Humanoide Roboter werden muskulös
Mit künstlichen Muskeln könnte man zum Beispiel körperähnliche Prothesen bauen und so den Alltag von Menschen verbessern, die Arme oder Beine verloren haben, erklärt Keplinger, der an der University of Colorado Boulder (USA) forscht. Vor allem sei die Entwicklung für „Soft Robots“ von Interesse - damit sind Roboter gemeint, die sich etwa bei Rettungsaktionen nach Erdbeben geschmeidig wie ein Oktopus zu Verschütteten durchzwängen könnten.
Keplingers Forschungsteam hat nun in den Fachblättern „Science“ und „Science Robotics“ seine neueste Erfindung präsentiert - und wurde dafür mit Applaus bedacht: Die Fachwelt sprach von einem „Durchbruch“ und einem „qualitativen Sprung im Forschungsfeld“.
Keplinger Research Group, Science/AAAS
Flex your muscle: Künstlicher Bizeps in Aktion
Grund dafür sind einige Attribute, die die künstlichen Muskeln („HASEL actuators“) für technische Anwendungen interessant machen. Sie besitzen die Fähigkeit zur Selbstheilung und entwickeln mit Hilfe elektrostatischer Ladungen beträchtliche Kraft.
Kunststoff plus Pflanzenöl
Aufgebaut sind die Muskeln aus einer elastischen Kunststoffhülle sowie einer Füllung isolierender Flüssigkeiten. „Wir verwenden auf Pflanzenöl basierte Flüssigkeiten - reines Rapsöl funktioniert zum Beispiel sehr gut“, sagt Keplinger. Dadurch entsteht ein hydraulisches Element, das mit einem in Salzwasser gequollenen Gel beschichtet wird. Diese Kombination erweist sich als sehr dehnbar und kann außerdem elektrische Ladungen leiten.
„Setzt man das Ganze unter Spannung, baut sich ein elektrisches Feld auf, das eine Kraft auf die Flüssigkeit ausübt.“ Die weiche Hülle wird dadurch verformt - die Folge: Bewegungen, die stark jenen von echten Muskeln ähneln. Was Kraft, Energieeffizienz und Kontraktionsgeschwindigkeit betrifft, sei seine Erfindung natürlichen Muskeln ebenbürtig oder sogar überlegen, sagt der Physiker.
Stark und sanft zugleich
Der wohl größte Vorteil: Die künstlichen Muskeln können etwa ein rohes Ei oder eine Himbeere vorsichtig aufnehmen, ohne diese zu zerquetschen - und sind dennoch imstande, mehrere Kilogramm zu stemmen. Auch schnelle Bewegungen sind damit möglich, wie die Forscher in einem Video beweisen.
Im Gegensatz zu den bisher getesteten elektrostatischen Muskeln ohne Ölfüllung ist ein elektrischer Kurzschluss für die „HASEL actuators“ nicht fatal, betont der Forscher. Die isolierende Flüssigkeit im Inneren verteilt sich nach so einem Problemfall neu und heilt somit quasi von selbst. „Wir arbeiten daran, dass auch die Außenfolien nach Schnitten oder Kratzern selbständig heilen“, erklärt Keplinger. „Damit kommen wir dem Vorbild in der Natur immer näher.“
Auch die Herstellungskosten halten sich in Grenzen: Exotische Materialien und Verfahren sind dafür nicht notwendig. Die Außenhaut der Muskeln besteht aus einer Folie, die der Verpackung von Kartoffelchips gleicht. Sie kostet derzeit zehn Cent.
science.ORF.at/APA