Anpassungsfähige Roboter: Forscher nutzen Graphenoxid-Folien zur Formänderung
Aus flexiblen, reißfesten Graphenoxid-Folien lassen sich bewegbare Strukturen herstellen, die zugleich Rückmeldung über ihre Körperpositionierung geben.
Eine Struktur aus vorgefalteter Graphenoxid-Folie hüpft über ein Hindernis.
(Bild: McGill University)
Ein Forschungsteam der kanadischen McGill University hat ein ultradünnes Material in Form von Graphenoxid-Folien entwickelt, das durch Feuchtigkeit oder Magnetfelder bewegt oder geformt werden kann. Dadurch lassen sich weiche, anpassungsfähige Roboter erstellen, die etwa im medizinischen Bereich verwendet werden und sich im menschlichen Körper sicher bewegen können, ohne Schäden anzurichten. Auch die Konstruktion von Wearables sei möglich, die sich selbstständig der Körperform anpassen.
Die Abteilungen für Bioressourcen-Engineering sowie für Bergbau und Werkstofftechnik der McGill University benutzen einfache, papierähnliche Folien aus vorgefaltetem Graphenoxid. Durch die von der japanischen Papierfaltkunst Origami inspirierten Faltungen des ultradünnen Materials können die daraus gefertigten Roboter oder Geräte unterschiedliche Formen annehmen oder in Bewegung gebracht werden, sodass die Strukturen etwa laufen, sich drehen oder rotieren können.
Zudem gibt die Folie Rückmeldung über ihre Form, kann so also ihre eigenen Bewegungen wahrnehmen, wie aus den beiden Studien „Strong and flexible graphene oxide paper for humidity responsive origami metamaterials“ und „Multifunctional and Reprogrammable Magnetoactive Graphene Oxide Origami“ hervorgeht, die in Materials Horizons beziehungsweise Advanced Science erschienen sind.
Bewegung durch Feuchtigkeit oder Magnetfeld
Die stabile, reißfeste Folie kann durch den Einsatz von Feuchtigkeit in eine andere vordefinierte Form gebracht werden. Die Forscher erstellten etwa eine Origami-ähnliche Struktur, die sich unter Feuchtigkeit öffnete und während des Trocknungsvorgangs wieder schloss. So können etwa Geräte geschaffen werden, die auf Umweltbedingungen reagieren und dann einfache Bewegungen ausführen.
Videos by heise
In einem zweiten Experiment kombinierten die Wissenschaftler die vorgefaltete Graphenoxid-Folie mit magnetischen Partikeln, um sie über ein äußeres Magnetfeld in unterschiedliche Formen zu bringen oder in Bewegungen zu versetzen. Den Wissenschaftlern gelang es etwa, eine hüpfende Strukur zu entwickeln, die Hindernisse überwinden kann. Die eigene Körperposition bestimmt die elektrisch leitfähige Folie über Widerstandsänderungen. Die Graphenoxid-Folie vereint damit Sensorik und Aktuator in einer Struktur. Die Wissenschaftler schreiben, dass es sich bei den Graphenoxid-Folien um die ersten rekonfiguierbaren Sensor-Aktuator-Metamaterialien handelt.
(olb)
