Smarte Materialien

Sensoren, die Roboterbewegungen überwachen; Materialien, mit denen Schwingungen und Schallwellen manipuliert werden können; Holz, dem neue und ungewöhnliche Eigenschaften verliehen werden, oder Textilien, mit denen ein Smartphone bedient werden kann – kurzum: Materialien mit Köpfchen. Erleben Sie im Themenschwerpunkt «Smarte Materialien», welche ungeahnten Möglichkeiten in alltäglichen Materialien stecken.

Ein wachsames Früchtchen

Auf der langen Reise von der Obstplantage ins Ladenregal können Früchte schnell einmal verderben. Vor allem die Kühlung in den Cargo-Containern ist nicht immer gewährleistet, und bisherige Methoden messen dies nur unzureichend. Ein an der Empa entwickelter Sensor verspricht hier Abhilfe. Er sieht aus wie eine Frucht, verhält sich wie eine Frucht – ist in Wahrheit aber ein Spion. Erfahren Sie, wie er funktioniert.

Holz – ein bekannter Werkstoff mit überraschenden Eigenschaften

Holz ist nicht gleich Holz. Während die «traditionellen» Einsatzmöglichkeiten dieses Rohstoffes beschränkt scheinen, lassen sich Hölzer mittlerweile so modifizieren, dass sie ungeahnte, völlig neuartige Eigenschaften aufweisen. So können Empa-Forschende Holz zum Beispiel wasserabweisend oder magnetisch machen oder dafür sorgen, dass sie sich nach entsprechenden Vorgaben wie von selbst verformen. Das wiederum ermöglicht ganz neue Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in der Architektur oder für Industrieprodukte. Lernen Sie Holz auf ganz neue Art und Weise kennen!

Tropenholz aus Schweizer Ahorn

«Swiss Wood Solutions» ist ein Spin-off der Empa und der ETH Zürich. Das junge Unternehmen modifiziert Schweizer Hölzer aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern und stellt Holzprodukte her, für die bislang tropische Edelhölzer verwendet werden mussten, wie Instrumente oder Holzschwerter. Ziel ist es, tropische, häufig illegale Edelhölzer bald einmal mit Schweizer Holz zu ersetzen. Erleben Sie vor Ort, was mit modifiziertem, einheimischem Holz alles möglich ist.

Gebäude wieder in Form bringen

Sogenannte Formgedächtnislegierungen wie «memory-steel» gehören zu denjenigen Entwicklungen aus den Empa-Labors, die bereits ihren Weg in das Schweizer Bauwesen gefunden haben. Mit der neuartigen Stahllegierung werden hierzulande Gebäude verstärkt und wieder in Form gebracht. Warum dies sinnvoll und nötig ist und wie sie genau funktioniert, erfahren Sie von unseren Forschenden.

Gestählter Stahl

Wie lassen sich Bauteile verstärken? Forschende der Empa versuchen mit neuartigen Methoden und Technologien, einzelne Komponente wie Stahlteile länger vor Ermüdung zu bewahren und damit Bauwerken ein längeres Leben zu verleihen. Beobachten Sie Erschöpfungsrisse in Stahlteilen und erleben Sie hautnah, wie solche Teile wieder zur alten Stärke verholfen wird.

Ein Figürchen aus Formgedächtnislegierung

Sogenannte Formgedächtnislegierungen wie «memory-steel» haben das Potential, unsere gebaute Umwelt erheblich sicherer zu machen. Stellen Sie eine eigene Figur aus einer Formgedächtnislegierung her; unsere Forschenden demonstrieren ihnen daran, warum dieses Material so einzigartig ist.

Sensoren, die Roboter überwachen

Immer häufiger werden Roboter zur Ausführung routinemässiger Arbeiten eingesetzt. Doch wer überwacht die Roboter? Bisher sind das Menschen. Doch auch die Überwachung von Maschinen kann «ausgelagert» werden – und zwar mit Hilfe von Sensoren aus elastischen Materialien, die die Bewegungen des Roboters überprüfen und bei Fehlfunktionen den Fehler gleich selbst beheben. Wie das funktioniert zeigen die Forscherinnen und Forscher anhand eines Roboterarms, der sich – ausgestattet mit sogenannten piezo-resistiven Sensoren – bei einer Fehlfunktion neu startet.

Atome und Moleküle bei der Arbeit

Wie lässt sich aus Mikroelektronik Nanoelektronik machen – und diese erst noch kontrollieren? Die Arbeit mit Atomen, die 1000-mal kleiner sind als ein menschliches Haar, eröffnet ungeahnte Möglichkeiten. Schauen Sie genau hin, denn mit modernster Technik wird so einiges sichtbar: Wie sieht die Oberfläche eines Graphen-Nanobandes aus? Oder die von Schokolade? Wir zeigen, wie sich lebende Zellen und einzelne Moleküle bewegen und wie verschieden das Leben von Elektronen in kleinen Dimensionen sein kann.

Mit Kristallen gegen Lärm

Wie funktionieren «phononische» Kristalle? Diese makroskopischen Kristallstrukturen, die die Ausbreitung von Schallwellen abschwächen, werden an der Empa sicht- und spürbar gemacht. Erleben Sie anhand eines interaktiven Experiments das Funktionsprinzip dieser neuartigen Materialien.

Bad Hair Day oder wie funktioniert Elektrostatik?

Elektrostatische Aufladungen kennt jeder, sind uns doch alle schon die Haare zu Berge gestanden. Doch wie bzw. wodurch wird die Ladungstrennung eigentlich erzeugt? Und welche Bedeutung hat Elektrostatik für moderne Prozessmaschinen der Mikro- und Nanotechnik? Einige anschauliche Experimente geben Antworten darauf.

Ein Kabel aus Stoff

Ein Kabel aus Stoff? Klingt schräg, ist aber möglich. Forschende der Empa arbeiten an der Integration von elektronischen Komponenten in Textilien, zum Beispiel für lasttragende Seile aus Kunststofffasern. Ein textiles Seil mit Kabeln aus Stoff, die zur Datenübertragung oder auch als Sensor genutzt werden, ist ein erster Prototyp dieser Forschung.

Der perfekte Rasen

Kunstrasen enthält oft ökologisch und gesundheitlich bedenkliches Granulat. Die Empa erforscht und entwickelt Kunstrasen, die ohne dieses auskommen – und erst noch deutlich bessere Eigenschaften haben. So richten sich die einzelnen Fasern immer wieder auf und vermeiden Hautschürfungen und Verbrennungen. Lernen Sie die unterschiedlichen Formen von Kunstrasen kennen und testen Sie darauf Ihr fussballerisches Können – beim Torwandschiessen!

Empa-Bauteile im Weltall & Fügen wie der Blitz 

Zwei Materialien stabil und beständig miteinander zu verbinden ist nicht immer einfach. Doch es gibt innovative Methoden, um selbst schwierig zu verbindende Materialien zusammenzufügen. Wir zeigen, wie das funktioniert, und welche dieser filigranen gefügten Komponenten bereits den Weg ins Weltall gefunden haben. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera demonstrieren wir Ihnen das blitzschnelle Fügen mit reaktiven Nanofolien.

Für immer vereint? – Wie stabil sind Fügeverbindungen?

Wenn Materialien einmal miteinander verbunden sind, sollten sie halten. Doch wie fest sind diese Fügeverbindungen tatsächlich? Raten und testen Sie mit! Schaffen Sie es die Verbindungen zu zerstören?