News: Bestens organisiert
In den winzigen Getrieben zukünftiger Mikromaschinen müssen Reibung und Verschleiß minimal sein. Mit neuartigen Zahnrädchen dürfte dies kein Problem sein, ihre Zähne sind flüssig und organisieren sich permanent neu.
© (Ausschnitt)
Obschon vielerorts mechanische von elektronischen Bauteilen verdrängt werden, hat in der Mikrotechnik die Zukunft von Zahnrädern und Getrieben gerade erst begonnen. Irgendwann einmal sollen sie winzig kleine Robotorinsekten antreiben oder aderdünne Sonden für die zielgerechte Versorgung mit Medikamenten. Allerdings klaffen zwischen Phantasie und technischer Machbarkeit mitunter riesige Lücken - etwa in Gestalt der Material fressenden Reibung.
Dieses Problem haben Forscher von der Harvard University jetzt zumindest prinzipiell überwunden: Sie entwickelten ein Getriebe, welches sich permanent neu organisiert und somit keinerlei Abnutzung zeigt.
Dazu ließen Jessamine Ng und ihre Mitarbeiter einige Millimeter große, vollkommen zahnlose Rädchen auf einer organischen Flüssigkeit schwimmen und sich selbsttätig zu Getrieben formieren. Das klingt wie Zauberei, funktioniert aber im Prinzip wie der Duschvorhang, der ständig den Kontakt zu uns sucht - nämlich durch die Kräfte der Oberflächenspannung. Sie lassen die Rädchen zu Zahnrädchen werden und bewegen sie auf der Flüssigkeit zueinander.
Jene Rädchen sind an ihrer Außenseite streifenförmig beschichtet, sodass sie abwechselnd anziehend und abstoßend auf die Flüssigkeit wirkt. Auf diese Art und Weise bildet sich am Rand der Rädchen eine wellenförmige Flüssigkeitsstruktur aus - die Zähne des Zahnrads. Mithilfe eines unter dem Behältnis rotierenden Magneten können diese schwimmenden "Zahn"rädchen zueinander dirigiert und in Drehung versetzt werden. Der Kraftschluss zwischen zwei Rädchen erfolgt schließlich allein durch die kapillaren Kräfte entlang der flüssigen Zähne, die, weil sie sich ständig aus der Flüssigkeit neu bilden, niemals abnutzen.
Sogar Getriebe mit gänzlich zahnlosen Rädchen sind möglich, weil die rotierende Kraft des einen gleichfalls völlig abnutzungsfrei auf ein zweites übertragen wird, und zwar allein mittels der Reibungskräfte in der Flüssigkeit - ganz ähnlich wie es bei einer hydraulischen Automatikkupplung im Auto auch geschieht, und das im Millimetermaßstab und allein durch die ausgewogene Umsetzung magnetischer, hydrodynamischer und kapillarer Kräfte.
Dieses Problem haben Forscher von der Harvard University jetzt zumindest prinzipiell überwunden: Sie entwickelten ein Getriebe, welches sich permanent neu organisiert und somit keinerlei Abnutzung zeigt.
Dazu ließen Jessamine Ng und ihre Mitarbeiter einige Millimeter große, vollkommen zahnlose Rädchen auf einer organischen Flüssigkeit schwimmen und sich selbsttätig zu Getrieben formieren. Das klingt wie Zauberei, funktioniert aber im Prinzip wie der Duschvorhang, der ständig den Kontakt zu uns sucht - nämlich durch die Kräfte der Oberflächenspannung. Sie lassen die Rädchen zu Zahnrädchen werden und bewegen sie auf der Flüssigkeit zueinander.
Jene Rädchen sind an ihrer Außenseite streifenförmig beschichtet, sodass sie abwechselnd anziehend und abstoßend auf die Flüssigkeit wirkt. Auf diese Art und Weise bildet sich am Rand der Rädchen eine wellenförmige Flüssigkeitsstruktur aus - die Zähne des Zahnrads. Mithilfe eines unter dem Behältnis rotierenden Magneten können diese schwimmenden "Zahn"rädchen zueinander dirigiert und in Drehung versetzt werden. Der Kraftschluss zwischen zwei Rädchen erfolgt schließlich allein durch die kapillaren Kräfte entlang der flüssigen Zähne, die, weil sie sich ständig aus der Flüssigkeit neu bilden, niemals abnutzen.
Sogar Getriebe mit gänzlich zahnlosen Rädchen sind möglich, weil die rotierende Kraft des einen gleichfalls völlig abnutzungsfrei auf ein zweites übertragen wird, und zwar allein mittels der Reibungskräfte in der Flüssigkeit - ganz ähnlich wie es bei einer hydraulischen Automatikkupplung im Auto auch geschieht, und das im Millimetermaßstab und allein durch die ausgewogene Umsetzung magnetischer, hydrodynamischer und kapillarer Kräfte.
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