Das Netzwerk smart³ hat sich auf vier zukunftsweisende Themenfelder festgelegt, aus denen Leitanwendungen herausgearbeitet und Produkte bis hin zur Serienreife entwickelt werden:
smart production | smart living | smart health | smart mobility

Smart Production

Innerhalb des Themenfeldes smart production werden Komponenten für die Weiterentwicklung von Produktionssystemen und -prozessen entwickelt. Hauptaugenmerk liegt dabei sowohl auf Langlebigkeit und Robustheit als auch auf der hohen Verfügbarkeit der Komponenten.

Leitanwendung: Prozessnahe Sensorik und Aktorik und selbstadaptierende Komponenten

Die Entwicklung hybrider Prozesse und selbstoptimierender Systeme stellt einen wesentlichen Trend innerhalb der Produktionstechnik dar. Insbesondere gilt hierbei, Zustandsinformationen möglichst prozessnah zu gewinnen und ebenfalls möglichst nah an der Wirkstelle in den Prozess eingreifen zu können. Dank ihrer Fähigkeiten zur Strukturintegration eignen sich smart materials besonders für den Einsatz in diesem Bereich. Ihre Materialeigenschaften prädestinieren sie zudem als selbstadaptierende Maschinenkomponenten, die autonom und autark auf veränderliche Bedingungen reagieren.

Leitanwendung: Alternative Aktorik für Automatisierungskomponenten

Konventionelle Aktoren wie Elektromagnete stoßen hinsichtlich Miniaturfähigkeit, Energieeffizienz und Dynamik immer häufiger an ihre Grenzen. Smart materials bieten die Möglichkeit, diese Grenze aufzulösen und Funktionswerkstoffe somit als ersetzende bzw. integrative Produkte zu etablieren.

Leitanwendung: Flexible Produktionssysteme

Zunehmende Individualisierung und sinkende Losgrößen zwingen Hersteller immer stärker zur Flexibilisierung von Produktionssystemen. Aktor-Sensor-Komponenten aus Funktionswerkstoffen können hier klassische Komponenten ersetzen bzw. ergänzen. Durch höchste Miniaturisierung bei gleichzeitig wachsendem Funktionsumfang können sie direkt an der Schnittstelle zwischen Werkstück und Werkzeug platziert werden und ermöglichen damit direkte Eingriffsmöglichkeiten bei der Schnittstellengestaltung.

smart materials als Teil der Produktionstechnologie

Smart Living

Das Themenfeld smart living bündelt Alltagsanwendungen, die mit dem Nutzer interagieren und Bestandteil der täglichen Lebensumwelt sind. Hierunter fallen hinsichtlich smart materials insbesondere Lifestyleprodukte und Anwendungen der Gebäudetechnik.

Leitanwendung: Intelligente Konsumgüter

Ziel ist es, Konsumgüter um die Vorteile von smart materials zu erweitern. Aus diesem Grund sind Ingenieure, Designer und Sozialwissenschaftler gleichermaßen an der Entwicklung neuer Produkte beteiligt. Durch die so entstehende Produktgestaltung soll die Akzeptanz von Produkten auf Basis von smart materials maßgeblich erhöht werden.

Leitanwendung: Intelligente Gebäude und Gebäudetechnik

Zur Steigerung der Energieeffizienz in Wohn- und Nutzbauten entwickeln die Mitglieder von smart³ Produkte zur Gewinnung von Energie bzw. autark agierende Systeme. Letztere bieten beispielsweise die Möglichkeit, Gebäude automatisch an entsprechende Umweltbedingungen anzupassen oder neue Wege in der Gestaltung von Gebäuden zu beschreiten. Dank des Einsatzes von smart materials ist dies Platz sparend und ohne aufwendige Sensor- bzw. Aktortechnologie möglich.

Consumer- & Lifestyle-Produkte auf Basis von smart materials

Smart Health

Hinsichtlich der Entwicklung von Implantaten, medizinischen Hilfsmitteln und Instrumenten steht die Erweiterung des Funktionsumfangs im Vordergrund der FuE-Projekte von smart³. Durch die Integration von smart materials sollen die Geräte insbesondere um aktorische und sensorische Funktionen erweitert werden.

Leitanwendung: Intelligente Implantate und Hilfsmittel

Im Bereich der Medizintechnik sollen insbesondere Implantate sowie Hilfsmittel, die den Heilungsprozess aktiv unterstützen, bzw. präventive Hilfsmittel entwickelt werden. Durch die Integration der Funktionswerkstoffe wie etwa Formgedächtnislegierungen kann ein hoher Grad an Funktionsintegration erreicht werden. Insbesondere die sensorische (z.B. zur Erfassung des Patientenzustands direkt im Implantat) und die aktorische Applikation (z.B. die aktive Verankerung von Implantaten) liegen hier im Fokus der Entwicklung.

Leitanwendung: Intelligente Instrumente

Konventionelle, passive chirurgische Instrumente mit sensorischer und aktorischer Funktionalität auszustatten ist ein weiteres Entwicklungsfeld im Bereich smart health. Dank der Integration von smart materials erhalten die Operateure somit etwa direktes Feedback über den Patientenzustand und können durch diese Rückkopplung deutlich feinfühliger agieren.

smart health: intelligente Werkstoffe für Medizinprodukte

Smart Mobility

Automobilbau, Schienenverkehr und Luftfahrt zeichnen sich durch eine hohe Forschungsintensität aus. Gleichzeitig stehen diese Branchen unter einem stetigen Innovationsdruck hinsichtlich des Funktionsausbaus und der Reduktion von Gewicht und Energiebedarf. Smart materials eignen sich hier, um eine neue Generation an Komponenten zu generieren.

Leitanwendung: Sensorik und Energy Harvesting

Smart materials eignen sich im Bereich Mobilität unter anderem zur Überwachung sicherheitsrelevanter Bauteile mittels energieautarker, funkvernetzter Sensorknoten. Neben der Entwicklung dieser Bauteile treibt das smart³-Netzwerk die direkte Integration der Sensorknoten in die Strukturbauteile voran.
Darüber hinaus eignen sich Piezoelemente zum Generieren kleinerer Mengen Energie über Vibrationen, wie sie in Fahrzeugen auftreten, sowie zur aktiven Geräuschunterdrückung im Fahrzeug.

Leitanwendung: Adaptive Formen und Oberflächen

Dank ihrer sehr guten Integrationsfähigkeit eignen sich smart materials besonders als Aktoren für adaptive Oberflächen wie etwa individuell in ihrer Gestalt anpassbare Interieurkomponenten. Die smart³-Partner nutzen diese Vorteile zur Entwicklung innovativer Oberflächen und Bauteile.

Leitanwendung: Alternative Stellantriebe

Im Bereich Mobilität wachsen besonders die Anforderungen hinsichtlich Miniaturisierung und Funktionsverdichtung sowie Leichtbau und Energieeffizienz. Smart materials bieten dabei die Möglichkeit zur Sprunginnovation. Dank der Möglichkeit zur Strukturintegration und des geringen Gewichts in Relation zur Leistung können etwa Formgedächtnislegierungen neue Produktmöglichkeiten schaffen.

smart mobility: adaptives Fahrzeuginterieur und Energy-Harvesting-Lösungen