Forscher der Universität Michigan veröffentlichten kürzlich eine theoretische Studie in den *Physical Review Letters*, in der sie vorschlagen, dass synthetische Materialien durch die Einführung chaotischer Mechanismen die komplexen Bewegungsfähigkeiten biologischer Gewebe simulieren können. Dieses Modell liefert neue Designansätze für die Entwicklung neuartiger Softroboter und -motoren.

Obwohl traditionelle synthetische Materialien die Weichheit und Elastizität biologischer Gewebe nachahmen können, stoßen sie bei der Realisierung schneller, hochenergetischer dynamischer Verhaltensweisen an ihre Grenzen. Suraj Shankar, Assistenzprofessor für Physik an der Universität Michigan, erklärte: „Wir sind an schnellen Bewegungen interessiert. Leistungsstarke Softmotoren und Softmaschinen zu entwickeln, die extrem schnelle Bewegungen ausführen können, ist eine große Herausforderung.“ Das vom Forschungsteam entwickelte theoretische Modell zeigt, dass durch die Kombination der mechanischen Eigenschaften von Materialien mit internen chemischen Reaktionen und dem Einsatz von Rückkopplungsmechanismen zur Kompensation der inhärenten Energiedissipation von Materialien komplexere Bewegungsmuster angeregt werden können.

Der Schlüssel zur Forschung liegt darin, die aktiven chemischen Reaktionen im Material auf mechanische Belastung reagieren zu lassen und so eine positive Rückkopplung zwischen Mechanik und Chemie zu erzeugen. Studienleiter Professor Xiaoming Mao von der Universität Michigan erklärte: „Um ein herzähnliches Verhalten in realen Materialien zu erzielen, benötigen wir einen Mechanismus, der dieser Energiedissipation entgegenwirkt. Hier nutzen wir eine chemische Reaktion.“ Ist diese Rückkopplung stark genug, wird die Trägheit des Systems sichtbar, und das Material kann scheinbar chaotische Zitter- oder Zuckbewegungen zeigen. Forscher Biswarup Ash fügte hinzu: „Diese oft übersehene Eigenschaft – die Trägheit des Systems – ist tatsächlich sehr wichtig. Sie erzeugt dieses interessante Phänomen.“

Derzeit wurden solche „aktiven Materialien“, die diese Theorie vollständig umsetzen, noch nicht hergestellt. Die Forscher geben jedoch an, dass die notwendigen Komponenten in verschiedenen Experimenten validiert wurden. Professor Mao meint: „Soweit wir wissen, sind diese Komponenten noch nicht kombiniert. Durch geschickte chemische Verfahren könnte dies aber in naher Zukunft gelingen.“ Diese Forschung wurde von der National Science Foundation und mehreren militärischen Forschungseinrichtungen finanziert.

Sie eröffnet neue Perspektiven für die Materialwissenschaften und die Softrobotik und zeigt, dass gezielt erzeugtes „Chaos“ der Schlüssel sein kann, um synthetischen Materialien lebensechtes dynamisches Verhalten zu verleihen.

Weitere Informationen: Autoren: Siddhartha Sarkar et al., Titel: „Complex Inertial Dynamics in Active Solids Driven by Mechatronic Feedback“, erschienen in Physical Review Letters (2025). Zeitschrifteninformationen: Physical Review Letters, arXiv