Origami-inspirierte Technik hat sich zu einer leistungsstarken Strategie zur Umwandlung flacher Strukturen in komplexe dreidimensionale Formen entwickelt, deren Anwendungen von Robotik und Optik bis hin zu biomedizinischen Geräten reichen. Im Mikromaßstab bleiben die meisten selbstklappbaren Systeme jedoch auf eine einzige programmierte Form beschränkt, danach ist ein manuelles Zurücksetzen erforderlich. Diese Einschränkung wird immer problematischer, da die Geräteabmessungen schrumpfen und physikalische Manipulationen unpraktisch werden. Um eine reversible Faltung, kontrollierte Entriegelung und zuverlässige Neukonfiguration in kleinen Maßstäben zu erreichen, ist eine präzise Koordination der Betätigungskräfte, Materialreaktionen und Stabilisierungsmechanismen erforderlich. Basierend auf diesen Herausforderungen ist es notwendig, ein Mikro-Origami-System zu entwickeln, das durch integrierte Betätigungs- und Verriegelungsmechanismen zu einer reversiblen, programmierbaren Formtransformation fähig ist.
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie berichten in Zusammenarbeit mit Partnern in Japan und Deutschland über ein umprogrammierbares Origami-inspiriertes Mikroaktuatorsystem in Mikrosysteme und Nanotechnik, Veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41378-025-01026-x) Im Jahr 2025. Die Studie stellt eine Miniaturplattform vor, die aus mehreren starren Fliesen besteht, die durch antagonistische Aktuatoren aus Formgedächtnislegierungen und reversible magnetische Riegel verbunden sind. Durch selektive Anwendung elektrischer Erwärmung kann das System autonom zwischen verschiedenen dreidimensionalen Konfigurationen wie einer Pyramide und einer Tabelle ohne physischen Eingriff wechseln und so einen neuen Weg zu umprogrammierbaren Mikromaschinen demonstrieren.
Im Kern des Systems befinden sich Paare antagonistischer Formgedächtnislegierungsmikroaktoren, die eine bidirektionale Faltung ermöglichen. Bei elektrischer Erwärmung biegt ein Aktuator die verbundenen Kacheln nach oben, während sein Gegenstück die Bewegung bei Aktivierung umkehren kann. Dieses antagonistische Design ermöglicht eine kontrollierte Faltung und Entfaltung mit Winkelbereichen von nahezu ±80 Grad, die durch magnetische Stabilisierung auf fast ±100 Grad erweitert werden.
Um gefaltete Konfigurationen zu verriegeln und zu entriegeln, integrierten die Forscher weichmagnetische Pads mit einer niedrigen ferromagnetischen Übergangstemperatur. Diese Pads erzeugen eine starke magnetische Anziehung zu einem nahegelegenen Permanentmagneten und stabilisieren die gefaltete Form. Bei lokaler Erwärmung über die Übergangstemperatur nimmt die Magnetkraft stark ab, sodass sich die Struktur selbst entriegeln und neu konfigurieren kann.
