Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine bedeutende Entdeckung gemacht: Weiche Materialien, wie sie in vielen Alltagsprodukten vorkommen, speichern über lange Zeiträume hinweg „mechanische Erinnerungen“ aus ihrem Herstellungsprozess. Diese im Material verbleibenden Spannungen können dessen Eigenschaften im Laufe der Zeit verändern, beispielsweise dazu führen, dass Lotionen mit der Zeit flüssiger werden.
Crystal Owens, eine Postdoktorandin am MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), hat eine neuartige Methode entwickelt, um diese inneren Spannungen in gelartigen Substanzen mit einem Standard-Rheometer zu messen. Ihre Forschungsergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass diese Materialien sich an die Richtung und Dauer ihrer ursprünglichen Mischung erinnern können. Sie speichern interne Spannungen, die, wenn sie freigesetzt werden, das Material in seinen vorherigen Zustand zurückversetzen. Dieses Phänomen, das als „Sticky Mechanical Memory“ bezeichnet wird, bietet tiefgreifende Einblicke in das Verhalten weicher Materialien.
Die Bedeutung dieser Erkenntnis für die Herstellung von weichen Materialien ist immens. Durch das Verständnis und die Quantifizierung dieser verborgenen Spannungen während der Produktion können Unternehmen Produkte mit verbesserter Haltbarkeit und konsistenterer Leistung entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist die Minimierung von Restspannungen bei der Asphaltproduktion, was zu widerstandsfähigeren Straßen führen könnte. Die Forschung von Owens zeigt, dass solche Materialien, die als „weiche Glasmaterialien“ klassifiziert werden, sowohl flüssige als auch feste Eigenschaften aufweisen. Ihre amorphe Struktur ermöglicht es ihnen, sich unter Belastung zu verformen, aber einem permanenten Fluss zu widerstehen.
Die Konzepte der mechanischen Erinnerung und der Restspannung sind in der Materialwissenschaft nicht neu. Bei kristallinen Materialien manifestieren sich Restspannungen oft durch sichtbare Verformungen oder Risse. Bei weichen Materialien beeinflussen sie jedoch subtil die rheologischen Eigenschaften, also wie das Gel oder die Creme fließt, sich verformt und altert. Owens' innovative Methodik ermöglicht beispiellose Einblicke in diese verborgenen inneren Kräfte und erlaubt es Forschern, die Entwicklung der mechanischen Erinnerung über Tage hinweg zu verfolgen, anstatt nur Minuten.
Über Konsumgüter hinaus findet das Konzept der mechanischen Erinnerung auch in anderen Bereichen Anwendung. Insbesondere bei Baumaterialien wie Asphalt, der während der Abkühlung und Verfestigung Prozesse durchläuft, die denen von weichen Gläsern ähneln, könnten Restspannungen zur Rissbildung und Verschlechterung von Straßenbelägen beitragen. Die Forschungsergebnisse könnten auch die Entwicklung von Materialien mit „Kurzzeitgedächtnis“ ermöglichen, die über längere Zeiträume stabiler sind. Die Arbeit von Owens und ihrem Team eröffnet somit neue Wege in der Materialwissenschaft, indem sie darauf hindeutet, dass die Manipulation von Restspannungen in der Produktion die Langlebigkeit und Leistung von Alltagsprodukten erheblich beeinflussen kann.