Ein Forschungsteam der Abteilung für Maschinenbau Paul M. Rady an der University of Colorado Boulder hat kürzlich im „Journal of Applied Physics“ eine Studie über Materialien aus verzahnten Partikeln veröffentlicht. Das Team entdeckte, dass Partikel mit einer an Heftklammern erinnernden „Zweibeinform“ das größte Verzahnungspotenzial aufweisen. Aus solchen Partikeln zusammengesetzte, verzahnte Materialien können gleichzeitig hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit zeigen – eine Kombination, die bei herkömmlichen Materialien eher selten ist.

Das Forschungsteam untersuchte den Zusammenhang zwischen Partikelgeometrie und mechanischen Eigenschaften mittels Monte-Carlo-Simulationen und „Pick-up“-Tests. Doktorand Saeed Pezeshki erklärte: „Das aus Stapelpartikeln hergestellte verzahnte Partikelmaterial zeigt gleichzeitig hohe Festigkeit und Zähigkeit.“ Die Studie ergab außerdem, dass der Verzahnungsgrad des Materials durch Anwendung verschiedener Vibrationsmodi nach Bedarf verändert werden kann: Leichte Vibrationen lassen die Partikel stärker ineinander greifen und erhöhen die Festigkeit, während stärkere Vibrationen sie vollständig lösen. Professor François Barthelat, Leiter des Labors für fortgeschrittene Materialien und Bionik, beschrieb es so: „Es ist ein merkwürdiges Material, weil es offensichtlich keine Flüssigkeit ist, aber auch nicht ganz fest.“

Ein weiteres Merkmal dieses verzahnten Partikelmaterials ist seine schnelle Montage- und Demontagefähigkeit. Doktorand Youhan Sun erklärte, dass im Gegensatz zu glattem Sand die Veränderung der Partikelform deren Verbindungsfähigkeit erheblich beeinflussen kann. Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass große Strukturen wie Gebäude und Brücken in Zukunft mit solchen verzahnten Partikelmaterialien entworfen werden könnten, um Demontage und Recycling zu ermöglichen. Barthelat fügte hinzu, dass die Technologie möglicherweise im Bereich der Schwarmrobotik Anwendung finden könnte, wo kleine Roboter sich ineinander verhaken, um Aufgaben zu erfüllen, und sich danach wieder lösen – „ein bisschen wie der flüssige Metall-T-1000 aus „Terminator 2“.

Derzeit testet das Team eine neue Partikelform mit zusätzlichen hervorstehenden „Beinen“, ähnlich den Klettfrüchten von Pflanzen, um stärkere Verzahnungseigenschaften zu erzeugen. Barthelat sagte: „Wir wissen noch nicht, wohin das führen wird, aber wir werden weiter forschen.“

Veröffentlichungsdetails: Autoren: Saeed Pezeshki et al., Titel: „Kombinierte Auswirkungen von Partikelgeometrie und angewendeter Vibration auf die Mechanik und Festigkeit verzahnter Materialien“, erschienen in: Journal of Applied Physics (2026). Zeitschrifteninfo: Journal of Applied Physics