Hai-Haut als Vorbild für „Sound Computer“

Neues smartes Material der University of Southern California manipuliert Schallwellen gezielt. [...]

Forscher der University of Southern California (USC) haben ein smartes Material entwickelt, dass eine Manipulation der Verbreitung von Schallwellen erlaubt. Der neue Werkstoff, für den sich seine Erfinder von den speziellen Eigenschaften von Hautpartikeln von Haien inspirieren ließen, besteht aus Gummi und winzigen Eisen-Nanoteilchen und wird als eine Art „Sound Computer“ beschrieben: Er reagiert auf Magnetfelder, ist biegsam und kann akustische Signale auf Wunsch blockieren oder durchlassen.

Veränderung auf Knopfdruck

„Herkömmliche akustische Materialien weisen sehr komplexe Geometrien auf und werden oft aus Metall oder Hartplastik gefertigt. Wenn sie einmal produziert worden sind, lassen sie sich nicht mehr verändern“, erklärt Wang Qiming, Assistant Professor am Sonny Astani Department of Civil and Environmental Engineering der USC. Zur Veranschaulichung verweist er auf das Beispiel eines U-Bootes, das in seiner Hülle mit speziellen Materialien ausgestattet ist, um Schallwellen zu blockieren. „Das erlaubt es dem U-Boot, getarnt zu bleiben. Wenn aber ein verbündetes U-Boot in der Nähe ist, können beide nicht miteinander kommunizieren“, so der Fachmann.

Ein Werkstoff, der seine Eigenschaften quasi auf Knopfdruck ändern kann, um akustische Signale einmal auszusperren und einmal ungehindert passieren zu lassen, sei vollkommen neu und habe ein ungemein vielseitiges Anwendungspotenzial, gibt sich Wang überzeugt. „Mit traditionellen akustischen Materialien erzeugt man eine Struktur mit einer bestimmten Eigenschaft. Mit unserem neuen Material können wir mit nur einer Struktur viele verschiedene Eigenschaften erreichen und schaffen letztendlich eine Art ‚Sound Computer'“, betont der Forscher.

Erste Tests bereits erfolgreich

Dieser Sound Computer besteht im Wesentlichen aus einem Mix aus Gummi und kleinen Eisen-Nanopartikeln. Während der erste Werkstoff der Struktur die nötige Flexibilität verschafft, sorgen die Eisenteilchen dafür, dass man ihre Eigenschaften auf Wunsch von außen durch magnetische Stimuli manipulieren kann. „Mit einem Magnetfeld können wir das Material verformen, um etwa den Abstand zwischen zwei Bauteilen zu verringern. Ist dieser sehr klein, werden keine Schallwellen durchkommen, ist er groß, können akustische Signale leicht passieren“, schildert Wang.

Bei ersten Tests konnte der Wissenschaftler mit seinem Team erfolgreich demonstrieren, wie sich mithilfe des smarten Materials verschiedene typische Eigenschaften von mehreren elektronischen Geräten wie Schaltern, Logic Gates oder Dioden imitieren lassen. „Ein Schalter könnte beispielsweise bei Kopfhörern mit Rauschunterdrückung eingesetzt werden. Wenn man keine Geräusche von außen zulassen will, stellt man das Magnetfeld so ein, dass keine akustischen Signale durchgehen. Will man hören, was um einen herum passiert, stellt man es einfach wieder um“, so der USC-Professor.