14. Juli 2022 – Wissenschaftler der UCLA und der gemeinnützigen Organisation SRI International experimentieren mit einem starken, dehnbaren Stoff Polymer um einen künstlichen Muskel zu schaffen, den sie als stärker und flexibler als menschliche Muskeln beschreiben.
Polymere sind natürlich oder synthetisch Substanzen, die aus großen Molekülen bestehen und Bausteine vieler Mineralien und vom Menschen hergestellter Materialien sind. In diesem Fall verwendeten die Forscher elektroaktive Polymere, bei denen es sich um Polymere handelt ändern ihre Form oder Größe, wenn sie mit Strom stimuliert werden. Sie sind zu Lieblingen der Ingenieurswelt geworden und werden jetzt in Technologien eingesetzt, die von Roboterfischen bis hin zu Roboterfischen reichen Staubwischer.
UCLA-Forscher entwickelten das Muskelmaterial aus dielektrischen Elastomeren, einer Art elektroaktivem Polymer, und führten ein neues Verfahren zum Aufbau künstlicher Muskeln ein, von dem sie hoffen, dass es eines Tages in der weichen Robotik und sogar in menschlichen Implantaten angewendet wird.
„Wir sind wirklich begeistert von diesem neuen Material“, sagt Qibing Pei, PhD, Autor der Studie und UCLA-Professor für Materialwissenschaft und -technik. „Bei maximaler Leistung ist dieser künstliche Muskel viel stärker als ein menschlicher Muskel.“
Die Ergebnisse des Teams wurden diesen Monat in veröffentlicht Wissenschaft.
Erstellen von Supermuskeln
Bei Tests zeigten die Forscher, dass sich das Material beim Atmen nicht nur wie ein menschliches Zwerchfell ausdehnen und zusammenziehen kann, sondern auch einen erbsengroßen Ball werfen kann, der 20-mal schwerer ist als es selbst. Und synthetische Muskeln, die mit dem Material ausgestattet waren, waren laut einer Pressemitteilung über die Ergebnisse 3- bis 10-mal flexibler als natürliche Muskeln.
Um diesen übermenschlichen, muskulösen Stoff herzustellen, nahmen die Forscher ein übliches, aber unflexibles Material auf Acrylbasis und verwendeten einen UV-Licht-Härtungsprozess, um ein leistungsfähigeres Material herzustellen. Das Ergebnis ist ein 35-Mikrometer-Film, so dünn und leicht wie ein Stück menschliches Haar, der dann bis zu 50-mal geschichtet wird, um die künstliche Muskelfolie zu erzeugen, erklären die Autoren.
Der künstliche Muskel verbraucht elektrische Energie, im Gegensatz zu menschlichen Muskeln, die für ihren Betrieb chemische Energie aus der Nahrung verwenden.
„Das hat viele Vorteile“, sagt Pei. „Es ist einfacher zu kontrollieren und wir können das Material mit höherer Frequenz aktivieren und deaktivieren. Bei menschlichen Muskeln haben wir im Allgemeinen eine geringe Leistung bei hoher Frequenz.“
Hybride Menschen
Die Forscher sehen eine Zukunft für die Technologie in medizinischen Implantaten und weicher Robotik. Insbesondere kann das Material tragbaren biomedizinischen Technologien einen „Fühlsinn“ verleihen und denjenigen helfen, die aufgrund gesundheitlicher Probleme nicht lächeln oder blinzeln können, erklärte Pei UPI.
„Ich denke, es gibt viel Potenzial“, sagte er. „Es ist dieses neue Material, und ich denke, dass die Auswirkungen der Realität immer näher kommen.“