Auf dem Weg zum T-1000

Forscher stellen ein Material vor, das seine Form vorprogrammiert verändern kann

Arnold Schwarzenegger bekommt in Terminator 2 einen besonders fiesen Gegner: Der T-1000 besteht aus einer speziellen Legierung, die sehr schnell vom festen in den flüssigen Zustand wechseln und so beinahe jede Form annehmen kann. Die genaue Zusammensetzung bleibt das Geheimnis von Skynet. Es gibt durchaus Legierungen, die dafür in Frage kämen - Fieldsches Metall etwa, das aus Indium, Bismut und Zinn besteht, schmilzt schon bei 62 Grad Celsius, Woodsches Metall (Bismut, Blei, Cadmium und Zink) sogar schon bei 60 Grad.

Von den Fähigkeiten des Terminator-Grundstoffs (dem seine Erfinder auch eine Grundlage aus zellgroßen Nanomaschinen andichteten) sind Forscher aber heute noch weit entfernt. Dabei sind ihre Form verändernde Stoffe in der Technik von großem Interesse, etwa als Biomaschinen für das Körperinnere des Menschen, in der Raumfahrt oder im Katastrophenschutz.

Die einfachste Herangehensweise ist eine geschickte Mechanik, wie wir sie von den Transformer-Spielzeugen kennen. Tatsächlich sind hier dank Mikromechanik überraschende Effekte möglich - quadratmetergroße Solarsegel werden beim Start einer Sonde längst auf kleinstem Raum zusammengefaltet.

Formgedächtnislegierungen oder Formgedächtnispolymere

Spannender sind jedoch Stoffe, die unter bestimmten Bedingungen ihre Form ändern oder eine frühere Form wieder annehmen. Je nach Zusammensetzung meint man damit Formgedächtnislegierungen oder Formgedächtnispolymere. Allgemein werden solche Stoffe als intelligente Werkstoffe oder auch "smart materials" bezeichnet.

Die bisher damit erdachten Anwendungen haben eine Gemeinsamkeit: Das schlaue Material reagiert auf einen bestimmten Stimulus. Es wird zum Beispiel auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, dem Sonnenlicht ausgesetzt oder kommt in Kontakt mit einer chemischen Substanz. Das ist natürlich insofern erwünscht, als die Formänderung eben nicht unwillkürlich passiert. Aber es schränkt auch die Einsatzmöglichkeiten ein - der Anwender muss in der Lage sein, im richtigen Moment den passenden Anstoß zu geben.

In Grenzen programmierbar

In Nature Communications stellen Wissenschaftler jetzt ein Material vor, das diese Einschränkung überwindet. Der Stoff, den die US-Chemiker entwickelt haben, lässt sich als in gewissen Grenzen programmierbar beschreiben - wobei es (noch?) nicht um herkömmliches Programmieren geht.

Eher ist der Prozess mit der komplizierten Mechanik einer Taschenuhr vergleichbar, wo ein Rädchen ins andere greift, um eine präzise Zeitanzeige zu ermöglichen. Als Zahnräder fungieren hier chemische Bindungen, die Verformungsenergie für bestimmte Zeit speichern und dann exakt abgeben können. Dabei erreichen die Forscher je nach konkreter Konstruktion eines Bindegliedes Zeitskalen zwischen wenigen und einigen Tausend Sekunden, die geschickte Aneinanderreihung solcher Glieder macht dann die eigentliche Programmierung aus.

Ist der Prozess erst einmal zum vorprogrammierten Zeitpunkt gestartet, lässt er sich nicht mehr aufhalten. Die Formveränderung lässt sich allerdings auch reversibel gestalten.

Die Forscher verwendeten für ihr Experiment so genannte Hydrogele. Dabei handelt es sich um Wasser enthaltende, aber nicht wasserlösliche Polymere, die als besonders gewebekompatibel gelten und auch etwa die Festigkeit menschlichen Gewebes besitzen. Die Technik könnte sich insofern besonders für biomedizinische Anwendungen und minimalinvasive Chirurgie eignen.