Projektbeschreibung
Die Mechanik, dynamische Verformung und Form biomimetischer Materialien kontrollieren
Die Formbildung bei sich entwickelnden Organen beruht hauptsächlich auf unterschiedlichem Gewebewachstum, das sich durch mechanochemische Rückmeldungen ergibt, sodass sich Falten und Umwandlungen in nahezu endlose Formen bilden. In der Natur wird eine theoretische geometrische Einschränkung überwunden, um das zu erreichen. Forschende haben Methoden entwickelt, um synthetische, reaktionsfähige Materialien nach biologischem Vorbild mit Verzerrungen in der Ebene und somit der Möglichkeit von Formveränderung zu erzeugen. Die dynamischen Prozesse und Mechaniken, durch die es letztendlich zum Gleichgewicht kommt, sind jedoch weiterhin eine „Blackbox“. Diese Box soll im ERC-finanzierten Projekt DynaMorph mit hybriden elastischen Platten erleuchtet werden, die in ein Netz aus mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräumen eingebettet werden. Das Team wird Strukturen entwickeln, indem es die Mechanik, dynamische Verformung und Form kontrolliert, um adaptive peristaltische Endotrachealkanülen zu erschaffen.
Ziel
Transforming a flat plate into a doubly curved shell is not possible without distorting in-plane distances, as stated by Gauss in his seminal theorem. In natural morphogenesis, this strong geometrical constraint is overcome by differential growth in the tissues, which induces mechanical stresses and thus the buckling in a rich variety of shapes. Over the last decade, emerging approaches have embraced this paradigm to develop bioinspired synthetic responsive materials with in-plane distortions, and hence shape-morphing capabilities. However, despite rapid developments, current efforts primarily focus on programming the final equilibrium shape, overseeing the dynamical trajectory of the transformation but also the mechanics of the morphed structure. As a result, exciting biomedical applications perspective in minimally invasive surgery, rehabilitation and soft robotics remain so far elusive.
Here, I aim to develop structures in which the shape, but also the mechanics and the dynamical deformation trajectory may be programmed in time. To do so, I propose to develop hybrid elastic plates embedding a network of fluid-filled cavities. First, I will generalise design principles to create unit cells that dispose of all six deformation modes (both in-plane and out-of-plane) when pressurized. Assembling such cells will enable univocal shape selection but also internal degrees of freedom to control the frustrated mechanics. Then, I will unravel the coupling between fluid viscosity and cavity geometry to spatially control the homogenized viscoelastic property of the material. The subsequent timescales will be finally used to program the dynamical deformation trajectory of the structure when submitted to a mechanical or fluidic load.
Taken together, I propose to develop new experimental standards and theoretical frameworks to pave the way for the first fully controllable shape-morphing materials, with applications for adaptive peristaltic endotracheal cuffs in view.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
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