de.wedoany.com-Bericht: Die KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology, Präsident: Bae Joong-sik) gab am 20. Juli bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Il-Kwon Oh vom Fachbereich Maschinenbau eine photothermisch angetriebene superverformbare Struktur entwickelt hat. Mithilfe eines einzigen UV-Laserprozesses ließ das Team eine flache dünne Platte aus Nickel-Titan-Formgedächtnislegierung (SMA) unter Lichteinwirkung von einer ebenen Fläche zu einer dreidimensionalen Form aufwölben.
Die nächste Generation von Wearables und weichen Robotern erfordert sowohl Leichtigkeit und Dünnheit als auch die Fähigkeit, bei Bedarf ihre Form zu ändern. Solche Technologien gelten als Grundlage für Formdisplays, adaptive Oberflächen, Wearable-Schnittstellen und weiche Roboter. Das Forschungsteam entwarf präzise Schnitt- und Faltmuster auf einer flachen dünnen Metallplatte, die es ihr ermöglichten, sich in vorgegebene dreidimensionale Formen zu verwandeln. Das Designprinzip basiert auf der Kunst des Papierschneidens (Kirigami).
Formgedächtnislegierungen sind spezielle Metalle, die auch nach einer Verformung bei Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur ihre voreingestellte Form wieder annehmen. Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Fähigkeit, große Kräfte zu erzeugen, werden sie häufig als Schlüsselmaterialien für weiche Roboter und Wearable-Aktoren eingesetzt. Herkömmliche photothermische SMA-Aktoren stehen jedoch vor einer Einschränkung: Die Oberfläche von Nickel-Titan (NiTi) kann nahes Infrarotlicht nicht effektiv absorbieren. Um diesen Mangel auszugleichen, ist in der Regel eine separate Beschichtung mit lichtabsorbierenden Schichten wie Graphenoxid, Polymerverbundstoffen oder Titannitrid (TiN)-Dünnschichten erforderlich. Diese externen Beschichtungen können sich bei wiederholtem Betrieb ablösen, erfordern eine zusätzliche Verarbeitung, können die Wärmekapazität erhöhen und die Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamen, was sowohl die Herstellbarkeit als auch die Antriebsleistung einschränkt.
Um dieses Problem zu lösen, verwendete das Forschungsteam eine UV-Laser-Mikrobearbeitungstechnologie, um auf einer dünnen SMA-Platte Kirigami-Strukturen zu erzeugen und gleichzeitig durch laserinduzierte Oxidation eine mikronanoporöse Titandioxid (TiOₓ)-Schicht auf der Oberfläche zu bilden. Dadurch wurde die Absorption von nahem Infrarotlicht erheblich verbessert, ohne dass eine separate externe Beschichtung erforderlich war. Das Team realisierte außerdem eine Plattform, die durch Anpassung der Strukturparameter (wie Scharnierbreite und Schlitzbreite) eine präzise Steuerung der Höhe der dreidimensionalen Verformung und der daraus resultierenden Kraftabgabe ermöglicht. Der Kern der Forschung liegt darin, die mechanische Verformungsweise der Struktur und die Lichtabsorptionseffizienz gleichzeitig in eine einzige Metallstruktur zu programmieren.
Darüber hinaus wandte das Team eine Technik zur räumlich kontrollierten Musterung des laserinduzierten Oxidationsgrads an. Verschiedene Bereiche konnten sich unter gleichmäßiger, identischer Lichteinstrahlung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten nacheinander verformen. Die Forscher beschrieben dies als „raumzeitliche Antriebssteuerung", was bedeutet, dass die Reihenfolge und der zeitliche Ablauf der Verformung direkt durch die Lichtabsorptionseigenschaften in das Material selbst kodiert werden, ohne dass eine separate elektronische Steuerung erforderlich ist.
Das Forschungsteam integrierte die photothermische SMA-Superstruktur weiter mit einem mehrkanaligen NIR-LED-Array und erweiterte sie zu einem dreidimensionalen Formdisplay und einer haptischen Schnittstelle. Jede SMA-Kirigami-Einheit bewegte sich unabhängig voneinander, basierend auf dem selektiv eingestrahlten Licht. Auf dieser Grundlage zeigte das Team erfolgreich die Buchstabenfolge K→A→I→S→T an und realisierte haptische Navigationssignale zur Richtungsanzeige.
Professor Il-Kwon Oh erklärte, dass diese Laserprogrammiertechnologie eine herstellungsfreundliche Plattform sei, die ohne separate Beschichtungsprozesse sowohl mechanische Verformung als auch optische Eigenschaften in eine einzige Metallstruktur kodieren könne. Die Technologie könne breit in der nächsten Generation von lichtgesteuerten intelligenten verformbaren Schnittstellen wie adaptiven Oberflächen, interaktiver Haptik und photothermischen weichen Robotern eingesetzt werden. Der Masterstudent Hyunsoo Kim vom Fachbereich Maschinenbau ist der Erstautor, Professor Il-Kwon Oh der korrespondierende Autor. Die Forschungsergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht und auf der inneren Rückseite des Umschlags von Band 13, Ausgabe 31, vom 4. Juni 2026 abgedruckt.
