Grundlage für die Mechafibrille ist das Ampersche Kraftgesetz: F_A = \frac{\mu_0}{2 \cdot \pi^2} \cdot \frac{I_1 \cdot I_2} {r}
Problem dabei ist, dass \mu_0 = 2 \cdot 10^{-7} \frac{N}{A} beträgt, die magnetische Permeabilität ist also ein Problem. Aber lösbar, denn die Miniaturisierung erlaubt es mittlerweile, diese 10-er Potenz komplett zu negieren. Und, der Entwicklung folgend, wird es sich weiter verbessern. Der folgende Vorschlag zur Konstruktion bezieht sich also auf sehr feine Abstände.
Es gilt also eine möglichst lange Strecke parallele Leiter zu entwickeln. Nehmen wir dafür eine naive Form an. Ein Leiter, der ein Sechseck beschreibt, allerdings nicht vollständig geschlossen ist. Sondern zum nächsten Sechseck wechselt, das parallel zum ersten liegt. Zwischen diesen beiden Schleifen würde, im Falle eines Stromflusses, die Kraft entsprechend des Amperschen Kraftgesetzes herrschen. Die sich mit einer Dotierung des Trägermaterials mit einem ferromagnetischen Stoff steigern lässt. Das würde einerseits die magnetische Permeabilität beträchtlich erhöhen. Aber auch gleichzeitig Gleitebenen im Trägermaterial erzeugen und somit den Widerstand gegen die Kontraktion verringert.
Auf dieses Schlaufenpaar kann eine nichtdotierte Schicht folgen, und darauf wieder ein entgegengesetzt laufendes Schlaufenpaar. Das wäre die Beschreibung der komplett naiven Lösung.
In einer ersten Überschlagsrechnung für ein 10cm langes Muskelstück mit folgenden Annahmen:
– einer Schichtdicke von 10µm,
(also wäre ein “aktives Element [also Leiter, nichtleiter, magnetische Schicht, nichtleiter, Leiter, 2x nichtLeiter]” 70µm dick)
– der Länge einer Seite des Sechseck von 100µm
(aktive Länge also 500µm, da das letzte Element beim Schlaufenübergang nicht gerechnet wird)
– sowie der magnetische Permeabilität im Vakuum
auf 0,07N bei 1A Stromfluss.
Klingt nicht nach viel, und 1A in den Querschnitten ist utopisch. Aber dafür habe ich auch konservativ gerechnet. Die Schichtabstände lassen sich sicher verbessern, die magnetische Permeabiltät sollte mit der Dotierung wesentlich höher sein. Die Seitenlänge kann größer sein. Dass die Stromstärke in dieser Konstruktion quadratisch eingeht ist wiederrum natürlich ein Problem.
Sprich es ist ein grober Überschlag, der aber demonstriert, dass man schon mit den jetzigen Fertigungsgrößen in brauch- und vor allem nutzbare Bereiche gelangen könnte.
Allerdings muss ich auch sagen, dass die realen Prozesse, die realen Begebenheiten von mir nicht beschreibbar sind. Der Anschaltprozess mit seinen Induktionen, Hysteresen, wechselnden Feldern macht es (mir zu) kompliziert. Weiter geht es in der Diskussion.
Wenn man nun eine dieser Fasern hat, eingebettet in ihr Trägermittel, an den Enden elektrische Anschlüsse, so liessen sich diese eben – wieder analog zur Natur – zu kompletten Muskeln “fügen”. Und je nach Länge oder Dichte oder Verdrehungsart kann man vermutlich die Kraft und den Hubweg entsprechend anpassen.