Grüne Robotik: Künstliche Muskeln für die Biotonne
Robotik kann auch nachhaltig sein, zeigt ein Beispiel eines künstlichen Muskels, der am Max-Planck-Institut entwickelt wurde.
Der biologisch abbaubare Muskel kann in Robotergreifern eingesetzt werden.
(Bild: Robotic Materials Department MPI-IS (Screenshot))
Ein internationales Forschungsteam des deutschen Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS), der österreichischen Johannes-Kepler-Universität (JKU) und der US-amerikanischen University of Colorado hat sich Gedanken darüber gemacht, wie die Robotik "grüner", also nachhaltiger, gemacht werden kann. Umgesetzt haben sie es beispielhaft an künstlichen Muskeln für Roboter. Der Muskel ist vollständig biologisch abbaubar, bei zugleich hoher Leistungsfähigkeit.
"Wir sehen einen dringenden Bedarf an nachhaltigen Materialien in dem sich beschleunigenden Bereich der Soft-Robotik. Biologisch abbaubare Teile könnten eine nachhaltige Lösung bieten, insbesondere für Einweganwendungen wie medizinische Operationen, Such- und Rettungseinsätze und den Umgang mit gefährlichen Substanzen. Anstatt am Ende der Produktlebensdauer auf Mülldeponien zu landen, könnten die Roboter der Zukunft zu Kompost für künftiges Pflanzenwachstum werden", sagt Ellen Rumley, Gastwissenschaftlerin der CU Boulder in der Abteilung für robotische Materialien am MPI-IS.
Empfohlener redaktioneller Inhalt
Mit Ihrer Zustimmmung wird hier ein externes Video (Kaltura Inc.) geladen.
Ich bin damit einverstanden, dass mir externe Inhalte angezeigt werden. Damit können personenbezogene Daten an Drittplattformen (Kaltura Inc.) übermittelt werden. Mehr dazu in unserer Datenschutzerklärung.
Biologisch abbaubarer Muskel
Ausprobiert hat das Wissenschaftsteam das Konzept an dem künstlichen Muskel mit der Bezeichnung HASEL (hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators), wie aus der Studie $(LEhttps://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf5551: hervorgeht, die in Science Advances veröffentlicht ist. Dabei handelt es sich um einen mit Öl befüllten Kunststoffbeutel. In dem Öl befinden sich Elektrodenpaare, die beim Anlegen einer hohen Spannung gegensätzliche Ladungen erzeugen. Sie drücken das Öl dann in einen elektrodenfreien Bereich des Beutels hinein. Dadurch zieht sich der Beutel ähnlich wie ein biologischer Muskel zusammen.
Beutel und Elektroden müssen als elektrische Isolatoren die hohen elektrischen Spannungen aushalten können. Für die Forschenden war es eine Herausforderung, eine vollständig biologisch abbaubare Elektrode zu entwickeln. Eine Mischung aus Biopolymer-Gelantine und Salzen brachte hier den Erfolg.
Für den Aktuator musste ein Kunststoff gefunden werden, der eine ausreichende elektrische Isolierung von mehreren Tausend Volt bietet, aber auch eine gute Materialverträglichkeit zu den Gelantine-Elektroden bei zugleich hoher Festigkeit aufweist. Denn der künstliche Muskel soll möglichst lange halten. HASEL überstand mit den gefundenen Materialien 100.000 Betätigungszyklen, ohne dabei eine Schwäche zu zeigen.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen darauf, dass auch andere Forschende ihrem Ansatz folgen und biologisch abbaubare Materialien bei Soft-Robotern einsetzen, um so nachhaltige Robotertechnik zu entwickeln.
(olb)