Foto: Bart van Overbeeke
3D-Druck ist zum Mainstream geworden. Für ein paar hundert Euro kann man online einen 3D-Drucker kaufen und loslegen. Aber was ist mit dem 4D-Druck? Wie druckt man ein Objekt, das sich im Laufe der Zeit verändern kann, zum Beispiel auf Berührung, Licht oder Feuchtigkeit reagiert? Doktorand Jeroen Sol hat sich dieser Herausforderung gestellt. Es wurde von der Welt der langen Käfer und anderer Tiere inspiriert, die Schillern und andere Formen des Farbwechsels verwenden.
Die Forschungsgruppe von Sol unter der Leitung von Professor Albert Schenning verfügt über umfangreiche Erfahrungen mit intelligenten Materialien, die auf äußere Reize wie Licht, Temperatur oder Feuchtigkeit reagieren. Die Materialien verwenden Flüssigkristalltechnologie, ähnlich wie LCD-Bildschirme, jedoch aus Kunststoff. Diese Kristalle nehmen je nach Orientierungsrichtung unterschiedliche Eigenschaften an (sie werden anisotrop). Dies kann mechanisch erfolgen, indem es in einer Richtung stärker wird als in der anderen, oder optisch, indem es je nach Einfallswinkel des Lichts eine andere Farbe hat.
Ein schillernder Käfer
Letzteres ist genau das, woran Sol in den letzten vier Jahren gearbeitet hat. Ist es möglich, ein Objekt zu drucken, das seine Farbe unter dem Einfluss von Feuchtigkeit ändert?
„Inspiration dafür fand ich in der Natur, insbesondere bei Tmesisternus isabellae, einer Art Langhornkäfer, deren Flügeldecken je nach Luftfeuchtigkeit ihre Farbe ändern.“
Es ist kein Zufall, dass Sol Feuchtigkeit als Stimulus gewählt hat und nicht Licht (wie zuvor die Doktorandin Marina Pilz da Cunha aus derselben Forschungsgruppe für ihren laufenden Mini-Roboter).
„Menschen bestehen hauptsächlich aus Wasser, und ein einfacher und billiger 3D-druckbarer Sensor, der auf Feuchtigkeit reagiert, könnte alle Arten von Anwendungen im Gesundheitswesen haben. Denken Sie an einen Ring, der Schweiß misst, oder vielleicht den zukünftigen Blutzucker.“
Aber Sol ging noch einen Schritt weiter. Er hat tatsächlich einen Käfer gedruckt.
„In der Welt der Materialwissenschaften ist es sehr wichtig, dass Sie einen Demonstrator bauen, der zeigt, dass Ihre Erfindung tatsächlich funktioniert. Und die Wahl eines Tieres liegt auf der Hand, denn es gibt zahlreiche Tiere, die das Schillern und andere Formen des Farbwechsels zum Beispiel zur Tarnung nutzen.“
Ein Säurebad
erklärte Sol. „Zunächst habe ich einen Käfer mit Hartplastik gedruckt und darauf mit photonischer Tinte Flügeldecken aufgetragen. Das ist ebenfalls mit einem Drucker gemacht worden. Anschließend habe ich diese Schicht mit einer Säure behandelt. Dadurch reagieren die Kristalle in der Tinte auf Feuchtigkeit. das material quillt gewissermaßen auf und dehnt die spiralförmige struktur der kristalle, ändert dann die farbe.
Das Schöne daran ist, dass Sie die Feuchtigkeitsempfindlichkeit manipulieren können, indem Sie die Moleküle weniger oder mehr aufladen. Dies eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen.“
Der Forscher platzierte den Käfer dann in einem geschlossenen Raum, in dem er die Luftfeuchtigkeit kontrollieren konnte. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit wurde der grüne Käfer immer rötlicher. Sinkt die Luftfeuchtigkeit wieder, wird der Käfer grün.
„Letzteres ist entscheidend“, sagt Sol. „Dadurch ist der Effekt reversibel. Ohne dass der Nutzer ihn zurücksetzen muss, kann er wieder als Sensor oder Aktor verwendet werden.“
Zukünftige Projekte
Mit ansteckendem Enthusiasmus spricht der junge Forscher über seine Forschung.
„Ich finde es sehr wichtig, dass wir nach außen klar machen, was Wissenschaftler tun. Die Leute müssen nicht wirklich alle Details verstehen, aber sie müssen wissen, was wir tun. Deshalb unterrichte ich so gerne.“ Wissen an andere Menschen weitergeben.“ .
Inzwischen hat der Forscher eine neue Stelle bei einem Spin-off seiner Forschungsgruppe Lusoco gefunden. Das Unternehmen arbeitet an der Entwicklung fluoreszierender Farben, zum Beispiel für Beleuchtung, Stromerzeugung und Gebäude.
“Ich freue mich sehr darauf. Außerdem ist das Unternehmen auf dem Campus, also gehe ich jetzt nicht weg!”
Den vollständigen Bericht können Sie hier lesen. Mehr über die TU Eindhoven erfahren Sie hier und mehr über Jeroen Sol hier.
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