Stellen Sie sich Folgendes vor: Mit einem einfachen Licht- oder Hitzeblitz faltet sich ein unauffälliges Stück Papier zu einem Kran zusammen und schlägt im Flug mit den Papierflügeln, während das Licht pulsiert. Obwohl das Konzept noch in den Anfängen steckt, sind die Wissenschaftler der Verwirklichung mit der kürzlich erfolgten Enthüllung eines selbstfaltenden Papiers auf Graphenbasis näher gekommen.
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Das neue, von Origami inspirierte Papier kann nicht wirklich wegfliegen. Aber Wissenschaftler haben es erfolgreich "programmiert", um sich in eine Kiste zu falten und im Inchworm-Stil zu laufen. Sie haben sogar eine gemeinsame Hand aus dem Papier geschaffen, die ein Objekt fünffach seines Eigengewichts fassen und halten kann, so die letzte Woche in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Studie.
"Wir dachten, es wäre interessanter, wenn ein Origami-Gerät sich nicht nur selbst falten, sondern auch von selbst bewegen kann, wie ein Origami-Kranich fliegen oder ein Origami-Drache laufen kann", so Hongzhi Wang, Autor der Zeitschrift und Materialwissenschaftler bei Die Donghua Universität in Shanghai, China, schreibt eine E-Mail.
Die Wissenschaftler konstruierten dieses selbstfaltende Papier, indem sie zwei Arten von Graphen schichteten - eine, die Feuchtigkeit hält, und eine, die dies nicht tut. Das Papier, das Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt, kann unter Infrarotlicht- oder Hitzeblitzen schnell austrocknen, wodurch es sich zusammenzieht. Indem die Wissenschaftler die Schichten dieses Papiers strategisch im Modell positionierten, schufen sie Gelenke oder Scharniere.
Wenn das Licht an ist, verbiegt sich das Papier. Wenn die Lichter ausgeschaltet sind, wird das Papier flacher. Dieser einfache, schnelle und reversible Vorgang kann über mehrere Zyklen wiederholt werden, ohne dass das Papier ausfällt. Um das Papier in eine Ecke zu lenken, positionieren die Wissenschaftler die Licht- oder Wärmequelle neu.
Wang und sein Team setzen große Hoffnungen auf ihre winzige Technologie, die als "Embryo eines neuartigen Roboters" bezeichnet wird. Das Papier könnte in das aufkeimende Feld von Mikrorobotern, künstlichen Muskeln und Tissue Engineering integriert werden. Es gibt auch eine mögliche Anwendung in der Solartechnik, um selbstklappende Solarmodule herzustellen.
"In naher Zukunft könnte sich sogar das Leben der Menschen verändern", schreibt Wang. "Zum Beispiel könnten smarte Klamotten ihre Form und ihren Stil als Reaktion auf Körpertemperatur, Umweltveränderungen oder andere sanfte Simulationen ändern."
Dies ist nicht das erste Material, das sich selbst faltet oder läuft. Polymere waren das Hauptaugenmerk früherer Bemühungen, aber diese Formgedächtnispolymere, kristallinen Polymere und Gele haben ihre Grenzen. Sie sind unter extremen Bedingungen instabil, teuer und in ihren Formen beschränkt.
"Verglichen mit den traditionellen aktiven Materialien ist die Struktur dieses Papiers einfacher, die Reaktion ist schneller, die Ausgabe ist effizienter", schreibt Wang.
Im Moment arbeiten Wang und sein Team daran, das System noch effizienter zu gestalten und das Papier zu verkleinern. Dabei wird nach einem Nano-Origami-Gerät mit ausschließlich Graphen gesucht.
