Geometrische Designs, die 1000 Jahre zurückreichen, könnten dazu beitragen, futuristische Materialien zu schaffen, aus denen eines Tages neue medizinische Technologien und fortschrittliche Satelliten entstehen könnten. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der McGill University stellte Anfang dieser Woche auf dem Treffen der American Physical Society im März eine neue Art von Material vor, das sich auf islamische Kunst stützt, um sich auf neue Weise auszudehnen.
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Bei den meisten Materialien, von Baumwolle bis Gummi, ziehen sie sich in einer Richtung zusammen und verlieren so ihre ursprüngliche Form. Das liegt daran, dass das Strecken eines Materials seine geometrische Unterstruktur ändern kann. Wenn etwas wie ein Gummiband gezogen wird, dehnt diese Spannung das Gummi aus und macht es dabei dünner. Die Forscher der McGill-Universität, Ahmad Rafsanjani und Damiano Pasini, haben jedoch herausgefunden, dass durch die Integration bestimmter Muster in ein Material dieses breiter als dünner werden kann, wenn es in eine Richtung gestreckt wird, berichtet Jonathan Webb für die BBC .
"Bei herkömmlichen Materialien zieht sich das Ziehen in eine Richtung in eine andere Richtung zusammen", sagte Rafsanjani in einer Präsentation. "Aber bei 'auxetischen' Materialien dehnen sie sich aufgrund ihrer inneren Architektur in seitlicher Richtung aus, wenn Sie in eine Richtung ziehen."
Auxetische Materialien sind ein Beispiel für etwas, das als „Metamaterial“ bezeichnet wird - Materialien, die so konstruiert sind, dass sie Eigenschaften verleihen, die in der Natur natürlicherweise nicht existieren. In den letzten Jahren haben Ingenieure die Möglichkeit erforscht, Metamaterialien mit allerlei merkwürdigen Eigenschaften herzustellen, wie beispielsweise „Metahaut“ aus Silikonschichten, die Objekte für Radar unsichtbar machen können, oder „Unsichtbarkeitsmäntel“, die elektromagnetische Strahlung tatsächlich wie Licht biegen können. Auxetische Metamaterialien können sich in jede Richtung ausdehnen, wenn sie gedehnt werden, und direkt in ihre kleinere Form zurückschnappen, berichtet Shannon Hall für den New Scientist .
Zwei Muster auf den 1000 Jahre alten Grabtürmen der Karraqan im Iran. (Ahmad Rafsanjani und Damiano Pasini / McGill University) Rafsanjani und Pasini suchten nach geometrischen Mustern, mit deren Hilfe sich dehnbare Metamaterialien herstellen ließen, als sie auf eine Reihe von Mustern stießen, die auf zwei 1000 Jahre alten Türmen von alten iranischen Gräbern gefunden wurden.
"Wenn man sich islamische Motive ansieht, gibt es eine riesige Bibliothek von Geometrien", sagte Rafsanjani während einer Präsentation. "An den Wänden dieser beiden Türme befinden sich etwa 70 verschiedene Architekturen: Mosaike und Schnörkelmuster."
Die beiden Forscher stellten fest, dass sich beim Schneiden von zwei dieser geometrischen Muster mit einem Laserschneider in Gummibahnen die Bögen beim Ziehen ausdehnen und beim Schieben schrumpfen können, ähnlich wie bei einer Hoberman-Kugel.
Obwohl die Designs an und für sich schön sind, sind sie insofern einzigartig, als sie beide Formen ohne Hilfe halten können. Andere „bistabile“ Metamaterialien wurden in der Vergangenheit beschrieben, aber wie Webb berichtet, erfordern sie meist komplexe, origamiartige Falten und es fällt vielen schwer, ihren expandierten Zustand beizubehalten. Rafsanjani sagt, dass diese Designs in alles integriert werden könnten, angefangen bei der Entwicklung neuer Stents, um Venen oder Arterien offen zu halten, bis hin zu neuen Arten von Satelliten oder sich entfaltenden Sonnenkollektoren.
"Diese Designs sind einfacher herzustellen. Sie benötigen lediglich einen Laserschneider", sagte Rafsanjani.
