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Forschung Wie Stoff dank magnetisierbarer Fasern zum Robotergreifer wird

Quelle: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler 2 min Lesedauer

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Forschern ist es gelungen, flexible Fasern zu weben, die durch Magnetfelder gesteuert werden können. Roboter könnten damit Gegenstände greifen, die bisher zu weich oder zerbrechlich für die Maschinen waren.

Der neue Stoff lässt sich durch Magnetkraft bewegen.(Bild: Hong Kong Polytechnic University)
Der neue Stoff lässt sich durch Magnetkraft bewegen.
(Bild: Hong Kong Polytechnic University)

Forscher der Hong Kong Polytechnic University haben eine Methode zum Weben flexibler Fasern entwickelt, die durch Magnetfelder gesteuert werden können. Diese lassen sich nicht nur für Roboterhände nutzen, sodass diese Früchte, Kartoffelchips und Würmer aufheben können, ohne sie zu zerdrücken. Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Anwendungen möglich. Dazu gehören beispielsweise Handschuhe, die ein realistisches Tastgefühl in der virtuellen Realität vermitteln. Sie sind nach Bedarf verbiegbar, versteifen sich oder verändern ihre Oberflächenstruktur.

Extrem dünner Faden dank Schmelzspinnen

Das Team hat winzige Partikel aus hochreinem Eisen, sogenannte Carbonyleisen, und extrem dünne, flexible Fasern aus dem Polymer LDPE vermischt. Daraus entsteht ein extrem dünner Faden, der flexibel und magnetisierbar ist. Dies ist den Experten mit dem sogenannten Schmelzspinnen gelungen. Dazu wird das Ausgangsmaterial durch Erhitzen verflüssigt und durch feine Düsen gepresst.

Sieben Fasern werden zu magnetisierbarem Garn

Es kühlt nach dem Passieren der Düsen schnell ab, sodass eine Faser entsteht – in diesem konkreten Fall eine magnetisierbare, die nur 57 Mikrometer dick ist, also etwa so dick wie ein menschliches Haar. Aus sieben dieser Fasern haben die Wissenschaftler ein Garn hergestellt, indem sie diese verdrillten, und haben daraus einen Stoff gewebt.

Dieses Garn reagiert auf veränderliche äußere Magnetfelder nicht durch eine einfache Bewegung, sondern entsprechend der jeweils gestellten Aufgabe. Dadurch sind komplexere Bewegungen möglich – auch des Stoffes, der aus diesem Garn hergestellt wird. „Damit leiten wir eine neue Ära im Bereich intelligenter Textilien ein”, so Textilingenieur Junhong Pu.

Anwendungen: Robotergreifer und Virtual-Reality-Handschuh

Das Team hat aus dem Garn zwei Arten von Stoffen hergestellt:

  • Ein normales Gewebe, das sich als Reaktion auf ein Magnetfeld verbiegt oder ausdehnt.
  • Ein florartiges Material, das einer weichen Bürste ähnelt und sich auch so anfühlt. In dem gewebten Stoff lassen sich durch magnetische Kräfte Poren öffnen, was ihn für atmungsaktive Kleidungsstücke geeignet macht.

Die Ingenieure haben aus dem Veloursstoff einen weichen Robotergreifer konstruiert. Tausende seiner magnetischen Fasern versteifen sich beim Ergreifen eines Objekts und umschließen es sanft.

Darüber hinaus haben die Forscher einen haptischen Virtual-Reality-Handschuh entwickelt. Wenn der Nutzer damit ein virtuelles Objekt greift, versteifen sich die Fasern durch ein ferngesteuertes Magnetfeld oder werden gegen die Haut gedrückt, um reale taktile Empfindungen zu simulieren.

Die Ergebnisse wurden bei www.nature.com veröffentlicht.

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