Schließen Sicherheitshinweise für Gas-Standherde. Bitte klicken Sie hier.
Self Assembly

Wenn Objekte sich selbst erschaffen

Wir machen Dinge smart, ohne sie in Roboter zu verwandeln!

Der Herr der Dinge: Skylar Tibbits, Architekt und Computerwissenschaftler leitet zusammen mit Jared Laucks das Self-Assembly-Lab des MIT. Er entwickelt programmierbare Materialien und Objekte, die sich selbst zusammenbauen.

Skylar Tibbits Skylar Tibbits im Self-Assembly-Lab des MIT

Herr Tibbits, wann immer ich etwas zusammenbauen muss, zum Beispiel einen Ikea-Schrank, mündet das in wenig Erfolg und viel Verzweiflung. Als ich zum ersten Mal vom Prinzip Self-Assembly hörte, dachte ich: „Endlich! Es gibt Hoffnung!“ Liege ich da richtig? Wir arbeiten noch nicht konkret an dem sich selbst zusammenbauenden Schrank. Aber das ist ein gutes Beispiel für etwas, bei dem komplexe Einzelteile auf komplexe Weise zusammenfinden müssen. Und eines der Ziele der Self-Assembly-Forschung ist es tatsächlich, Wege zu finden, wie sich Materialien selbst zusammenfinden und -fügen können.

Vom Ikea-Schrank mal abgesehen: Warum braucht man das? Im Moment fließen unglaublich viel Energie, Rohstoffe, Geld und Zeit in den Versuch, Dinge besser und effizienter zusammenzubauen. Mit Hilfe des Prinzips Self-Assembly, wären wir in der Lage, komplexe Objekte schneller und effizienter zu erschaffen – indem die Dinge das einfach selbst übernehmen.

Klingt gut. Aber wie funktioniert das? Das Prinzip Self-Assembly braucht immer drei Zutaten: Das erste ist die Geometrie der Objekte oder Materialien, mit denen man arbeitet. Zweitens braucht man eine Methode, um die Teile miteinander zu verbinden. Das dritte ist eine Aktivierungsenergie, die man hinzuführen muss, damit das auch passiert.

Wie spielen diese drei Elemente zusammen? Wenn man die Geometrie eines Materials oder eines Objekts verändert, verändern sich auch dessen Eigenschaften, die Flächen, Ecken, Kanten – oder zum Beispiel auch die Spannung innerhalb eines Objekts. Die Verbindungen wiederum können über verschiedene Methoden zustande kommen. Die Teile können magnetisch sein oder sich per Klettband verknüpfen, das ist ganz egal. Wichtig ist, dass die Teile sich nur in der einen wirklich richtigen Position richtig verbinden können, so dass sie sich wieder lösen, wenn sie es nicht tun.

Verbindung durch Aktivierungsenergie Verbindung durch Aktivierungsenergie

Das heißt man baut eine Art automatische Fehlerkorrektur mit ein? Exakt! Und die Aktivierungsenergie braucht man, um die einzelnen Teile in Bewegung und so miteinander in Kontakt zu bringen. Man kann sie in einer Trommel zum Schleudern bringen, sie in einem Glas schütteln, sie in einem Wassertank mit einer Pumpe umher wirbeln oder mit Ventilatoren durch die Luft pusten. Wichtig ist am Ende, dass die Teile in genau der richtigen Geometrie gebaut sind, mit genau der richtigen Energie aktiviert werden und sich an genau den richtigen Stellen verbinden – und eben nur an denen.

Spannend, aber das klingt alles noch sehr theoretisch. Wo werden wir das Prinzip zum ersten Mal im all täglichen Einsatz sehen? Ich denke, den größten Effekt könnte es im Baugewerbe haben, da hat die Idee Self-Assembly natürlich das größte Potenzial. Aber ob es dort als erstes ankommen wird, bezweifle ich. Die Bauindustrie ist eher langsam im Aufgreifen neuer Innovationen – verglichen mit der Pharmaindustrie, der Luftfahrtindustrie oder auch dem Militär. Ich kann mir vorstellen, dass wir in der Katastrophenhilfe beginnen werden, denn da gibt es nicht nur die notwendigen Mittel, es gibt auch einen gewissen Innovationsdruck. Es wäre natürlich gut, wenn man unter extremen Bedingungen sehr schnell und einfach ohne viel Manpower etwas Hilfreiches konstruieren könnte.

Reinigen sich Küchen bald von alleine?

Auch die BSH arbeitet bereits mit und an Methoden des „Self-Assembly“ – allerdings auf molekularer Ebene. Im Center of Corporate Innovation and Technology in Zaragoza (Spanien) untersuchen Forscher und Entwickler, wie Moleküle sich selbst so zusammensetzen können, dass dabei Materialien mit völlig neuen Eigenschaften entstehen.

"Dabei haben wir vor allem die Oberflächen der Zukunft im Fokus", sagt Dr. Carmen Artal, Head of Advanced Materials Technology. „Wir entwickeln Materialien, die sich auf molekularer Ebene so verbinden, dass sie zum Beispiel extrem wasserabweisend sind, oder auch sich selbst reinigende Oberflächen.“

Wer jetzt darauf hofft, sich eine komplett selbst reinigende Küche bestellen zu können, muss sich noch ein wenig gedulden. „Noch sind wir in der Entwicklung“, sagt Dr. Artal, „aber in nicht allzu ferner Zukunft wird es solche Küchen geben."

Gibt es schon Partner dafür, mit denen Sie konkret etwas bauen? Nein, noch sind wir nicht so weit. Wir sind erst noch dabei, die Möglichkeiten zu erforschen. Anders ist es beim Thema programmierbare Materialien, diese sind ein weiter Forschungsschwerpunkt des Self-Assembly Lab. Und da kooperieren wir bereits mit einer ganzen Reihe von Firmen.

Was muss man sich unter programmierbaren Materialien vorstellen? Wir sind jeden Tag umgeben von physischen Materialien – ob das Produkte sind, Kleidung, Gebäude, Autos, Flugzeuge, Schuhe. Und wir versuchen all diese Dinge immer smarter und intelligenter zu machen. Wir glauben nur leider oft, der einzige Weg das zu erreichen, sei es, alle Dinge mehr oder weniger in einen Computer oder in einen Roboter zu verwandeln. Das Problem ist: Computer und Roboter kosten viel Geld und Strom, sie sind anfällig für Fehler und sie zusammenzubauen dauert lange. Ja, wir wollen Dinge und Materialien smarter machen, aber ohne die Komplexität und die Kosten zu erhöhen. Wir wollen also keine Roboter oder Computer in Dinge einbauen, wir wollen lieber die Materialien selbst smart machen – indem wir sie direkt programmieren.

Licht faltet Carbonschichten auf Licht faltet Carbonschichten auf

Materialien programmieren? Wie macht man das? Das erste, worauf es dabei ankommt, ist natürlich das verwendete Material – also zum Beispiel Holz, Metall, Plastik oder Schaum. Das zweite ist die Energie. Man muss eine Energie einbringen, um das Material zu aktivieren und so dazu zu bringen, etwas zu tun. Holz zum Beispiel reagiert auf Feuchtigkeit. Wenn man Metall oder Plastik verwendet, arbeitet man vielleicht mit Wärme als Aktivierungsenergie. Und bei wieder anderen Materialien funktioniert Licht am besten. Und wenn man nun die Materialien in der richtigen Weise verarbeitet, indem man sie mit anderen Materialien verknüpft oder sie in ihrem Inneren oder Äußeren mit bestimmten Strukturen versieht, programmiert man sie. Man versieht sie mit einem Code, der abgerufen wird, sobald man sie mit Hilfe von Energie aktiviert. Und dann sehen wir den dritten Schritt, der immer das Ziel ist von programmierbaren Materialien: eine Veränderung des Materials, eine Transformation.

Wie sieht so eine Transformation aus? Die Transformation kann darin bestehen, dass sich etwas faltet oder verdreht oder aufrollt. Es kann eine Expansion des Materials sein oder ein sich Zusammenziehen. So kann man Holz dazu bringen, sich in einer genau festgelegten Weise zu verdrehen, wenn es feucht wird. Man kann Textilien entwickeln, die durchlässiger werden, wenn sie Wärme ausgesetzt werden oder dünne Carbonschichten, die sich auffalten, wenn sie mit Licht in Berührung kommen.

An welchen Produkten oder Anwendungen arbeiten sie da schon? Wir haben zum Beispiel für Airbus und Caritex ein Maschinenteil aus programmierbarem Carbonfaser entwickelt, die sich im Inneren des Antriebs bei einer bestimmten Temperatur oder Windgeschwindigkeit nach oben biegt und so für eine andere Luftdurchströmung sorgt. Und all das ohne Motor, ohne Energiezufuhr, ohne Elektronik oder Mechanik – also auch mit weniger Fehlerquellen. Wir arbeiten an Autospoilern, die ähnlich funktionieren, wir entwickeln Sportkleidung, die sich je nach Wärme anpasst und wir haben einen Schuh aus Textilien gebaut, der allein durch die in ihn einprogrammierte Oberflächenspannung in die richtige Form springt. Man könnte dadurch bei der Herstellung viele Arbeitsschritte sparen. Und wir haben auch einen Tisch entwickelt, den man in einer flachen Verpackung anliefern kann und der dann in Form springt, sobald man ihn auspackt.

Aha! Das geht doch schon in genau die richtige Richtung! Das stimmt, aber bei Ikea gibt es das noch nicht.

Interview: Lars Gaede

Skylar Tibbits ist ausgebildeter Architekt, Designer, Computerwissenschaftler und Künstler. In seiner Arbeit als Assistant Professor im Department of Architecture am MIT und als Ko-Direktor und Gründer des Self-Assembly Lab am International Design Center des MIT in Boston konzentriert er sich auf die Entwicklung von Technologien, wie sich Objekte selbst zusammensetzen. Tibbits hat zwahlreiche Auszeichnungen erhalten, etwa als Innovator of the Year (R&D Magazine, 2015), 2015 National Geographic Emerging Explorer (National Geographic, 2015) und Inaugural WIRED Fellow (2014). Tibbits hat früher unter anderem bei Zaha Hadid Architects, Asymptote Architecture oder Point b Design gearbeitet und ist außerdem Gründer von SJET LLC, einem multidisziplinären Designstudio.

Weitere Infomationen zum Projekt finden Sie hier.

Neugierig geworden? Mehr über die Welt von morgen finden Sie hier .

Fotos und Video © Roderick Aichinger

Media cart Kontakt Nach oben