Im Versuchslabor: Nylonkugel, angehoben von organischen Kristallen. Foto: University of Colorado, Informationen zu Creative Commons (CC) Lizenzen, für Pressemeldungen ist der Herausgeber verantwortlich, die Quelle ist der Herausgeber
Laserstrahl treibt Motoren von Drohnen an
Boulder, PTW, 21. August 2023
Ein neuartiges, widerstandsfähiges photomechanisches Material wandelt Lichtenergie in mechanische Arbeit um, ohne dass Wärme entsteht, also ein nutzloses Nebenprodukt. Laut den Entwicklern der University of Colorado lässt es sich nutzen, um Objekte aus der Ferne mit Antriebsenergie zu versorgen, etwa eine #Drohne, deren #Rotoren von einem #Laserstrahl angetrieben werden. Die Bordbatterie wird dann zugunsten von Nutzlast wie Sensoren obsolet. Das System könnte in #Robotik, #Luftfahrt und Raumfahrt sowie biomedizinischen Geräten genutzt werden.
»Mittelsmann« wird eingespart
»Wir schalten sozusagen den Mittelsmann aus und wandeln Lichtenergie direkt in mechanische Verformung um», so Entwicklungsleiter Ryan Hayward. Mit »Mittelsmann« meint er beispielsweise elektrische Energie, die mit Solarzellen erzeugt wird und in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Systeme für das Wärmemanagement sowie schwere elektrische Komponenten lassen sich somit effektiv vermeiden.
Das #Material besteht aus winzigen organischen Kristallen, die sich bei Lichteinwirkung verbiegen. Den Wissenschaftlern nach stellt dies eine vielversprechende Alternative zu elektrisch angetriebenen Aktuatoren dar. »Es reagiert schnell, hält lange und kann im Vergleich zum Eigengewicht sehr schwere Objekte bewegen«, schwärmt Hayward.
Verbiegen ist Forschern zu wenig
Der neue Ansatz besteht darin, winzige organische Kristalle in ein #Polymermaterial einzubetten, das aufgrund seiner winzigen Löcher einem Schwamm ähnelt. Die Ausrichtung der Kristalle ermöglicht es ihnen, Aufgaben auszuführen, wenn sie Licht ausgesetzt sind, wie das Anheben von Gegenständen. Wenn das Material seine Form ändert, arbeitet es wie ein Motor oder ein Aktuator. Die Kristalle können Objekte bewegen, die viel größer und schwerer sind als sie selbst.
Wie in der Abbildung zu sehen ist, hebt der Kristallstreifen mit einem Gewicht von 0,02 Milligramm beispielsweise erfolgreich eine 20 Milligramm Nylonkugel an, also das 10.000 Fache seiner eigenen Masse. Jetzt will das Team die Kontrolle über die Bewegung des Materials verbessern. Derzeit lässt es sich durch Licht nur Verbiegen und kehrt in den ursprünglichen Zustand zurück, wenn die #Lichtquelle versiegt. Zudem wollen die Forscher die Menge an erzeugter mechanischer Energie im Vergleich zur #Lichtenergie maximieren.
