DE1944621A1

DE1944621A1 - Kuenstliches,sich nach Programm selbst verformendes Material

Info

Publication number: DE1944621A1
Application number: DE19691944621
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr-Ing Prof Dr Oppelt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-04
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1971-03-11

Description

Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material In der modernen Technik spielen künstliche Materialien eine große Rolle. Ihre Eigenschaften können nämlich weitgehend auf die vorliegenden Anforderungen abgestimmt werden, während die Eigenschaften bei natürlichen Materialien im wesentlichen festliegen.
Die künstlichen Materialien sind jedoch noch weit davon entfernt, das leisten zu können, was die Natur mit dem lebenden Gewebe der tierischen und pflanzlichen Organismen leistet. Dieses lebende Gewebe hat einmal die Eigenschaft des *Wachsenkönnens, zum anderen die Eigenschaft der "Selbstregeneration nach Verletzungen", die beide bei-kUnstlichen Materialien nicht ohne weiteres verwirklichbar sind. Das lebende Gewebe hat aber andererseits auch die Eigenschaft, sich nach gegebenem Programm verformen zu können und auf diese Weise bestimmte räumliche Bewegungen ausführen zu können. Auf diese Weise wird z. B. die peristaltische Bewegung der Darmwände hervorgerufen oder die Kriechbewegungen einer Schnecke oder eines Wurmes. Wenn es gelänge, ähnliche Eigenschaften einem künstlichen Material zu geben, würden sich damit neue Möglichkeiten für die technische Anwendung eröffnen.
Im folgenden wird ein Vorschlag gemacht, wie ein solches künstliches Material aufgebaut werden kann, das sich nach einem vorgegebenen Programm selbst verformt. Das Material soll aus elastischen Xammern oder Zellen bestehen, die voneinander getrennt sind und die durch einen Steuermechanismus in geeigneter Weise mit einem Druckmittel aufgefüllt werden können. Dies zeigt Bild 1, wo ein solches Material im Schnitt dargestellt ist. Die elastischen Wände sind mit 1 bezeichnet. Zum Auffüllen und Entleeren des Druckmittels dienen elastische Schlauchleitungenp2, die durch Öffnungen 3 mit den Kammern in Verbindung stehen. An Steile von Druck kann verständlicherweise auch Sog benutzt werden; auch die gleichzeitige Benutzung von Druck und Sog ist möglich. Als bevorzugtes Druckmittel wird ein Gas, z. B. Luft, benutzt, doch können auch Flüssigkeiten verwendet werden.
Die Steuerung des Druckmittels zu den einzelnen Kammern kann auf verschiedene Weise erfolgen: beispielsweise ist eine rein mechanische Steuerung Aber einen Lochstreifen möglich, dessen Offnungen das Druckmittel zu den einzelnen Kammern zutreten lassen.
Bevorzugt werden jedoch Einrichtungen, bei denen eine gemeinsame Versorgungsleitung für das Druckmittel unmittelbar zu den einzelnen Kammern geführt ist und sich vor jeder Kammer ein Steuerventil befindet, das durch ein Steuersignal betätigt wird. Das Steuersignal kann beispielsweise durch einen elektrischen Strom gegeben sein und in diesem Falle würde ein elektropneumatisches bzw. elektrohydraulisches Steuerventil benutzt werden. Die (in diesem Fall elektrischen) Signalleitungen werden zu dem Programmgeber geführt, der beispielsweise wieder durch einen Lochstreifen oder ein Magnetband gegeben sein kann.
Zum einfachen Einbau der Steuer- und Versorgungsleitungen, sowie der Steuerventile und ähnlicher Einrichtungen wird das Material zweckmäßigerweise durch Zusammenfügen (z. B. Kleben, Vulkanisieren und dergleichen) aus einzelnen Schichten hergestellt, die jeweils selbst nur eine Dicke von wenigen Kammern besitzen. Vor dem Zusammenfügen können dann die entsprechenden Teile eingefügt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Einrichtung wird die Programmierung der Zellen des künstlichen Materials durch eine Rechenmaschine vorgenommen, die die geeigneten Steuerbefehle an ihrem Ausgang herausbringt. Am Eingang der Rechenmaschine werden die gewünschten Bewegungen des Materials eingegeben. Eine derartige Bewegung ist als Beispiel in Bild 2 gezeigt. Dort ist die Krümmung eines aufrecht atehenden künstlichen Materials nach rechts dargestellt, indem die links liegenden Zellen mit Druck gefüllt werden, während die weiter rechts liegenden Zellen im wesentlichen keinen Druck erhalten. Durch das +-Zeichen sind die mit Druck gefüllten Kammern hervorgehoben. Soll das Material nur bestimmte Aufgaben erfüllen, dann kann es auch zweckmäßig sein, bestimmte Kammern stets gemeinsam zu aktivieren.
Von besonderer Bedeutung ist, daß das Material durch geeignete Programmierung sich räumlich auf einer Unterlage fortbewegen kann.
Bild 3 zeigt, wie die einzelnen Zellen aktiviert werden müssen, um das Material zwischen zwei Begrenzungswänden hindurchwandern zu lassen. Die drei dazu notwendigen Schritte sind in den Abbildungen 3a bis 3e gezeigt. Bild 3a zeigt den Ausgangszustand. In Bild 3b werden die mittleren Zellen entlastet und durch Aktivierung von linksseitig liegenden Zellen nach rechts verschoben. Durch Aktivieren der mittleren Zellen in Bild 3c werden diese zur Abstützung gegenüber der oberen und unteren Begrenzungswand herangezogen. In Bild 3d werden die ganz rechts und ganz links liegenden Zellen entlastet und rücken auf diese Weise weiter nach rechts.
Die Neuaktivierung dieser Zellen in Bild 3e hat schließlich eine räumliche Verschiebung dieses Teils des Materials nach rechts ergeben.
Durch andere Programmierung kann erreicht werden, daß das Material, wenn es als Unterlage unter einem schweren Kärper dient, mit diesem Körper sich davonbewegt. Viele andere Möglichkeiten sind denkbar.
Eine besondere Ausgestaltung dieses künstlichen Materials3 die vom lebenden Gewebe nicht dargestellt werden kann, ergibt sich jedoch, wenn man im Material Trennfugen vorsieht, die wieder nach Programm absichtlich geöffnet und geschlossen werden können. Dazu muß zuerst der Mechanismus einer solchen Trennfuge beschrieben werden. Bei dem hier betrachteten Aufbau eines solchen künstlichen Materials aus einem elastischen Grundstoff, der in Zellen auf gen teilt ist, kann eine solche Trennfuge durch Ineinanderverhaken geeignet ausgeführter Einzelzellen geschehen. Solche Zellen können beispielsweise als aufblasbare, dann ball- oder keulenförmige Körper 4 gestaltet werden, die am Ende kleiner schlauchartiger Zuführungsleitungen 5 sitzen. Abbildung 4.zeigt eine solche Anordnung im aktivierten, aufgeblasenen Zustand. Wenn diese Gebilde dagegen drucklos sind, kann die Trennstelle beliebig geöffnet und geschlossen werden, ohne sich gegenseitig zu verhaken, Bild 5.
Erst wenn Druck auf diese Verbindungselemente gegeben wird, verhaken sie sich gegenseitig und stellen damit eine Verbindung der beiden Materialien her, die Zug- und Scherkräfte aufnehmen kann.
Es genügt offensichtlich bereits, nur die eine Seite aus aufblasbaren Elementen aufzubauen und an der Gegenseite feste, stecknadelförmige Elemente 6 vorzusehen, wie Bild 6 für den nicht aktivierten Zustand zeigt.
Sieht man in dem künstlichen programmierbaren Material an geeigneten Stellen derartige Trennstellen vor, dann lassen sich weitere überraschende Wirkungen erzielen. Durch geeignete Programmierung können jetzt beispielsweise Teile des Materials sich von diesem erheben und auf diese Weise Wirkungen erzielen, die den Gliedmaßen der lebenden Wesen ähnlich sind. Die in Bild 7 gezeigte Reihe von nebeneinanderstehenden Bildern zeigt beispielsweise das zeitliche Nacheinander eines solchen Vorganges, bei dem aus dem Material sich ein Glied abhebt, um einen Gegenstand 15 zu ergreifen. Im Material sind dabei mehrere Trennfugen a, b, c, d, e, f, g vorgesehen, von denen in diesem Fall jedoch nur die Trennstellen d und e geöffnet werden.
Durch das öffnen einer solchen Trennfuge entstehen an ihrer Stelle zwei Oberflächen, die in Bild 7c mit d1 und d2 sowie mit el und e2 bezeichnet sind. Die Endflächen E1, E2, E3 und E4 sollen in diesem Beispiel ebenfalls aktive Verbindungslemente 4, 5 besitzen, während die restlichen äußeren Oberflächen des Materials nur mit passiven Verbindungselementen 6 bestückt sein sollen. Auf diese Weise kann jetzt bei h eine neue Verbindungsstelle hervorgerufen werden, indem sich dort die frei gewordene Fläche e1 ansetzt, Abb. 7d. Diese neue hergestellte Verbindungsstelle kann zur Kräfteübertragung hinzugezogen werden, beispielsweise um den Gegenstand 15 festzuhalten.
Durch geeignete Programmierung können andererseits auch Hohlräume im Innern des Materials erzeugt werden. Dies zeigt beispielsweise Bild 8, wo die in Bild 7 gezeigte Trennstelle d geöffnet ist und sich der Hohlraum durch Aktivieren der dar umliegenden Zellen bildet.
Es ist möglich, einen größeren Block aus diesem künstlichen, programmierbaren Material als autarkes Gebilde aufzubauen, indem man in seinem Inneren eine Energiequelle anordnet, die beispielsweise durch einen Brennstoffmotor 7 betrieben wird und dadurch elektrische und pneumatische Energie zur Verfügung stellt, Bild 8.
Auch eine geeignete Rechenanlage 8 kann sich innerhalb des Materials befinden. Sie wird zweckmäßigerweise nach Art des hierarchischen Prinzips zur Programmierung auf einzelne Unterrechenanlagen 9, 10, 11, 12 verteilt, die sich an verschiedenen Stellen im Material befinden und dort bestimmte häufig vorkommende Programme z. B. das Bewegungsprogramm, das Greifprogramm und dergleichen zur Verfügung stellen.
Die Anordnung kann weiterhin im Sinne eines "kUnstlichen Wesen" ausgestaltet werden, indem sie an ihrem Äußeren oder auch an den vorbereiteten Trennstellen geeignete Fühlorgane 13 zur Aufnahme von taktilen, akustischen, optischen, thermischen, elektrischen und anderen Reizen erhält, und auf diese Weise mit der Umwelt in Beziehungen treten kann. Auch können die Trennstellen und Außenflächen trennbare Verbindungseinrichtungen für Signal- und Energieleitungen 14 (z. B. Steckverbindungen) enthalten. Auf diese Weise kann z. B. der Energievorrat des Materials von außen aufgefüllt werden. Es kann aber auf diese Weise sich ein Abschnitt des Materials von diesem abtrennen und an anderer Stelle wieder anfügen. Dies ist in Abb. 7e gezeigt, wo die neu gebildete Zusammenfügungsstelle el-h solche Energieverbindungseinrichtungen enthalten soll, so daß die vorher vorhandene Verbindungsstelle b nunmehr vollständig gelöst werden kann. Zweckmäßigerweise enthält bei diesem Abtrenn- und Wiederangliedorungavorgang das sich abtrennende Stück in sich eine der vorgesehenen Unterrechenanlagen, die an der Programmierung des Vorganges beteiligt ist. In Bild 7e ist der Unterrechner 11 dargestellt.

Claims

Patentansprüche

1. Künstliches, sich nach Programm selbst verf ormendes Material, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material aus einem elastischen Grundstoff 1 besteht, der in einzelne Kammern aufgeteilt ist, und daß der Über- oder Unterdruck in den einzelnen Kammern durch einen Steuermechanismus nach einem vorgegebenen Programm eingestellt werden kann.

2. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck- oder Sogmittel bis zu den einzelnen Kammern geführt ist und sich an der Kammer ein Steuerventil befindet, das durch eine besondere Signalsteuerleitung betätigt wird.

3. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechenanlage vorgesehen ist, die das Programm zur Aktivierung der einzelnen Kammern herstellt und die entsprechenden Steuerleitungen aktiviert.

4. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rechenanlage innerhalb des Materials befindet.

5. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenanlage nach Art des hierarchischen Prinzips in mehrere Unterrechner aufgeteilt ist.

6. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Materials Trennstellen vorbereitet sind1 die durch einen geeigneten, steuerbaren Mechanismus geöffnet und geschlossen werden können.

7. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trennatellen aus pneumatisch oder hydraulisch aktivierbaren Elementen bestehen, die sich im aktivierten Zustand gegenseitig verhakon.

8. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente aus schlauchähnlichen elastischen Stäbchen 5 bestehen, an deren Ende aufblasbare ball- oder keulenförmige Gebilde 6 angeordnet sind.

9. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trennstellen auch trennbare Verbindungen für Signal- und Energieleitungen angeordnet sind.

10. Künstliches, sich nach Programm selbst verformendes Material, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche des Materials Verbindungselemente nach Anspruch 6, und/oder 7, und/oder 9 vorgesehen sind.

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