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Denkbar für Roboter und Prothesen Künstlicher Muskel kann sich selbst heilen

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Nachdem es beschädigt wurde, wächst das Material mit dem Namen Fe-Hpdca-PDMS wieder zusammen.

(Foto: www.youtube.com/Stanford University School of Engineering)

Wenn Sportler sich einen Muskelfaserriss zuziehen, heilt das Gewebe nach einiger Zeit. Ein von US-Forschern neuentwickeltes Material kann das auch- jedoch viel schneller. Zudem hat es noch weitere Ähnlichkeiten mit einem menschlichen Muskel.

Eines der Sehnsuchts-Projekte der Wissenschaft ist ein synthetisches Material, das ähnlich hevorragende Eigenschaften hat wie menschliche Muskeln. Also eines, welches sich auf Kommando um 70 Prozent dehnen kann und dann wieder zusammenzieht - und das sich bei Beschädigungen sogar selbst heilt. Ein kräftiger künstlicher Muskel, der auch noch widerstandsfähig und robust ist, wäre ein Meilenstein in der Forschung. Er könnte etwa in der Robotik oder für Gehprothesen eingesetzt werden.

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Nun sind Forscher einem solchen Wundermaterial ein bisschen näher gekommen. Der Materialchemiker Zhenan Bao von der Stanford Universität im US-Bundesstaat Kalifornien und sein Team haben ein Material präsentiert, dessen Fähigkeiten beeindruckend sind: Es ist unglaublich elastisch, kann auf das 45-Fache seiner ursprünglichen Länge gedehnt werden und zieht sich danach wieder auf seine ursprüngliche Größe zusammen. Und es hat eine noch viel erstaunlichere Eigenschaft: Wenn es beschädigt wird, kann es sich selbst "heilen".

Getrennte Teile wachsen wieder zusammen

Sticht man etwa ein Loch hinein, verschließt sich dieses innerhalb von 72 Stunden von selbst wieder. Das Verblüffende: Sogar wenn man das Material mit einer Schere in zwei Teile schneidet und sie nah aneinanderlegt, verbinden sich die Teile nach einiger Zeit wieder zu einer zusammenhängenden Masse - ähnlich wie es nach einem Muskelfaserriss beim Menschen geschieht. Andere Polymere müssen dafür entweder chemisch oder mit Hitze behandelt werden. Das neu entwickelte Material hingegen repariert sich bei Raumtemperatur - sogar noch bei minus 20 Grad Celsius.

Woraus besteht der Wunderstoff? Das Material mit dem sperrigen Namen Fe-Hpdca-PDMS besteht aus langen, wild miteinander verwickelten Molekülketten aus Silizium, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff, sogenannten Polymeren, vermischt mit einem Eisensalz. Seine besonderen Eigenschaften erhält es durch das "crosslinking" - das enthaltene Eisen wirkt dabei wie eine Klammer, die die Polymer-Fasern zusammenhält. Das ähnelt kreuzweise übereinandergespannten Schnüren, die durch ein Gummiband miteinander verbunden werden. Die Verbindungen halten die Fasern des künstlichen Muskels zusammen, verleihen ihm Festigkeit und Elastizität. Werden sie auseinandergerissen, verbinden sie sich einfach aufs Neue.

Eigenschaften sollen weiter verbessert werden

Das Material weist eine weitere Anforderung eines künstlichen Muskels auf: Es zieht sich schlagartig zusammen, sobald man ein elektrisches Feld anlegt. Schaltet man den Strom wieder aus, entspannt sich der "Muskel" wieder und nimmt seine Ausgangsform ein. Allerdings ist der Effekt bei Fe-Hpdca-PDMS sehr gering: gerade mal zwei Prozent Größenunterschied. Der menschliche Muskel kann sich um etwa 40 Prozent verkürzen. Das Team um Bao will nun weiter forschen, um die Leistung des Materials in diesem Punkt zu erhöhen.

Künstliche Muskeln sollen einmal in Robotern eingesetzt werden, die sich dann ähnlich wie Menschen bewegen und ihnen Arbeit abnehmen können. Sie können auch als Prothesen für Menschen dienen, denen Gliedmaßen fehlen. Die Fähigkeit zur Selbstheilung würde besonders in Umgebungen mit hohem Beschädigungsrisiko eine Reparatur oder den Austausch des Muskels überflüssig machen.

Quelle: n-tv.de, kst

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