Schweizer Technologie: Muskeln aus dem Drucker
Empa-Forschende arbeiten an künstlichen Muskeln, die mit den echten mithalten können.
Das Wichtigste in Kürze
- Künstliche Muskeln müssen flexibel und trotzdem kraftvoll sein.
- Wissenschaftler stellen die Muskeln aus Silikon im 3D-Druck her.
- Die künstlichen Muskeln könnten in der Medizin oder der Robotik zum Einsatz kommen.
Künstliche Muskeln bewegen nicht nur Roboter: Eines Tages könnten sie Menschen beim Arbeiten oder Gehen unterstützen oder verletztes Muskelgewebe ersetzen. Künstliche Muskeln zu entwickeln, die echten Muskeln in nichts nachstehen, ist jedoch eine grosse technische Herausforderung. Um mit ihren biologischen Vorbildern mithalten zu können, müssen sie nicht nur stark, sondern auch elastisch und weich sein. Im Wesentlichen sind künstliche Muskeln so genannte Aktoren: Bauteile, die elektrische Impulse in Bewegung umsetzen. Aktoren kommen überall dort zum Einsatz, wo sich auf Knopfdruck etwas bewegt, sei es im Haushalt, im Automotor oder in hochentwickelten Industrieanlagen. Doch mit Muskeln haben diese harten mechanischen Bauteile noch wenig gemein.
Ein Team von Empa-Forschenden arbeitet deshalb an Aktoren aus weichen Materialien. Nun haben sie erstmals eine Methode entwickelt, um solche komplexen Bauteile mit dem 3D-Drucker herzustellen. Die so genannten dielektrisch-elastischen Aktoren (DEA) bestehen aus zwei verschiedenen silikonbasierten Materialien: einem leitenden Elektrodenmaterial und einem nichtleitenden Dielektrikum. Diese Materialien greifen schichtförmig ineinander. «Etwa so, wie wenn man die Finger ineinander verschränkt», erklärt Empa-Forscher Patrick Danner die Schweizer Technologie. Legt man an die Elektroden eine elektrische Spannung an, zieht sich der Aktor wie ein Muskel zusammen. Schaltet man die Spannung wieder aus, entspannt er sich wieder in seine Ausgangsposition.
Vom Handschuh bis zum Herz
Die neue Schweizer Technologie ist vielseitig einsetzbar. Die Kunst-Muskeln sind leicht, leise und dank des neuen 3D-Druckverfahrens beliebig formbar. Sie könnten herkömmliche Aktoren in Autos, Maschinen und in der Robotik ersetzen. Werden sie weiterentwickelt, sind auch medizinische Anwendungen denkbar. Die Wissenschaftler der Empa arbeiten bereits daran: Mit ihrem 3D-Druckverfahren lassen sich auch lange elastische Fasern drucken. «Wenn wir sie noch etwas dünner machen, kommen wir der Funktionsweise echter Muskelfasern schon sehr nahe», sagt Empa-Forscherin Dorina Opris. In Zukunft könnte man vielleicht sogar ein ganzes Herz aus solchen Fasern drucken, glaubt Opris. Bis ein solcher Traum Wahrheit wird, gibt es allerdings noch viel zu tun.
