按下按钮即可更改形状

可编程材料是真正的变形器。只需按一下按钮，它们就可以以可控和可逆的方式改变它们的特性，独立适应新的条件。例如，它们可用于制作舒适的椅子或防止褥疮的床垫。为了生产这些，支撑以接触表面大的方式形成，结果降低了身体各部分的压力。

这种类型的可编程材料由FraunhoferClusterofExcellenceProgrammableMaterialsCPM的研究人员开发，他们计划在行业合作伙伴的帮助下将其推向市场。他们的目标之一是减少资源的使用。

世界上有许多人卧床不起——无论是由于疾病、事故还是年老。由于受影响的人通常无法自行移动或翻身，因此他们往往会患上非常痛苦的褥疮。将来，借助可以编程以完全适应其形状和机械性能的材料，应该可以避免褥疮。

例如，由可编程材料制成的床垫的身体支撑可以通过按下按钮在任何给定区域进行调整。此外，支撑层的形成方式使得在一个点上的强压力可以分布在更宽的区域上。放置压力的床区域会自动变得更柔软、更有弹性。护理人员还可以调整符合人体工程学的躺姿，以最适合他们的病人。

材料和微结构

FraunhoferCPM的研究人员正在开发需要特定刚度或形状变化的应用材料，该机构由六个核心研究所组成，旨在设计和生产可编程材料。那么，我们如何对素材进行编程呢?

“基本上，有两个关键领域可以进行调整：基础材料——床垫的热塑性聚合物和其他应用的金属合金，包括形状记忆合金——更具体地说，微观结构，”Heiko博士解释说。Andrä，FraunhoferCPM核心研究所之一的FraunhoferInstituteforIndustrialMathematicsITWM的主题发言人。

“这些超材料的微观结构由晶胞组成，晶胞由小梁和薄壳等结构元素组成。”虽然传统蜂窝材料(如泡沫)中每个单元的大小及其结构元素随机变化，但可编程材料中的单元也是可变的——但可以精确定义，即编程。

例如，可以以这样一种方式进行编程：特定位置上的压力将导致床垫其他区域的特定变化，即增加接触面的尺寸并为身体的某些区域提供最佳支撑.

材料也会对温度或湿度产生反应

材料应表现出的形状变化及其反应刺激——机械应力、热量、湿度甚至电场或磁场——可以通过材料及其微观结构的选择来确定。

“可编程材料可以让产品适应特定的应用或人，使它们比以前更具多功能性。因此，它们不需要经常更换。在节省材料和可持续性方面特别有趣，“FraunhoferCPM的另一个核心研究所FraunhoferInstituteforMechanicsofMaterialsIWM的副发言人FranziskaWenz说。这也可以创造附加值，从而使产品适应用户的个性化需求。

申请之旅

一块材料可以代替整个传感器、调节器和执行器系统。FraunhoferCPM的目标是通过将系统的功能集成到材料中并减少材料多样性来降低系统的复杂性。“在开发可编程材料时，我们始终将工业产品放在心上。因此，我们考虑了批量生产过程和材料疲劳等因素，”Wenz说。

与行业合作伙伴的初步试点项目也已经在进行中。研究团队预计，最初，可编程材料将作为现有系统组件的替代品，或用于医疗床垫、舒适座椅、可变阻尼鞋底和防护服等特殊应用。“逐渐地，可编程材料的使用比例将会增加，”Andrä说。最终，它们可以用在任何地方——从医药和体育用品到软机器人，甚至太空研究。

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