05/07/2024
Door Ad Spijkers
Onderzoekers hebben een een flexibele maar stevige morphing-structuur ontwikkeld, geïnspireerd op het skelet van een zeester.
Zeesterren bezitten het opmerkelijke vermogen om zichzelf moeiteloos in elke lichaamshouding te houden door de stijfheid van hun endoskelet te veranderen. Het inspireerde onderzoekers aan de Hochschule Bremen tot de ontwikkeling van een flexibele maar stevige morphing-structuur, geïnspireerd op het skelet van de zeester. De nieuwe structuur kenmerken is veelbelovend voor toepassingen in robotica, luchtvaart en medische apparatuur.
Multidisciplinair
Gehoorbeentjes zijn calcietmicrostructuren in de lichamen van zeesterren die door collageenvezels in een netwerk zijn verbonden om het endoskelet te vormen. Dankzij deze sterke maar eenvoudige structuur kunnen ze een grote verscheidenheid aan lichaamshoudingen aannemen met minimaal energieverbruik. De onderzoekers raakten gefascineerd door deze biologische oplossing voor een complex technisch probleem. Hun doel was om de geheimen van hun ingewikkelde skelet te ontsluiten en die principes te vertalen naar een nieuw materiaal met vergelijkbare opmerkelijke eigenschappen.
Het ontwikkelteam hanteerde voor dit project een multidisciplinaire aanpak. Door röntgen-CT-scans met hoge resolutie te gebruiken, visualiseerden ze de skeletstructuren van zeesterren. Vervolgens gebruikten ze wiskundige modellen (finite elementen analyse en multibody simulaties) om de complexe, onderling verbonden mechanica van de skeletcomponenten te begrijpen. Ze hebben deze inzichten nu gebruikt voor het biomimetische ontwerpproces van een eigen morphing-structuur, waarbij ze rapid prototyping technieken voor fabricage hebben geïntegreerd.
Voordelen
Het ontwikkelteam gebruikten 3D-printen om verschillende werkende prototypes te produceren die een indrukwekkend scala aan fysieke uitdagingen kunnen aangaan. De gepatenteerde, op zeesterren geïnspireerde morphing-structuur vertoont zelfsluitende, continue buiging, zelfherstel en vormgeheugenfuncties. De schaalbaarheid, lage kosten en het relatieve fabricagegemak van deze veranderende structuur bieden veel mogelijkheden voor industriële toepassingen, waaronder robotica, luchtvaart en biomedische apparaten zoals protheses en implantaten.
Foto: Raman Raman