Aktorik
Stellen Sie sich vor, Bewegung würde nicht durch externe Systeme erzeugt, sondern direkt aus dem Material selbst entstehen.
Aeromaterialien ermöglichen elektrisch angetriebene Aktorik indem sie thermische Energie in Druckänderungen innerhalb einer porösen Struktur umwandeln – wodurch Kompressoren, Pumpen oder jegliche pneumatische Infrastruktur überflüssig werden.
Die Herausforderung
Herkömmliche Aktorik – insbesondere pneumatische und vakuumbasierte – sind auf externe Infrastruktur wie Kompressoren, Pumpen, Ventile und Schläuche angewiesen. Dies führt zu:
umfangreiche und komplexe Systemarchitekturen
hoher Energieverbrauch und Ineffizienzen
Inkompatibilität mit kompakten, mobilen oder dezentralen Systemen
Wartungsanforderungen und potenzielle Schwachstellen
Da die Automatisierung immer flexibler und dezentraler wird, steigt der Bedarf an kompakten, effizienten und leicht integrierbaren aktorischen Lösungen .
Was Aeromaterialien leisten können
Unser Aeromaterial auf Kohlenstoffbasis Aeromaterial aus einem leitfähigen, hochporösen Netzwerk, das sich elektrisch schnell erwärmen lässt. Dies ermöglicht ein einzigartiges Aktorik :
Elektrische Eingangsleistung > thermische Reaktion
Das Material erwärmt sich aufgrund seiner extrem geringen Wärmekapazität und thermischen Masse schnellThermische Reaktion > Druckänderung
Die Luft im porösen Netzwerk dehnt sich ausDruckänderung > Aktorik
Die sich rasch ausdehnende und zusammenziehende Luft wird genutzt, um Kolben, Aktoren und Vakuumgreifer lokal anzutreiben
Die wichtigsten Vorteile:
Keine externe Pneumatik erforderlichAktorik direkt im Material erzeugt
Schnelle Reaktionszeiten
Aufgrund geringer thermischer Masse und großer OberflächeKompaktes und modulares Design
Ermöglicht die direkte Integration in Endeffektoren oder ähnliche SystemeEnergieeffizienter Betrieb
Impulsgesteuerte Aktorik - keine DauerleistungSkalierbare Architektur
Von Einzelkomponenten bis hin zu Arrays aus unabhängig voneinander steuerbaren Aktoren
Dies ermöglicht eine neue Klasse elektrisch angetriebener pneumatischer Funktionen – ohne pneumatische Infrastruktur.
Anwendungs-beispiele
Vakuumgreifer (EOAT)
Kompressorfreie Greiflösungen für Robotik und Automatisierung
Soft Robotics und adaptive Systeme
Leichte und dezentrale Aktorikelemente
Mikroaktoren
Präzise Steuerung in kompakten oder eingebetteten Umgebungen
Tragbare und mobile Automatisierungssysteme
Für Anwendungen, bei denen herkömmliche Pneumatik ungeeignet ist
Möchten Sie Systeme entwickeln, die kompakte, effiziente und infrastrukturunabhängige Aktorik erfordern?
Relevante wissenschaftliche Veröffentlichungen
Aeromaterial kann innerhalb von Millisekunden durch Joule-Erwärmung auf mehrere hundert Grad erhitzt werden, wodurch sich die in seiner porösen Struktur eingeschlossene Luft rasch ausdehnt. Dadurch entsteht ein steuerbarer Druckimpuls oder Luftstrom – ganz ohne bewegliche Teile, Kompressor oder externe Luftzufuhr.
Electrically powered repeatable air explosions using microtubular graphene assemblies Schütt, Rasch et al. — Materials Today, 2021 Die Veröffentlichung, die das Grundprinzip der Aktorik mit Aeromaterialien darlegt: schnelle, wiederholbare und elektrisch ausgelöste Druckerzeugung mit Aeromaterial als Wandler. Demonstrierte Aktoren mit Leistungsdichten von über 40 kW/kg sowie Pumpen, Gasdurchflussmesser und Thermophone. Lesen Sie die Veröffentlichung
Graphene-Based Thermopneumatic Generator for On-Board Pressure Supply of Soft RobotsReimers et al. — Soft Robotics, 2025 Zeigt, wie dieses Prinzip weiche Robotergreifer autonom antreiben kann – ohne externen Kompressor oder pneumatische Infrastruktur. Ein einziges kompaktes Modul kann einen 4,2 cm³ großen Behälter in 50 Millisekunden auf ~140 mbar unter Druck setzen. Lesen Sie die Veröffentlichung
Underwater Thermoacoustic Generation by a Hierarchical Tetrapodal Carbon Nanotube NetworkLiu et al. — ACS Nano, 2024 Erweitert den thermoakustischen Effekt auf Unterwasserumgebungen. Ein 3D-Kohlenstoffnanoröhren-Netzwerk aus derselben Materialfamilie erzeugt stabile Breitband-Schallwellen von 100 Hz bis 10 kHz – ein Schritt in Richtung kompressorfreier Lautsprecher, Sonargeräte und akustischer Aktuatoren. Lesen Sie die Veröffentlichung