Viskoelastische Instabilitäten für physikalisch intelligente, flexible mechanische Metamaterialien

• Antragsteller: Dr. Aniket Pal
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556707586

Die Integration viskoelastischer Eigenschaften mit mechanischen Instabilitäten ermöglicht es uns, Funktionalitäten zu nutzen, die sowohl aus dem Material als auch aus der Geometrie hervorgehen. Wir schlagen vor, an der Schnittstelle zwischen mechanischer Instabilität und Viskoelastizität eine neue Richtung einzuschlagen, um neue Möglichkeiten der mechanischen Berechnung zu entwickeln, wie z. B. mechanische Speicher, umprogrammierbare funktionelle Geräte und Informationsabstraktion höherer Ordnung. Viskoelastische Materialien sind Materialien, die sowohl flüssigkeits- als auch festkörperähnliches Verhalten aufweisen. Das flüssigkeitsähnliche Verhalten äußert sich in einer weg- oder dehnungsratenabhängigen mechanischen Reaktion. Andererseits spricht man von mechanischer Instabilität, wenn ein System einen schnellen Übergang durch eine drastische Verringerung seiner Steifigkeit erfährt, was zu großen Verformungen führt; ein gängiges Beispiel dafür ist das Knicken von Balken. Mechanische Instabilitäten ermöglichen nicht nur schnelle und große Verformungen, sondern auch den Zugang zu Verformungsformen, die bei den traditionellen Formen des Streckens, Biegens, Verdrehens usw. nicht möglich sind. Zu Beginn des Projekts befassen wir uns mit rein viskoelastischen Instabilitäten und ihrem Potenzial für die mechanische Informationsspeicherung. In den nächsten beiden Arbeitspaketen kombinieren wir viskoelastische Instabilitäten mit magnetischer Betätigung und hierarchischer Architektur und schlagen potenzielle Anwendungen wie reprogrammierbare logische Geräte und N-äre Informationsabstraktion in einem mechanischen System vor. Alle Arbeitspakete folgen einem ähnlichen Thema, d.h. wir erforschen die interessante Mechanik, die an der Schnittstelle von Viskoelastizität und mechanischen Instabilitäten entsteht, gewinnen ein vollständiges Verständnis der Mechanik und nutzen sie, um neue Fähigkeiten im mechanischen Rechnen zu ermöglichen. Diese Fähigkeiten werden den Weg für die Entwicklung autonomer weicher Roboter und die Einbettung physikalischer Intelligenz in weiche Maschinen ebnen. Soft-Roboter - Roboter aus physikalisch weichen Materialien - werden durch die Verformung ihres Körpers angetrieben. Die Kombination aus der großen Verformungsfähigkeit weicher Materialien und der Reaktionsfähigkeit aktiver Materialien in der Soft-Robotik hat zu dem Paradigma der physischen Intelligenz geführt, bei dem die Funktionen des Soft-Roboters im physischen Körper selbst kodiert werden können. Durch die Nutzung viskoelastischer Instabilitäten können wir neue Funktionalitäten in der mechanischen Datenverarbeitung erreichen, die dazu dienen können, die Intelligenz oder die Entscheidungsfähigkeit des Körpers im Roboter weiter zu verkörpern. Dies ist besonders wichtig für die Entwicklung ungebundener, autonomer Softroboter, die zur Steuerung nicht an einen Computer angeschlossen werden müssen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Rheometer ; Universal testing machine