Sanfter Greifer Hydrogele als Muskeln für softe Roboter

Anbieter zum Thema

PFLITSCH GmbH & Co. KG

compmall GmbH

ELMEKO GmbH + Co. KG

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wurde ein Material basierend auf einem Hydrogel entwickelt, das ähnlich wie ein Muskel funktioniert. Da sich das weiche Material in kurzer Zeit kontrolliert verkleinern und wieder vergrößern lässt, könnte es Bewegungsaufgaben in der Softrobotik übernehmen.

In der Industrie werden Roboter aus Metall und anderen festen Materialien bereits vielfach eingesetzt. Doch für feinmotorische Tätigkeiten und die Interaktion mit Menschen wie in der Pflege oder Medizin sind sie zu starr und zu schwerfällig. An Robotern aus weichen Materialien wird daher bereits intensiv geforscht. Ein Forschungsteam aus der Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat jetzt ein neues Material basierend auf einem Hydrogel entwickelt, das ähnlich wie ein Muskel funktioniert. Das weiche Material soll sich in kurzer Zeit kontrolliert verkleinern und wieder vergrößern lassen.

Durch Wärme wird das Material zum Greifer

Hydrogele sind extrem elastisch und bestehen fast komplett aus Wasser. Ihre mechanischen Eigenschaften ähneln denen des menschlichen Körpergewebes. Spezielle, sogenannte responsive Hydrogele können sich sogar als Reaktion auf ihre Umwelt um bis zu 90 Prozent verkleinern.

Das an der CAU entwickelte Hydrogel ist thermoresponsiv, das heißt es reagiert auf Wärme. Ab einer Temperatur von 32 Grad Celsius gibt es Wasser ab und verringert so sein Volumen. Laut CAU lässt sich der Prozess beliebig oft wiederholen, was zu einer Art Bewegung führt. Das mache es als weiche Antriebselemente für Softroboter interessant, wo es als Aktor eingesetzt werden könnte.

Netzwerk aus winzigen Röhren transportiert das Wasser

Bislang dauert der gesamte Prozess der Volumenänderung jedoch mehrere Wochen – viel zu langsam für die meisten praktischen Anwendungen. Die Kieler Materialforschenden haben deshalb in ihr Hydrogel ein Netzwerk aus winzigen Röhren eingebaut. Damit folgen sie dem Vorbild der Natur, denn Pflanzen und Tiere besitzen vernetzte, hierarchisch aufgebaute Kanalsysteme für einen effektiven Stoff- und Flüssigkeitstransport. Dadurch lasse sich das neue Material deutlich schneller als bisher verkleinern und vergrößern, ohne an Stabilität zu verlieren.

Durch die zahlreichen, miteinander verbundenen Röhren von wenigen Mikrometern Größe kann das Wasser ungehindert aus dem Hydrogel ab- und zufließen und ermöglicht so eine schnelle Änderung seines Volumens. Eine extrem dünne Graphenbeschichtung macht die Röhren außerdem elektrisch leitfähig. So können die Forschenden das Hydrogel mit elektrischem Strom erwärmen und den Wassertransport auf Knopfdruck steuern. Auch mit einem gerichteten Lichtstrahl sei es möglich, die Bewegung zu kontrollieren.

Anwendungen im medizinischen Bereich denkbar

Durch die gewebeähnlichen Eigenschaften des Hydrogels sind vor allem Anwendungen im medizinischen Bereich denkbar, wie in der Roboter-assistierten Chirurgie, in der künstlichen Gewebekonstruktion oder auch als Implantat für eine kontrollierte Wirkstofffreigabe im menschlichen Körper.

Zur Originalpublikation in der Fachzeitschrift Advanced Materials

Das könnte Sie auch interessieren:

Faszination Technik

Ein Milliroboter im Raupenkostüm

(ID:49697495)