Federleichte Silikonfolien als „sensible“ Alleskönner

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Algorithmen verwandeln ein unscheinbares Stück Plastik in einen „feinfühligen“ Aktuator. Und der ist kostengünstig, energieeffizient und federleicht.

Eine neue Generation technischer Bauteile ist Aktuator und Sensor in einem. Die hauchdünnen Silikonfolien der Universität Saarland finden als stufenlose Schalter, selbstdosierende Ventile, motorlose Pumpen, aber auch als „Fühlhilfe“ in Touch-Bildschirmen Einsatz. Dabei kommt die Technologie ohne seltene Erden oder Kupfer aus, lässt sich kostengünstig herstellen, verbraucht sehr wenig Energie und führt zu federleichten Bauteilen.

Die Folien ziehen sich in der einen Richtung zusammen und dehnen sich in die andere. Das Forscherteam lässt sie damit verschiedenste „Choreografien“ vollführen: vom hochfrequenten Vibrieren bis hin zu stufenlosen Hubbewegungen. Das macht die Folie zu einem neuartigen Antrieb. Alles, was sie benötigt, ist elektrische Spannung. Die liegt an einer leitfähigen Schicht an, die auf beiden Seiten einer Kunststoff-Membran aufgedruckt ist. So entsteht ein sogenanntes „elektroaktives Polymer“ oder auch „dielektrisches Elastomer“.

Elektrostatische Anziehungskräfte bewirken bei einer Veränderung des elektrischen Feldes, dass sich die Folie zusammendrückt und so ihre Fläche vergrößert. Regelt man das unscheinbare Stück Kunststoff dann über Algorithmen, wird daraus ein hochtechnisches, spannungsgesteuertes Bauteil.

Silikonfolien als Sensor

Die Folie ist aber nicht nur Aktuator, sie gibt auch einen hochgenauen Positionssensor ab. Denn ihr Verformungsgrad kann jeweils einer bestimmten elektrischen Kapazität zugeordnet werden. Dadurch lassen sich etwa in einer Regelungseinheit Bewegungsabläufe berechnen und programmieren.

Diese Eigenschaften liefern die Basis für eine ganze Reihe verschiedenster Bauteile. Etwa für Ventile, die selbst Druckluft oder Flüssigkeiten exakt dosieren, oder für Pumpenantriebe, die ohne konventionellen Motor auskommen. Auch Taster zum Ein- und Ausschalten sind denkbar.

Alle diese Lösungen arbeiten äußerst energieeffizient. Denn die Folie verbraucht keine Energie, um eine bestimmte Position zu halten. So ist sie als Druckluft-Ventil etwa 500-mal effizienter als elektromagnetische Varianten.


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Polymer (Bild: pixabay/Gerd Altmann)

Algorithmen machen neuartige Sensorfolien zu Verwandlungskünstlern. (Bild: pixabay/Gerd Altmann).