Wissenschaftler erschaffen lebendige Materialien, die eigenständig kriechen, laufen und graben

Ihre neuesten Experimente offenbaren Verhaltensweisen, die einige der etabliertesten Regeln Mechanik infrage stellen und langfristig dazu beitragen könnten, die nächste Generation weicher Robotik und adaptiver Maschinen zu gestalten. Die meisten Materialien, Menschen Alltag begegnen, sind passiv. Stahlträger, Gummibänder, Glas Beton bewegen sich oder verformen sich nur, wenn etwas ßen sie drückt, dehnt oder zusammendrückt.

Aktive Materie funktioniert anders. Diese Systeme verbrauchen kontinuierlich Energie und wandeln sie Bewegung oder mechanische Veränderungen um. Natur bietet zahlreiche Beispiele: Fischschwärme bewegen sich in koordinierten Wellen, Vogelschwärme ändern ihre Richtung fast augenblicklich, und lebende Zellen reorganisieren sich ohne zentralen Steuerungsmechanismus.

Bausteine der neuen Materialien sind Stäbe, die durch kleine Motoren verbunden sind und Material aktiv machen. Wechselwirkungen sind nicht-reziprok: Wird System ückt, reagiert es anders als Druck überliegenden Seite. Bildnachweis: Bild Autoren. Konstruktion aktiver Materialien Labor Aktive Materie beschränkt sich nicht auf Biologie. Wissenschaftler können sie auch Labor mit vergleichsweise einfachen Komponenten herstellen.

In den letzten Jahren haben Forscher

In den letzten Jahren haben Forscher Amsterdam, Cambridge Neusüdwales aktive Materialien entwickelt, die Stäben, Gummibändern und winzigen Motoren bestehen. Diese Systeme zeigen ungewöhnliches und möglicherweise nutzbares Verhalten. Zwei kürzlich ührte Studien wurden für Veröffentlichung angenommen.

Beispiel beginnt mit einem einfachen Vergleich: Komprimiert man einen Papierzettel zwischen Fingern, knickt er in eine Richtung ein. Drückt man den gebogenen Abschnitt nach innen, schnellt er plötzlich in die entgegengesetzte Richtung um. Da Zettel aus inaktiver Materie besteht, findet dieses Knicken Umschnappen unter äußerem Druck nur einmal statt.

Wenn Materialien geraten Forscher stellten fest, dass aktive Materialien bei diesem Prozess sich völlig anders verhalten. Um eine aktive Version Systems zu schaffen, verbanden Teammitglieder Stäbe zu einer Kette und setzten an Gelenken kleine Motoren ein.

Diese Motoren erzeugten nicht-reziproke Wechselwirkungen, was

Diese Motoren erzeugten nicht-reziproke Wechselwirkungen, was bedeutet, dass Stab je nach dem benachbarten Stab, der Bewegung auslöste, unterschiedlich auf Bewegung reagieren konnte. Anstatt sich nur einmal zu knicken und umzudrehen wiederholten die aktiven Ketten Bewegung kontinuierlich und erzeugten Oszillationen.

Forscher berichten, dass der übliche „kritische Punkt", an dem Knicken eintritt, nun als „kritischer Ausnahmepunkt" bezeichnet wird. In Praxis ermöglicht dies Ketten Bewegungen, die Kriechen, Gehen oder Graben erinnern. Ergebnisse wurden Al-Izzi South Wales Du in Proceedings of National Academy Sciences veröffentlicht. Bild einer der buckelnden Ketten wurde Cover Zeitschrift ausgewählt.

Nach Angaben Forscher könnte Arbeit dazu beitragen, autonome Materialien mit mehreren Funktionen zu entwickeln, insbesondere für flexible weiche Roboter, die ohne zentralisierte Steuerungssysteme arbeiten können. Herausforderung eines grundlegenden mechanischen Prinzips: Ingenieure stützen sich häufig auf Prinzip, das Allgemeinen besagt, dass sich Verhalten auf kleinen Skalen auf größere Strukturen übertragen lässt.

Beispiel führt eine Versteifung einzelner Bauteile

Beispiel führt eine Versteifung einzelner Bauteile einer Struktur in Regel auch zu einer Versteifung der gesamten Struktur. Team stellte fest, dass aktive Materie dieser Regel nicht immer folgt. Unter Verwendung eines zweidimensionalen Gitters Motoren Stäben stellten Forscher fest, dass eine Erhöhung Aktivität der einzelnen Bausteine tatsächlich zu einer geringeren Gesamtaktivität Struktur führen kann.

Sie untersuchten, wie sich Elastizität der größeren Struktur Abhängigkeit Komponenten verändert. Bedeutung Perkolation Forscher ermittelten, dass das großskalige Verhalten davon abhängt, wie sich aktive mikroskopische Komponenten Material ausbreiten, Prozess, der Perkolation bekannt ist. Sie verglichen diesen Effekt mit Durchströmen Kaffeepartikel zu dicht gepackt, kann Wasser nicht effizient hindurchfließen.

Ebenso kann eine hohe Konzentration weniger aktiver Komponenten verhindern, dass elastische Antworten sich Material ausbreiten, selbst wenn andere Bereiche weiterhin hochaktiv sind. Die zweite Studie, die Forschungsteam Universität Amsterdam geleitet wurde, wurde für Veröffentlichung Physical Review X angenommen.

Moegliche Anwendungen

Forscher glauben, dass Bruch Le-Chatelier-Prinzips in aktiver Materie wichtige Implikationen für Wissenschaftler haben könnte, Systeme wie biophysikalische Gele, epitheliale Monoschichten und neuromorphe Netzwerke untersuchen.

Erkenntnisse könnten auch zukünftige Forschung Physik, Weichkörperwissenschaft, Maschinenbau, Lebenswissenschaften Robotik beeinflussen. „Nonreciprocal buckling makes active filaments polyfunctional", Du, Jonas Veenstra, Richard G. Morris, Anton Souslov, Andreas Carlson, Corentin Coulais Jack Binysh, 13. März 2026, Proceedings of National Academy Sciences.

DOI: 10.1073/pnas.2531723123 „Mehr ist weniger in unperkolierenden aktiven Festkörpern", Guido Baardink, Jonas Veenstra, Corentin Coulais Anton Souslov, 13. April 2026, Physical Review X. DOI: 10.1103/flhb-kjyd