Natuurkundigen vinden wiel opnieuw uit met behulp van polymeervezel

Natuurkundigen en materiaalwetenschappers zijn erin geslaagd om een motor en een energieopslagapparaat te bouwen uit één enkel component. Ze gebruiken een elastische polymeervezel. De onderzoekers van de Universiteit van Heidelberg en Straatsburg (Frankrijk) hopen dat dit mechanisme de ontwikkeling van intelligente materialen met gedefinieerde functies zal aansporen.

“Onze aanpak is minimalistisch. We vertrouwen niet op complexe, high-tech materialen, maar vragen ons af hoe we met de geometrie en topologie van een stuk materiaal een intelligente functie kunnen oproepen, zoals rotatie. Zo ontstond ons wiel “, vertelt Dr. Falko Ziebert van het Instituut voor Theoretische Fysica aan de Universiteit van Heidelberg, die het onderzoek co-regisseerde met Dr. Igor Kulić van het Institut Charles Sadron van de Universiteit van Straatsburg. In tegenstelling tot een traditioneel, star wiel dat rond een as draait, vormt zich in dit wiel een elastische vervormingsgolf, waardoor deze beweegt. “Een eenvoudige warmtestroom genereert de voortstuwing door thermische uitzetting in het materiaal te veroorzaken, net zoals de thermische convectie in onze atmosfeer die ons weer en klimaat bepaalt. Deze thermische vervorming staat in wisselwerking met de voorgeschreven vervorming van de ringgeometrie en veroorzaakt de rotatie”, legt Ziebert uit.

Eenvoudig principe

Met het wiel hebben de onderzoekers een extreem eenvoudig principe gevonden om polymeermaterialen, zoals een nylondraad of een rubberen band, in een spontane beweging te zetten. Dit principe zal de basis vormen voor verder onderzoek. “Op dit moment spelen we nog steeds met verschillende geometrieën, materialen en andere vormen van energiestromen door het systeem”, zegt Kulić. Eén visie is om nieuwe technische apparaten te ontwikkelen met robuuste, zelfrijdende elementen, bijvoorbeeld in de vorm van kunstmatige spieren. Onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich hebben ook aan het onderzoek bijgedragen.