Aus Gelatine und Salz: Selbstheilendes Sensor-Material für Roboter
Roboterhände und -arme, die sich bei Beschädigung selbst heilen, benötigt entsprechendes Material mit integrierten Sensoren.
Das gelantine-artige Material kann sich bis zu einem gewissen Grad selbst heilen und dient gleichzeitig als Dehnungssensor.
(Bild: University of Cambridge)
Wissenschaftler der University of Cambridge haben ein gelatinebasiertes Material entwickelt, das sich bei Raumtemperatur selbst heilen kann. Zudem kann es über eingebrachtes Salz die Dehnung, Temperatur und Feuchtigkeit messen und stellt damit eine preisgünstige Soft-Sensing-Technik für Roboter dar.
Wie die Forscher in einem Artikel für die Fachzeitschrift NPG Asia Materials erklären, sei ihr Ziel gewesen, ein Material für selbstheilende Roboter zu finden. "Wir arbeiten schon seit einigen Jahren mit selbstheilenden Materialien, aber jetzt suchen wir nach schnelleren und billigeren Wegen, um selbstheilende Roboter zu bauen", sagt Thomas George-Thuruthel von der Fakultät für Ingenieurswissenschaften und Mitautor der Studie. Mit solchem Material ausgestattete Roboter sollen sich selbst reparieren, damit sie ihre Arbeit ohne Eingriffe des Menschen fortsetzen können.
Mit sogenannten weichen Sensoren aus solchen Materialien "können wir viel mehr Informationen gewinnen, so wie unser Gehirn durch die Belastung unserer Muskeln Informationen über den Zustand unseres Körpers erhält", umschreibt David Hardman, Erstautor der Studie, die Forschungsarbeit, die im Rahmen des von der EU finanzierten SHERO-Projekts läuft. Ziel des SHERO-Projektes ist es, vollautonome selbstheilende Roboter zu entwickeln.
Bei der Entwicklung haben die Forscher mit Tests an einem dehnbaren, gelatine-basierten Material begonnen, das preiswert und biologisch abbaubar ist. Die Gelatine sei komplett aus allgemein verfügbaren lebensmittelechten Materialien hergestellt worden. Kleine Einschnitte können selbstständig bei Zimmertemperatur wieder ausgeglichen werden. Dem Material fügte das Wissenschaftsteam leitende Komponenten als Sensoren hinzu. Das selbstheilende Material sei einfach per 3D-Druck oder durch Gießen herzustellen. Zudem würde es eine langfristige Haltbarkeit und Stabilität aufweisen, ohne auszutrocknen.
Sensoren aus Salz
Anstatt Kohlenstofftinte für den Druck der Sensoren zu verwenden, nutzte das Wissenschaftsteam Natriumchlorid. Das im Wasser des Hydrogels lösliche Salz bilde einen einheitlichen Kanal zur Ionenleitung. Bei der Messung des Widerstands des Materials bei Dehnung, stellten die Forscher einen weitgehend linearen Verlauf fest, sodass Materialdehnungen berechnet werden konnten, die mehr als das Dreifache der ursprünglichen Sensorlänge betrugen.
"Wir könnten einen ganzen Roboter aus Gelatine bauen und die Sensoren dort ausdrucken, wo wir sie brauchen", sagt George-Thurutel. Noch handelt es sich bei dem Material aber um ein Proof-of-Concept. Das Forscherteam hält es jedoch bei einer weiteren Entwicklung der Technik für möglich, das Material in künstliche Haut und speziell angepasste, tragbare und biologisch abbaubare Sensoren zu integrieren. Da sich das selbstheilende Hydrogel mit anderen Materialien verbinden lässt, könnte es auch in anderen Robotern jenseits von Soft-Robotern integriert werden.
(olb)
