Smart Tools for Smart Design

Wissenstransfer zum Anfassen

Um Designern den Zugang zum komplexen Fachwissen über Smart Materials zu erleichtern, entstand im Forschungsprojekt ST4SD eine Toolsammlung - den Smart Tools - , die mit der visuellen, verbalen und greifbaren Sprache der Designer arbeitet. Sie schlägt die Brücke zwischen zwei Disziplinen. Neben dem Wissenstransfer von der Ingenieurwissenschaft zur Gestaltung geht es darum, einen Erfahrungsaustausch sowohl für Designer als auch Technologen herbeizuführen.

Materialkarten und Demonstratoren aus dem Projekt ST4SD

Die Smart Tools gliedern sich in mehrere, aufeinander aufbauende Formate. Den Einstieg bereiten die Funktions-Clips, welche die Eigenschaften der Smart Materials zeigen und Neugier wecken. Begleitet werden die Filme von einer sich stets erweiternden Fallstudiensammlung mit Referenzprojekten. Diese ermöglicht einen Überblick und zeigt das Spektrum der existierenden, visionären Konzepte mit Smart Materials bis hin zu etablierten Serienprodukten. Die Fallstudien sind nach Materialien und gestaltungsrelevanten Kategorien gegliedert. Vertiefende Informationen zu Funktionsweisen und Merkmalen der Werkstoffe finden sich auf den Materialkarten.

Farbcodierte Funktionsdemonstratoren ermöglichen mit einfachen und zugänglichen, selbst durchführbaren Versuchen, die Materialien in Aktion zu erleben und erleichtern ein erstes Abschätzen der Potentiale und Grenzen. Damit Designer selbst aktiv mit den Materialien experimentieren können, helfen zugängliche DIY-Anleitungen und digitale sogenannte Auslegungstools sowie eine umfassende Datenbank bei der Suche nach dem richtigen Material für einen definierten Zweck. Zusammengefasst werden alle Tools auf dieser interaktiven Website, die ein breites Publikum wirkungsvoll anspricht. Die Smart Tools können und sollen Technologie-Experten nicht ersetzen. Sie erleichtern und fördern die gemeinsame Zusammenarbeit und unterstützen dabei, Kommunikationsbarrieren abzubauen, um interdisziplinär, effektiv und konstruktiv gemeinsam Neues zu schaffen.

smeX-Kit - Material Tool-Kit

Experimentierset mit Experimenten zu Formgedächtnislegierungen und Piezokeramiken

smeX-Kit vermittelt die Materialcharakteristika smarter Werkstoffen für eine breite Nutzergruppe und deckt damit die Ansprüche unterschiedlicher Altersgruppen ab. Das Versuchs-Set ist so angelegt, dass es von leicht verständlichen Experimenten zu komplexen Anwendungen heranführt und befähigt, eigenständig und intuitiv mit dem intelligenten Material zu forschen. smeX-Kit vereint Werkstoffkunde mit anwendungsbezogenen Experimenten.

Ausführungen:

  • smeX-Kit Basic: Grundlegende Experimente mit thermischen Formgedächtnislegierungen
  • Demobausteine mit Formgedächtnislegierungen und Peizokeramiken
  • weitere Experimente in Entwicklung

Inhalte:

  • Lernschablonen zu den Experimenten
  • smeX-Kit Steckplatten
  • Thermische FGL
  • Strombox
  • Elektrische Bauteile zum Aufbau von Schaltungen

 

smeX-Kit will FGL mit seinen stark anwendungsbezogenen Eigenschaften für ein breites Publikum bereitzustellen. Die Multifunktionalität eignet sich somit bestens, junge Menschen frei und ungezwungen an das Themenfeld smart materials heranzuführen.

smeX-Kit eignet sich hervorragend zur Wissensvermittlung im Rahmen von Workshops und Exkursionen.
Weitere Informationen zum Arbeiten und Unterstützen des Experimentiersets!

 

smeX besteht aus Einzelkomponenten, die sich zu verschiedenen Experimenten zusammenfügen lassen

Solar Curtain

Self-sufficient sunblind for glass facades

Almost 40 percent of the total energy consumption in Germany is caused by the housing sector. Heating, cooling and ventilation of houses, office and public buildings is expensive. Especially office buildings with large glass facades are true energy squanderer. In summertime they turn into greenhouses, in winter the heating demand is growing rapidly due to insufficient insulation of glass surfaces. To reduce energy consumption, smart³ member institutions Fraunhofer IWU and weißensee Academy of Art developed wall components that react autonomously to sunlight and the heat thereof.

The "Solar Curtain" prototype, based on the draft of design student Bára Finnsdóttir, consists of a matrix of 72 individual textile components. Integrated into the fabric modules are shape memory alloys, 80 mm wires that remember their original shape when heated. If the facade heats up by sunshine, these nickel-titanium alloys are activated and contract. Thus, the fabrics open up noiseless like blossoms, preventing sunlight and heat from penetrating the facade, shading the interior.When the sun disappears, the elements close, rendering the facade transparent again.

In February 2016, Solar Curtain could convice the jury of the Fraunhofer-Ideenwettbewerb (Fraunhofer concept contest for innovative consumer goods) and won the first prize.

Logo GPA

Das smart³-Projekt „Solar Curtain – die intelligente Fassade“ wurde in die Top 10 in den Kategorien Bauen & Wohnen und Galileo Wissenspreis der GreenTec Awards 2017 gewählt.

 

Up And Down

Das intelligente Schafwolle-Rollo mit Erinnerungsvermögen

UP AND DOWN kombiniert Technik und Natur in einer Symbiose zweier Materialien, die unterschiedlicher nicht sein können. Die Vorteile von Wolle werden mit den High-Tech-Eigenschaften von Nickel-Titan-Legierungen verknüpft zu autarken, wetterbeständigen Verschattungsmöglichkeiten. Der von Laura Risch entworfene Demonstrator UP AND DOWN reagiert auf die Wärme, die durch Sonneneinstrahlung am Fenster entsteht; ist die Zieltemperatur erreicht, bewegt sich das Textil organisch nach unten und verschattet das Fenster so lange, bis die Sonneneinstrahlung nachlässt. Damit schafft UP AND DOWN eine selbstständige Verdunklung, die im Einklang mit dem natürlichen Umfeld agiert.

 

Als nachwachsender Rohstoff verfügt Wolle über hervorragende Eigenschaften etwa zu Wärmeisolation, Temperaturausgleich und Feuchtigkeitsaufnahme. Das natürliche Wollfett schützt das Textil zudem auf natürliche Weise, so dass keinerlei chemische Zusätze für die Behandlung notwendig sind. Die Formgedächtnislegierung aus Nickel-Titan ermöglicht durch den Gedächtniseffekt eine autarke Funktionsweise der Verschattung; durch den Wärmeeintrag erinnert sich das Material an seine Ausgangsform und schiebt so das Textil vor die Fensterscheibe. Der Verbund beider Materialien schafft ein lautlos fließendes Textil, das bei Sonneneinstrahlung die Fensterfläche bedeckt.

Demonstrator Up and Down von Laura Risch
UP&DOWN bewegt sich organisch, angetrieben lediglich durch die Wärmestrahlung der Sonne
Logo Bayerischer Staatspreis für Nachwuchsdesigner

"UP & DOWN" entstand als Abschlussarbeit an der Kunsthochschule Burg Giebichenstein. Für ihre Umsetzung einer autarken Verschattung wurde Laura Risch mit dem Bayerischen Staatspreis für Nachwuchdesigner 2016 im Bereich Textildesign ausgezeichnet.

Chamaeleon Membrane

 The chamaeleon membrane adapts a chamaeleon's ability to change its colours at changing solar radiation or temperatures. Colored facade elements in different layers simulate the chamaeleon's pigment cells. Shape memory alloys act as actuators and slide the colored layers at certain temperatures. Rising temperatures lead to a shift of the layers, the facade's color changes and the sun is blocked out.

Besides regulating a building's interior temperature, the surface can act as a variable display for communicating with the surrounding area.

The Chamaeleon Membrane has been chosen for the Green Product Award Stockholm Selection for innovative and sustainable design products and concepts.

LEAF

Let your houseplant speak

LEAF is the new communication mean between plant and owner. Attached to the plant pot, LEAF measures the conditions necessary for growth. Temperature, humidity and lighting conditions are registered and interpreted. The gotten information are visualized by leaf-shaped indicators that behave analog to the actual plant - beforehand your plant reacts to insufficient conditions. The movement ist realized by shape memory alloys integrated into the plastic fabrics. Thus, LEAF can operate noiseless and energy-efficient.

Cumulino

Active positioning system for infant cranial asymmetry prevention and cure

Since supine sleeping position is adviced to prevent sudden infant death syndrome (SIDS), the number of infatns suffering cranial asymmetry is rising. These deformations are caused either by positional anomalies in utero or postnatally by anomal position e.g. long periods of lying in one and the same position. Up to 19.7% of newborns in the fourth month are affected.

These deformations not only pose an obvious asthetic issue that continues through adulthood but also can go along with orthodontic problems, strabismus or retarded psychomotoric and cognitive development. Moreover, a distrubed blood flow of the brain can occur. Existing positioning cushions address these issues insufficient, escpecially the SIDS problem.

The active positioning cushion Cumulino prodcues relief; while the infant lies on the cushion, a steady movement of the head is stimulated. This is realized by steady changes of the cushion's form. Without interrupting the baby's sleep, different contact points of the cranium can be approached to prevent unbalanced strain.

Currently, Cumulino is enhanced as R&D project.

Surgical suction tubes

The surgical suction tubes based on shape memory alloys (SMA) have been developed for minimum invasive endo-nasal brain tumor removal. Compared to conventional suction tubes, the SMA tube can be adapted to a patient's anatomy by the surgeon. Thus, the winding access thorugh the nose to the tumor can be passed without injuring nerves, blood vessels or tissue. Healthy bone structures and tissue does not have to be removed in order to access the brain area.

After the operation the instrument can be sterillized in an autoclave. The arising temperatures cause the instrument to re-establish it's original straight state. Thus, the instrument is ready for use again, able to be adapted to the next patient's anatomy.

Smart-FLUOX

Growing electrification in nearly all technological areas cause rising need of mechatronic components such as actuators and sensors. At the same time, requirements regarding space and weight of these conponents rise. This increasing functionalities are bringing conventional actuator technoligies to the edge of what ist technically feasible, growing miniaturization is stopped. Technologies based on smart materials overcome this barrier.

The SmartFLUOX prototype uses shape memory alloys as actuators and, thus, saves space, weight and energy. As reliable as conventional releasing devices based on electromagnet, the SMA version realises the smart³ network's vision of a paradigm change of integated functionality and structure for futute product generations. By integrating the release function into the body of the aircraft's oxygen mask box, weight has been reduced by 90 % to conventional systems. Moreover thanks to the use of smart materials, needed space has been reduced by 80 %, needed energy by 85 %.

The SMA based release mechanism for aircraft oxygen mask has been chosen a finalist for the prize of excellent aircraft interior by the jury of the Crystal Cabin Award.