Das Gewebe passt seine aerodynamischen Eigenschaften bedarfsgerecht an.

Hochleistungsmaterialien

Redaktionsteam der Website für technologische Innovation – 11.11.2025

Vertiefungen im textilen Metamaterial mit wabenförmigen und sanduhrförmigen Mustern [Bild: David T. Farrell et al. - 10.1002/adma.202505817]

Textiles Metamaterial

Ein Gewebe, das Wellen wie ein Golfball erzeugen und seine aerodynamischen Eigenschaften nach Bedarf verändern kann, verspricht die Entwicklung neuer intelligenter Materialien – einschließlich Kleidung – mit Anwendungen im Sport und im Ingenieurwesen.

Stellen Sie sich beispielsweise einen Radfahrer oder einen Skifahrer vor, dessen Kleidung sich an die Windgeschwindigkeit und das Gelände anpasst, sodass er durch einfaches Ziehen oder Dehnen des Stoffes Zeit sparen kann.

Diese Möglichkeiten sind dank der Arbeit von David Farrell und seinen Kollegen an der Harvard University in den USA Wirklichkeit geworden.

Das neue intelligente Gewebe entstand an der Schnittstelle von Fluiddynamik und künstlich hergestellten Materialien, besser bekannt als Metamaterialien . Daraus wurde ein einzigartiges Gewebe entwickelt, das beim Dehnen Vertiefungen, kleine Einbuchtungen, auf seiner Oberfläche bildet – und zwar sogar dann, wenn das Gewebe eng am Körper anliegt.

Das Gewebe nutzt dieselben aerodynamischen Prinzipien wie ein Golfball, dessen wellenförmige Oberfläche den Ball durch Turbulenzen, die den Luftwiderstand verringern, weiter fliegen lässt. Da das Gewebe weich und elastisch ist, kann es sich dehnen und bewegen, um Größe und Form der Vertiefungen nach Bedarf anzupassen.

Herstellungsprozess und Anpassung von intelligentem Gewebe an die Dehnbarkeit. [Bild: David T. Farrell et al. - 10.1002/adma.202505817]

Stoff, der beim Dehnen knittert.

Zur Herstellung ihres textilen Metamaterials nutzte das Team einen Laserschneider und eine Transferpresse, um zwei Stoffe zu fertigen: einen steiferen schwarzen Stoff, ähnlich einem Rucksackgurt, und ein weicheres, flexibleres und komfortableres graues Netzgewebe. In einem zweistufigen Fertigungsprozess schnitten sie Muster in den Stoff und verbanden ihn mit der Netzschicht, um einen Textilverbundstoff zu erzeugen.

Durch Experimente mit mehreren flachen Proben, die gitterförmige Muster wie Quadrate und Sechsecke aufwiesen, untersuchten sie systematisch, wie sich unterschiedliche Tessellationen auf das mechanische Verhalten der einzelnen Textilmaterialien auswirken.

„Nachdem wir 3.000 Simulationen durchgeführt hatten, konnten wir Tausende von Wellenmustern untersuchen“, sagte Farrell. „Wir konnten sowohl die Wellengröße als auch ihre Form anpassen. Als wir diese Muster erneut im Windkanal testeten, stellten wir fest, dass bestimmte Muster und Wellen für spezifische Windgeschwindigkeitsbereiche optimiert sind.“

Durch die Anpassung der Größe der Vertiefungen lässt sich die Leistung des Gewebes bei bestimmten Windgeschwindigkeiten verbessern und der Luftwiderstand um bis zu 20 % reduzieren, wie Experimente im Windkanal gezeigt haben.

Der Effekt ist kontraintuitiv, denn normalerweise wird ein Stoff durch Dehnen glatter und schmiegt sich besser an den Körper an. „Unser Textilverbundstoff bricht mit dieser Regel“, erklärte Farrell. „Das einzigartige Gittermuster ermöglicht es dem Stoff, sich um den Arm auszudehnen, anstatt sich zusammenzuziehen. Wir nutzen diese besondere Eigenschaft, die in den letzten zehn Jahren bei Metamaterialien erforscht wurde, und wenden sie auf tragbare Geräte in einer völlig neuen Weise an.“

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