Meilenstein in der ForschungMuskeln aus dem 3D-Drucker
Schweizer Forschende haben eine Methode entwickelt, um künstliche Muskeln aus Silikon zu drucken. Diese könnten künftig sowohl an Menschen als auch an Robotern zum Einsatz kommen.
- Schweizer Forschende entwickeln eine erfolgreiche Methode zur Herstellung künstlicher Muskeln mit 3D-Druck.
- Die Technologie könnte in Medizin und Robotik vielfältige Anwendungen finden.
- Langfristig könnte diese Entwicklung den Druck eines ganzen Herzens ermöglichen.
Schweizer Forschenden ist es gelungen, künstliche Muskeln aus Silikon zu drucken. Die Technologie könnte künftig nicht nur in der Medizin zum Einsatz kommen, sondern auch in der Robotik.
Künstliche Muskeln zu entwickeln, die mit den echten mithalten könnten, sei eine grosse technische Herausforderung, erklärt die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa. Diese müssten nicht nur stark sein, sondern auch elastisch und weich.
Nun haben die Forscher erstmals eine Methode entwickelt, solche komplexen Komponenten mit dem 3D-Drucker herzustellen. Die gedruckten sogenannten dielektrischen elastischen Aktoren bestehen aus zwei verschiedenen silikonbasierten Materialien: einem leitenden Elektrodenmaterial und einem nicht leitenden Dielektrikum.
Gedruckte Muskeln müssen möglichst weich sein
Diese Materialien greifen schichtförmig ineinander. «In etwa so, als würde man die Finger verschränken», erklärt Empa-Forscher Patrick Danner. Legt man an den Elektroden eine elektrische Spannung an, ziehe sich der Aktor wie ein Muskel zusammen. Schaltet man diese wieder ab, entspannt er sich wieder.
Die Herstellung ist allerdings kein leichtes Unterfangen. Denn die gedruckten «Muskeln» müssen möglichst weich sein, damit ein elektrischer Stimulus zu der benötigten Verformung führen kann. Um etwas mit dem 3D-Drucker anfertigen zu können, müssen zudem gewisse Kriterien erfüllt sein: Die Materialien müssen sich unter Druck verflüssigen, damit sie aus der Druckerdüse gepresst werden können. Unmittelbar danach müssen sie aber wieder zähflüssig genug sein, um die gedruckte Form zu behalten. «Diese Eigenschaften stehen oft in direktem Widerspruch zueinander», so Danner. «Wenn man eine davon optimiert, verändern sich drei andere, meistens zum Nachteil.»
In Zukunft könnte man so ein ganzes Herz drucken
In Zusammenarbeit mit Forschenden der ETH Zürich ist es Danner und Dorina Opris, Leiterin der Forschungsgruppe, gelungen, viele dieser widersprüchlichen Eigenschaften unter einen Hut zu bringen.
Mit dem von ihnen neu entwickelten Verfahren lassen sich nicht nur komplexe Formen drucken, sondern auch lange elastische Fasern. «Wenn wir sie noch etwas dünner machen, kommen wir der Funktionsweise von echten Muskelfasern schon recht nahe», so Opris. Aus solchen Fasern könnte man in Zukunft womöglich sogar ein ganzes Herz drucken, glaubt die Forscherin.
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