmaterial. Wie der Name schon sagt, kann es reversibel von der festen in die flüssige Phase übergehen. Dank eines magnetischen Wechselfeldes erwärmt es sich beim Schmelzen und erstarrt dann bei Raumtemperatur wieder.

Diagramm der Substanz und ihrer Eigenschaften im Zusammenhang mit Holoturie, oben. Nachfolgend finden Sie mögliche Anwendungen des Terminator-Roboters, einschließlich der Reparatur elektrischer Schaltkreise.

MPTMs vereinen daher auf einzigartige Weise hohe mechanische Festigkeit, hohe Belastbarkeit und hohe Fortbewegungsgeschwindigkeit. Ihr Widerstand erreicht 21,2 MPa und ihre Steifigkeit 1,98 GPa für Lasten von bis zu 30 kg bei mehr als 1,5 m/s in fester Phase. In der flüssigen Phase weisen sie eine hervorragende morphologische Anpassungsfähigkeit (Dehnung, Spaltung, Bruch usw.) auf.

Legierungseigenschaften und erste Ergebnisse

Die NdFeB-Mikropartikel sind in die Galliummatrix eingebettet, mit einer klaren Phasentrennung zwischen NdFeB und dem flüssigen Metall. Der Mischvorgang erfolgt mechanisch, so dass ein elektronischer Scan die klare Phasentrennung erkennen lässt.

Die Forscher verwendeten reines Gallium, da sein Schmelzpunkt (29,8 °C) nahe bei Raumtemperatur liegt. Dies ermöglicht offensichtlich einen schnellen Übergang von der festen zur flüssigen Phase unter Umgebungsbedingungen.

Die feste Galliummatrix verhindert außerdem, dass sich die eingebetteten NdFeB-Mikropartikel bewegen oder drehen. Dadurch können feste MPTMs eine feste und stabile magnetische Polarität beibehalten. Allerdings schränkt diese Bewegungsfreiheit die Beweglichkeit in der flüssigen Phase des gesamten MPTM ein, während in der festen Phase bei Anwendung bestimmter Magnetfeldstärken die Wissenschaftler unterschiedliche Geschwindigkeiten aufzeichneten.

Die Forscher führten daher verschiedene Tests in der festen und flüssigen Phase durch, indem sie beispielsweise das Material springen, Pirouetten drehen und verschiedene Bewegungen ausführen ließen. Was Terminator zum Weinen brachte, war der besondere Aufbau, mit dem sie einen der Tests durchführten. Tatsächlich haben Wissenschaftler die Substanz in einer Figur modelliert, die dem Lego-Mann ähnelt, der hinter den Gitterstäben eines Käfigs sitzt. Wenn jedoch das magnetische Wechselfeld angelegt wird, zeigt das Video deutlich, wie die Figur schmilzt und sich dann außerhalb der Stäbe wieder zusammensetzt.

Die unerwartete Kreatur, die ihn inspirierte: die Seegurke

An diesem Punkt, nach so viel Gerede, könnte man annehmen, dass es Hollywood war, das die Wissenschaftler an der Carnegie Mellon und der China University beeinflusste. Aber die Dinge liegen anders, als Sie vielleicht denken; Wie in vielen Studien dieser Art ist die Natur und insbesondere ein Meerestier zumindest teilweise für das, was sie erreicht haben, verantwortlich.

Seegurken oder Seegurken sind die Hauptinspirationsquelle für The MPTM; Diese auch Seegurken genannten Lebewesen haben wenig mit Gemüse zu tun. Dabei handelt es sich tatsächlich um Tiere, die weltweit auf dem Meeresboden leben und zur Klasse der Stachelhäuter gehören. Sie haben ein längliches zylindrisches Aussehen (erinnert an Gurken), wobei sich Anus und Mund an gegenüberliegenden Enden befinden.

Insbesondere Oluturier zeichnen sich durch sogenannte Kalknadeln aus, die am ganzen Körper starr sind und ihr Maul zur Nahrungsaufnahme nutzen, indem sie Wasser filtern. Die meisten von ihnen sind benthisch, d. h. sie leben dauerhaft am Meeresboden, einige sind sogar sitzend (am Untergrund befestigt). Trotzdem können sie sich bei Gefahr durch Aasfresser und Raubtiere bewegen.

Roboter-Terminator

Und bislang nichts besonders Spektakuläres oder Besonderes, wie einige vielleicht sagen. Aber allein die Erwähnung einer ihrer Verteidigungsstrategien zieht Vergleiche mit Hollywood und Superheldenfilmen nach sich. Tatsächlich verfügen Seegurken über große Regenerationsfähigkeiten: Sie können sogar einige ihrer Organe ausweiden. Die wässrigen Lungen, die langen Eingeweide und die einzelne Keimdrüse werden explodiert, um Feinde abzulenken und die Flucht zu erleichtern. Dann sind sie in der Lage, alles in kürzester Zeit zu regenerieren.

Um seinen Lebenslauf zu ergänzen, ist dieses Meereslebewesen von großer Bedeutung für das Meeresökosystem und die Artenvielfalt. Wie ihre terrestrischen Verwandten, ja, wie Regenwürmer, fungieren sie als Aasfresser und haben eine abschreckende Wirkung. Doch damit nicht genug: Sie scheinen auch dazu beizutragen, die Versauerung der Meere abzumildern.

Anwendungen des Terminator-Roboters

Die Seegurke ist in der Lage, die Steifheit ihres Gewebes reversibel zu verändern, um so ihre Tragfähigkeit zu verbessern. Dank dieser Funktion können durch die Umwelt verursachte physische Schäden verhindert werden. So wie es Forschern mit dem Terminator-Roboter gelungen ist.

Okay, das ist alles schön und gut, werden manche sagen, aber wofür kann man es in der Praxis nutzen, was haben sich Wissenschaftler überlegt, um es gewinnbringend einzusetzen? Offensichtlich nicht den ersten Schritt in Richtung eines echten Terminator-Roboters. Tatsächlich haben Forscher neben anderen Anwendungen auch über den medizinischen Bereich und die möglichen Beiträge zur Reparatur schwer zugänglicher Geräte nachgedacht.

Roboter-TerminatorFlüssiges Gallium

Ein erstes Ergebnis konnte durch die Beauftragung des MPTM mit Förder- und Transportaufgaben erzielt werden. In einem simulierten Magenmodell zeigte das Team, wie die Mikromaschine in eine flüssige Phase übergehen kann. Dies geschieht, um andere Fremdkörper im Magen selbst zu umhüllen und dann wieder fest zu werden. Von dort aus ist es möglich, den Roboter und seine Ladung zu entnehmen.

In einem ähnlichen Test entlud der Roboter das, was er trug, an vorgegebenen Stellen wieder in das simulierte Magenmodell. Laut den Autoren ist dies ein Beweis für sein Potenzial als Medikamentenverabreichungssystem.

Schließlich zeigte eine Simulation, wie die flüssige Form des Roboters zu einer „universellen Schraube“ werden könnte. Durch das Einklemmen in schwer zugängliche Stellen und das Hineinrutschen in einen Schraubsockel könnte es sich verfestigen. Kurz gesagt, das Potenzial ist vorhanden, aber erwarten Sie keinen Terminatorroboter wie Hollywoods T1000!