Material?

[axam]

Hallo
Also erstmal, meine Fragen sind völlig ernst gemeint.

Und nun zu meiner (ersten) Frage:
Kennt irgend jemand hier eventuell / Gibt es ein oder sogar mehrere Materialien die bei Raumtemperatur/Körbertemperatur (-20/30°C bis ~80-120°C) Formstabil sind, sich aber unter bestimmten "unnatürlichen" Voraussetzungen beliebig verformen lassen.

Was genau stelle ich mir darunter vor?
zB. Strom: ein klumpen "spezial-Ton" aus dem sich eine Figur modellieren läßt - Eine Hand, ein Gesicht, einen Knochen, was auch immer. In der Figur sind Drähte eingearbeitet. Ist das Ergebnis zufriedenstellend wird der "spezial-Ton" Formstabil. Im Ideallfall bedeutet Formstabil dabei je nach Bedarf (je nach Materialwahl) entweder hart wie Stein/Knochen oder auch elastisch wie Haut/Gummi.
Wird nun Spannung an die Drähte angelegt, dann wird der "spezial-Ton" wieder formbar und man kann aus einer Hand eine Klaue machen, ein Gesicht zu einer Schnauze verformen, und einem "Knochen" die Form einer Messerklinge geben. Spannung weg und die Messerklinge ist hart wie Stein, die Klaue/Schnauze elastisch wie eine Gummimaske.
Spannung an und Messerklinge, Klaue und Schnauze können wieder beliebig verformt werden.

Ich hoffe ich konnte mich verständlich ausdrücken.

PS.: Strom und Drähte sind übrigens nur eine Idee meinerseits, bin aber für alternativen durchaus offen, etwa eine Chemikalie, denkbar wären auch dünne Schläuche die eine Temperaturänderung bewirken.

[i_make_it]

Hallo und willkommen,

Das Material der Drähte nennt man Memory Metal oder Nitinol. Das sind Titan Nickel Legierungen die ein "Formgedächtnis" aufweisen.
Kunststoffe (Thermeoplaste) mit niedriger Plastinierungstemperatur (ab ca. 60°-70°C) gibt es einige. Die sind da aber nicht zu gebrauchen, Da du ja eine elastische Verformbarkeit und keine plastische haben willst.
Für die Kunststoffe, mal im Cosplay Sektor suchen, da werden die oft benutzt (Worbla, Plaast etc.)
Ob es so was z.B. bei Silikonen gibt, weis ich nicht. Es gibt aber Silikone die selbst auch elektrisch leitfähig sind, also über Ihren Widerstand auch eine gewisse Heizleistung erbringen können.

EDIT
grade was gefunden, das ist aber noch Forschungsobjekt.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/...sch-wie-gummi/

EDIT 2
Will man bei Nitinol zwichen zwei definierten Formen wechseln, müsste man beide Formen bauen, und dann so verbinden, da man beide separat ansteuern kann.
Wird Form A aktiviert, würde die erzeugte Kraft Form B deformieren so das Form A dominiert und umgekehrt.
Wie das ganze dann von den Kräften, der Tragfähigkeit (Fomstabilität), und dem möglichen zusätzlichen Verformungswiderstand durch eine Haut (Schnauze) oder Schneide (Messer) aussieht, müsste man austesten.

Auf Verdacht vermute ich mal daß das animatronische Cosplay Props werden sollen, wie ein Gürtelschwert. oder eine Lykaner Verwandlung.
Für SFX wurden vor VFX dazu beim Film Luftpolster und Zugdrähte benutzt (ich glaube auch bei American Werwolf).

Form, Lage und Position der Luftpolster sorgten für die größere Form. Mit den Zugdrähten wurde dann alles auf ein starres Skelet für die zweite Form gezogen.
Je nach Stärke der Verformung ging das aber oft nicht mit einer Maske sondern man stellte für jede Phase eine her und hat dann per Schnitt überblenden das ineinader laufen lassen.

[axam]

@ i_make_it
Danke für die Tipps
Das mit den Kohlenstoff-Nanotubs war mir bereits bekannt, und habe es auch bereits ins Auge gefasst, ist allerdings vorerst natürlich noch Zukunftsmusik.
Nitinol werde ich mir auf jeden Fall mal ansehen.
Das mit dem Cosplay ist übrigens auch ein guter Tipp, in die Richtung habe ich noch gar nicht gedacht (obwohl durchaus interrese für diesen Bereich vorhanden ist).
Auch das mit "Luftpolster und Zugdrähte" ist ein interessanter Ansatz.

Deine Vermutung mit der Lykaner Verwandlung geht durchaus bereits in die richtige Richtung, ist aber nur die halbe Wahrheit, darum bin ich ja auch hier gelandet, und nicht in einem CosplayForum.

Im ersten Moment mag es womöglich ein wenig verrückt klingen, aber dennoch ist das Ganze nicht unbedingt aus der Luft gegriffen.
Also - Meine Theorie lautet:
Die Entwicklung im Bereich KI, Robotik und 3D-Druck befindet sich derzeit erst ganz am Anfang, vergleichbar mit den Computern in den 70ern.
Nun, wenn ich mit meiner Vermutung recht habe und KI, Robotik so wie 3D-Druck nicht bloß eine vorübergehende Modeerscheinung darstellt, dann sollte sich in den nächsten 10 bis 15 Jahren noch einiges in den Bereichen bewegen.

Mit etwas Glück wird es schon in 5 bis 10 Jahren unter anderem möglich sein menschenähnliche Roboter (Androiden) als Pflege- & Haushaltsroboter zu erschwinglichen Preisen zu kaufen (zB um €10.000,-).
Sollte dies der Fall sein, dann könnte man so einen Roboter auch ausschlachten und das ganze in eine beliebige andere Hülle stecken (sofern diese groß genug ist).

Daher versuche ich derzeit (zumindest theoretisch, also mit einem entsprechenden 3D-Programm) so eine Hülle zu konstruieren.
Nun könnte man natürlich auch (Cosplay läst grüßen) verschiedene Hüllen konstruieren - Mensch, Deamon, Lykaner, Catgirl, ... und diese dann beliebig wechseln, aber wäre es da dann nicht irgend wie von Vorteil, wenn es dafür nur eine "Hülle" bräuchte die ihre Form "beliebig" ändern kann.

Wie gesagt, das Ganze ist vorerst nur ein Gedankenspiel, aber ich bin davon überzeugt, dass in ein paar Jahren entsprechende Roboter verfügbar sind, und selbst wenn 3D-Drucker die gewünschten "Hüllen" nicht herstellen können, mit den passenden Konstruktionsplänen kann man sich so eine "Hülle" dann gewiss irgend wo, irgend wie fertigen lassen - und das ganze dann noch zu kombinieren, kann ja dann nun wirklich nicht mehr die große Schwierigkeit sein.

Edit1:
Und was die Luftpolster betrifft - Bei der Haut habe ich schon mal in so eine Richtung gedacht, das alleine würde jedoch nicht ausreichen, aber eventuell in Verbindung mit "Nitinol-Knochen". Allerdings als Füllung denke ich da eher an Wasser oder ÖL, anstelle von Luft - andererseits ist Wasser schwerer als Luft, aber eventuell ein Hehliumkern als Ausgleich für eine wassergefüllte Aussenhaut und Wasserdruckkontrolle über Aufnahme/Ausscheidung.

Edit2:
Nitinol scheint ungeeignet.

[Manf]

Unter Parametern änderbare Festigkeit, hier mit dem Parameter Druck, Luftdruck in der Silikonhülle:
Beispiel Kaffeepulver:
https://www.youtube.com/watch?v=0d4f8fEysf8

Optimierung von Materialien für diesen Zweck:
https://av.tib.eu/media/18038

[axam]

@Manf
Viel, Viel Dank. Das war mir neu - Master class with Heinrich Jaeger etwa bei/ab 0:35 - muss ich unbedingt mal genauer darüber nachdenken / in meine Konstruktion integrieren.

[Manf]

Das sieht im Moment noch mehr aus wie der Fußball selbst, noch nicht so sehr wie ein Fußball-Spieler, der ja dann auch als Roboter realisiert werden soll.

[axam]

ganz ohne Frage, aber bei etwa 0:35 sieht man unter anderem ein Lösung mit mehreren Kammern - die dann ja auch genutzt werden, damit sich die Füße bewegen.
Eventuell lässt sich ja auf diese Weise etwas machen.

Ein "Knochengerüst" aus "Kornsäcken" darüber eine "Haut" gefüllt mit Wasser.
"Man lässt das Wasser ab, bläst die Kornsäcke auf" - schon lässt sich das ganze Verformen, dann "saugt man die Luft wieder ab und füllt das Wasser nach"
Keine Ahnung ob es am Ende dann wirklich irgend wie so funktioniert, womöglich finde ich ja auch eine noch viel bessere Lösung, aber es ist zumindest ein Ansatz, und zumindest Wert, daß man mal darüber nach denkt.

Und falls alle Stricke reißen gibt es ja immer noch die Lösung mit der Masterhülle - also eine Art Standart-Basis-Hülle die darüber eine Außen-Hülle trägt, und in der Lage ist diese Außen-Hülle nach belieben zu wechseln, ähnlich wie wir unsre Kleidung wechseln. (Dies wäre dann Plan C, aber ich habe ja noch ein paar Jahre - und womöglich hat dann ein anderer das Problem für mich gelöst, und ich brauche mir nur noch das fertige Produkt kaufen, was im Grunde ja immer noch Plan A wäre.)

[i_make_it]

Der Vortrag ist sehr interessant und erste Anwendungen bei Industrierobotern gibt es ja bereits, Aber bei mobilen, autonomen Robotern sehe ich da ziemlich schwarz.
Es wird Luft bzw. Unterdruck (Fluide) als Energie genutzt.
Ein Problem mit dem sich Roboterentwickler seit dem aller ersten Industrieroboter (Unimate 1961) herumschlagen.
Pneumatik, Hydraulik, Unterdruck sind die "teuersten" (ineffektivsten) Energieformen die der Mensch nutzt.
Wo es nur geht versucht man diese zu vermeiden. Nicht zuletzt dadurch haben elektrische Antriebe seit den 1960er Jahren so eine rasante Entwicklung durchgemacht. Während der Wirkungsgrad in der Fluidteschnik fast nicht gestiegen ist.
Bei stationären Systemen gewinnt man etwas, wenn man z.B. bei Pneumatik eine einzige große Druckluftanlage anstelle viele kleine für eine ganze Fabrik baut.
Bei Hydraulik werden dann Öl/Wasser oder Öl/Wasser/Luft Zwichenkreis Wärmetauscher für die Rückkühlung des Öls genutzt.
Bei Unterdruck Systemen versucht man das zu evakuierende Volumen möglichst klein zu halten (Formgebung von Saugern) bei gleichzeitig möglichst großer Fläche (Kraft = Druck * Fläche). Denn man hat ja maximal ein Bar Druckunterschied zur Verfügung.
Wenn man die Entwicklung des Wirkungsgrades bei Unterdrucksystemen in den letzten 70 Jahren betrachte, sehe ich auf Basis dieser Technik, in den nächsten 10 Jahren noch keine polimorphen, mobilen, autonomen Roboter, deren Energiequelle länger als ein paar Minuten (bis 20-30 Minuten) hält und schnell zu laden ist.
Eventuell kann mann mit Brennstoffzellen und schnell wechselbaren, vorgeladenen Kraftstofftanks das Problem umschiffen.
Das beschränkt die Roboter allerdings auf eine Umgebung in der ein entsprechend flächendeckendes Netz von Ladestationen vorhanden ist.
Vergleicht man das mit der bereits eingeführten Technologie der Elektoautos, stellt man fest, daß das aber genau der Punkt ist an dem es hakt.

Als alleinigen Ansatz sollte man sich da nicht drauf verlassen.
Allerdings kann ich momentan auch keinen alternativen Ansatz vorschlagen.

Bei den Polymeren gibt es die elektrisch leitfähigen, aber der Temperaturverlauf für die Zustände starr und elastisch ist zum einen von der Spanne zu groß (mehrere zig °) und auch von der Lage ungüstig. Starr = Temperaturversprödung kurz oberhalb 0°C, elastisch = 15-30°C, plastisch ab ca. 60°C (Wobei es das nicht bei ein und dem selben Kunststoff gibt).
Für Interaktionen mit dem Menschen müsste der Wechsel zwichen Starr und elastisch etwa bei 37°C stattfinden und elektrisch sollte eine Roboterhaut isoliert sein (Bei Amalgam Zahnfüllungen werden bereits kleinste Spannungen vom Menschen im Mund als Geschmack wahrgenommen).

[axam]

Wenn man, so wie du es beschreibst, den Unterdruck permanent erzeugen müsste, dann ist das ganze natürlich Uninteressant. Das selbe gilt auch bei Strom. Formstabilität müsste natürlich steht's der Normalzustand sein. Erst wenn etwas hinzugefügt wird darf das ganze Verformbar sein.

Zitat: "Starr = Temperaturversprödung kurz oberhalb 0°C, elastisch = 15-30°C, plastisch ab ca. 60°C"
Das ist nicht ganz was ich meinte. Ich dachte eher an zwei Materialien, ein hartes Material für die Knochen / das Gerüst, darüber ein elastisches/weiches Material.
Im Idelfall haben dann beide Materialien gemeinsam - läst man zB. Strom durch das Material fließen, oder erwärmt man es auf 120°C, oder bläst man Luft hinein, oder ..., dann läst es sich "beliebig" verformen. Kehren die beiden Materialien in ihren Betriebszustand zurück (etwa 36-37°C, "0V", 1-0,9bar Innendruck, etc.) dann behält das Material die geänderte Form.

So zumindest wären die Eigenschaften eines geeigneten Materials. Im nächsten Schritt müsste man sich dann natürlich überlegen, wie man gezielt eine gewünschte Verformung herbeiführen könnte.

Im Idealfall - der Roboter soll Brotschneiden, darum formt sich seine Hand zu einer Wellenschliffklinge. Als nächstes gilt es Fleisch zu schneiden - der Wellenschliff ist weg. Zum umrühren wird dann aus der Klinge ein Kochlöffel - und wenn plötzlich das Kind weinend mit aufgeschlagenem Knie die Tür herein gerannt kommt, wird es mit einer warmen, weichen Hand getröstet.
Diese Formen hat der Roboter bereits "Gespeichert" und er kann sie bei Bedarf beliebig aktivieren.

Keine Frage, es gibt bereits ein Brotmesser, ein Fleischmesser, einen Kochlöffel den der Roboter mit seiner Hand benutzen könnte, so wie eine Mutter die ihr Kind trösten kann, aber immerhin sind dies ein paar "sinnvolle" Anwendungsbeispiele für einen Polymorphen Roboter, abseits des Nutzens für einen Hobby-"YouTuber", der auf Roboter als Schauspieler angewiesen ist.

Und - Nein, ich mache das ganze nicht um damit irgend wann Geld zu verdienen, ich will im Grunde nur meinen autonomen polymorphen Roboter, egal ob ich ihn nun irgend wann, irgend wo kaufen kann, oder ob ich ihn am Ende dann doch selber bauen muß.

Edit1:
Übrigens was die Sache mit den Körnen betrift, da erscheinen mir Oktaederstümpfe die idealle Wahl zu sein.
Wie bei Würfeln läßt sich damit der Raum lückenloß Ausfüllen, aber anders als bei Würfeln "verzahnen" sich die Oktaederstümpfe dabei ineinander. Bläst man den "Luftbalon", in dem sich die Oktaederstümpfe befinden, ein wenig auf, fliegen die Oktaederstümpfe wild durcheinander und man kann sie ganz nach bedarf neu anordnen. Entfernt man dann die Hohlräume zwischen den Oktaederstümpfen wieder, müsste das ganze eigentlich Formstabil sein.
Und für eine weiche, glatte Oberfläche könnte, wie schon gesagt, eine Wasser- oder Öl-gefüllte Ausenhaut sorgen, die sich optimal den unebene Konturen der Oberfläche aus Oktaederstümpfen anpast und gleichzeitig jeden Kontakt von außen abfedert.
Werde das ganze dann mal bei Gelegenheit in einer 3D-Simulation ausprobieren.

[i_make_it]

Im Idealfall - der Roboter soll Brotschneiden, darum formt sich seine Hand zu einer Wellenschliffklinge. Als nächstes gilt es Fleisch zu schneiden - der Wellenschliff ist weg. Zum umrühren wird dann aus der Klinge ein Kochlöffel - und wenn plötzlich das Kind weinend mit aufgeschlagenem Knie die Tür herein gerannt kommt, wird es mit einer warmen, weichen Hand getröstet.
Diese Formen hat der Roboter bereits "Gespeichert" und er kann sie bei Bedarf beliebig aktivieren.

Das ist derzeit Science Fiction (T1000) und wird es wohl auch noch sehr lange bleiben.
Das ist zum einen eine plastische Verformung die sich derzeit nur mit Prozessen der Urformung
https://de.wikipedia.org/wiki/Urformen
Umformung
https://de.wikipedia.org/wiki/Umformen
und Trennen
https://de.wikipedia.org/wiki/Trenne...igungstechnik)
herstellen lassen.

Die Idee einer Umsetzung wäre durch Nanobots zu realisieren, Da hapert es aber grade bei einer Schneidengeometrie daran, das die mindestgröße der Nanobots, schon rein funktionsbedingt einige zig bis hundert Atome groß sein muß, während eine Schneidkante sich im Bereich einiger weniger Atomlagen bis runter auf eine einzige Atomlage bewegt.
Selbst wenn man die Größe schaffen würde, wäre dann die Festigkeit des Verbundes ein Problem.
Kohäsion kann man bisher nur mit dem Rasterkraft Mikroskop gezielt manipulieren. Adhäsion reversibel auf und abzubauen gibt es bei künstlichen Gecko Füßen.
Da ist aber die Kraft pro einzelnem Haar auch verschwindend gering und die Masse machts.
https://p5.focus.de/img/fotos/origs7...bes-gecko1.jpg

Bei einer Schneide, ist aber neben Schärfe (Winkel und Dicke der Schneidkante) auch die Schnitthaltigkeit (Verschleißfestigkeit) wichtig.
Die Wiederum setzt sich aus der Härte des Schneidwerkstoffs und den Bindungskräften die den Schneidwerkstoff im Verbund halten zusammen.
Nimmt man als Beispiel mal eine Schleifscheibe, dann kann der Schneidstoff Diamand oder Edelkorund extrem hart sein, aber eine Bindung aus Kalkstein (Belgischer Brocken) verschleißt trotzdem ziemlich schnell.
Auf Nanobots umgesetzt heist das, wenn das Gehäuse des Nanobotz z.B aus Kohlenstoffatomen in Dimantkonfiguration besteht, ist der sehr hart, aber mit welchen Greifern oder anderen Mechanismen halten die sich untereinander Fest und sind dann von der Kraft her auch noch in der Lage den Verbund umzuformen ohne das sie durch das Eigengewicht einfach nur durch die Schwerktaft nach unten gezogen werden.

Wenn man also die Physikalischen Grenzen ansieht, ist es sehr wahrscheinlich so das grade diese Anwendung noch mehr als 10 Jahre eine Utopie bleibt.
Bei deutlich gröberen/größeren Strukturen wie eine Messerklinge könnte sich allerdings in dem Zeitrahmen tatsächlich was tun.

Natürlich tritt dann auch die ethische Frage auf, will man überhaupt einen frei beweglichen Roboter der sich zwichen Menschen bewegt, der sich selbst zu einer tödlichen Stich-/Schnittwaffe umformen kann?
Was passiert wenn der gehackt wird und damit ein Mord begangen wird oder es zu einem Softwarefehler kommt?.
Ich denke eher, das es zukünftig Küchen gibt in denen Messer mit RFID ausgerüstet werden.
Und wenn der Roboter mit einem Messer am Körper (nicht nur in der Hand) die Küche verlässt ein Alarm oder ein Notaus ausgelöst werden.
Die Messer gibt es ja schon:
https://www.dick.de/de/koch-und-flei...-und-werkzeuge
Wird wohl auch bereits in einigen Gefängnissküchen eingesetzt.