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News: Ein flüssiger Schritt in Richtung künstliche Muskeln

Seit einiger Zeit suchen Wissenschaftler nach einem geeigneten Material für künstliches Muskelgewebe. Verschiedene Polymere wurden mit dem Erfolg getestet, daß einige von ihnen für eine manipulierte Kontraktion und Relaxierung geeignet schienen. Aber keines der Materialien konnte bis jetzt so schnell reagieren wie echte Muskeln. In letzter Zeit wurden jedoch vielversprechende neue Materialien gefunden, die sich in einer akzeptablen Zeit kontrahieren können.
Katherine Bohon und Sonja Krause vom Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, beschreiben im Journal of Polymer Science: Polymer Physics einige der getesteten Materialien. Polymer-Gele weisen zwar vielversprechende Eigenschaften auf, benötigen jedoch drei Sekunden zur Kontraktion. Was die Wissenschaftler brauchten, war eine Substanz, die weich, biegsam und kontraktionsfähig wie ein Muskel ist, und auf einen künstlichen Nervenreiz in Form eines elektrischen Signals reagiert.

Die Forscher haben ein Gerät entwickelt, das sie als elektrochemischen Aktoren beschreiben. Einer der Inhaltsstoffe ist eine als elektrorheologische Flüssigkeit bekannte Substanz [Rheologie ist die Wissenschaft der Verformung und des Fließverhaltens von Stoffen]. Dieses Material wechselt in einem angelegten elektrischen Feld von der flüssigen über die viskose und elastische in die feste Phase. Der Übergangszustand, der eine tausendstel Sekunde dauert, könnte als Basis für eine Kontraktion genutzt werden.

Um das Material fest und elastisch genug zu machen, kombinierten sie die Flüssigkeit mit einem Siloxan-Gel. Zur Konstruktion des Aktoren gossen sie das Gel/Flüssigkeits-Gemisch zwischen zwei flexible Elektroden, an die jeweils ein Stückchen Balsaholz geklebt war. Das ganze Gerät wurde mit einem gewöhnlichen Polymer-Gel umgeben. Wurde ein elektrisches Feld angelegt, kontrahierte und relaxierte sich das Gel, wodurch die Balsaholz-Stückchen bewegt wurden. Brachten die Wissenschaftler zwei Fähnchen an den Balsaholz-Stückchen an, konnte der Aktor diese vor- und zurückbewegen.

Menschliche Skelettmuskeln (Muskeln, die an Knochen ansetzen) reagieren in weniger als einer zehntel Sekunde auf Nervernimpulse. "Eines der größten Hindernisse bei der Entwicklung eines Geräts, das menschliche Muskelaktionen simuliert, war die zeitlich verzögerte Reaktion", sagen die Wissenschaftler. Das Vermischen der Flüssigkeit mit dem Gel bedeutet zwar, daß die Kontraktion langsamer ist als bei der Flüssigkeit alleine, aber die Reaktionszeit kommt der realer Muskeln fast gleich. Die Wissenschaftler meinen, daß "die schnelle Antwort Hoffnung auf die Entwicklung eines künstlichen Muskel-Apparates gibt".

Siehe auch

  • Spektrum der Wissenschaft 10/93 Seite 84
    "Intelligente Gele"

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