Softrobotik Schwammartiges Material für verformbare elektrische Leiter entwickelt

„Softe“ Roboter benötigen elastische elektrische Leiter für die Kommunikation zwischen ihren Sensoren und Aktoren. Herkömmliche weiche Leiter aus Metallen ändern ihre elektrischen Eigenschaften bei Verformung. Ein neuartiges flexibles Material der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) behält dagegen seinen elektrischen Widerstand bei.

Im Gegensatz zu klassischen Robotern, die schwere Lasten stemmen und automatisierte Vorgänge präzise wiederholen können, sollen „softe“ Roboter zu feinmotorischen Tätigkeiten und zur Interaktion mit dem Menschen fähig sein. Inspiriert von der Natur setzt die Softrobotik daher auf nachgebende, organische Materialien aus Kohlenstoff statt auf herkömmliche, starre Metalle. Softroboter brauchen auch elastische elektrische Leiter für die Kommunikation zwischen ihren Sensoren und Aktoren. Herkömmliche Leiter aus Metall leiten Strom zwar gut, sind aber zu starr für den Einsatz in flexiblen Bauteilen. Werden sie verformt, ändern sie ihren elektrischen Widerstand und das beeinträchtigt ihren Einsatz. Materialforschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben jetzt ein neuartiges flexibles, elektrisch leitfähiges Material entwickelt. Seine elektrischen Eigenschaften bleiben auch dann unverändert, wenn es stark verformt wird.

Material mit hochporöser Struktur und extrem dünner Beschichtung

Wie die CAU mitteilt, ist durch die Kombination verschiedener Expertisen im Rahmen des CAU-Forschungsschwerpunkts KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science) ein Material aus feinen, miteinander verbundenen Drähten entstanden, das optisch einem dunklen Schwamm ähnelt. Grundlage sind winzige Röhren aus einem elektrisch leitfähigen Polymer. Diese filigrane Netzwerkstruktur mache das Material ultraleicht und gleichzeitig extrem elastisch. Um den piezoresistiven Effekt zu umgehen, beschichtete das Team das Material mittels initiierter chemischer Gasphasenabscheidung (iCVD) mit einem nicht leitfähigen, extrem dünnen Polymerfilm, der wie eine Isolierung funktioniert. Die Nano-Beschichtung soll verhindern, dass die Drähte beim Komprimieren in direkten Kontakt miteinander kommen und neue elektrisch leitende Pfade entstehen. So bleibt der Widerstand selbst bei einer starken Verformung konstant, heißt es. Außerdem verbessere die Isolierung die mechanische Stabilität der Drähte und schütze ihre elektrischen Eigenschaften vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit.

Laut CAU blieben die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des neuen Materials auch nach 2.000 Langzeittests, bei denen das Material um bis zu 50 Prozent komprimiert wurde, erhalten.

Zur Originalpublikation im Fachmagazin Advanced Functional Materials

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