Roboter

Metall macht Muskeln stark

Metallische Muskelfasern könnten eines Tages Roboter antreiben und Prothesen leistungsfähiger machen. Deutsche und österreichische Physiker haben jetzt entsprechende Überlegungen präsentiert.

Menschliche Muskeln: Konkurrenz durch Maschinen

Knochen, Gelenke, Haut - bei Maschinen und Robotern wird dafür vor allem ein Material verwendet: Metall. In Zukunft könnte ein weiteres künstliches Körperteil aus diesem Stoff hergestellt werden. Metallische Muskeln sollen, glaubt man Jörg Weißmüller vom Institut für Nanotechnologie in Karlsruhe, zukünftig in Prothesen und Robotern zum Einsatz kommen.

Wie das Forscherteam im Wissenschaftsmagazin "Science" schreibt, wurden zu diesem Zweck winzige Platinpartikel zu einem porösen Stoff zusammengepresst und in eine spezielle Elektrolyt-Lösung getaucht.

Sobald man in das Material eine elektrische Ladung injiziert, verbiegt es sich. Die Verformung ist dabei so groß, dass mechanische Arbeit verrichtet werden kann. Künstliche Muskeln, die direkt elektrische oder auch chemische Energie in körperliche Arbeit verwandeln, erscheinen damit möglich.

Der neue Stoff könnte somit Kunststoffen und Keramiken Konkurrenz machen, die sich bei einer angelegten Spannung zusammenziehen und bereits in der Entwicklung sind. Auch erste metallische Stoffe werden erprobt - bislang funktioniert deren Antrieb allerdings nur indirekt: Erst muss die elektrische Energie in Wärme umwandelt werden, die den Stoff zusammenzucken lässt. Umgekehrt muss Hitze abgeführt werden, um die künstlichen Muskeln wieder zu entspannen.

Diesen Umweg umgehen die neuen Nanoteilchen. Gleichzeitig wird für ihre Verformung deutlich weniger Spannung benötigt als bei den bisherigen keramischen Stoffen. Auf diese Weise könnten Muskeln erzeugt werden, die sich besonders stark zusammenziehen und dadurch lange Strecken überbrücken.

Am besten scheinen sich die neuen Materialien gegen einen von außen wirkenden Druck wehren zu können, zum Beispiel durch ein aufliegendes Gewicht. Auf Zug reagieren sie dagegen deutlich empfindlicher. Doch auch dieses Problem ließe sich lösen, so Ray Baughman von der University of Texas in einem "Science"-Kommentar. Hierzu müssten allerdings Billionen von Nanofasern so angeordnet werden, dass sie sich zu langen Fäden organisieren. Hängt man an diese künstlichen Muskelfasern ein Gewicht und legt eine Spannung an, würden sich die Fäden zusammenziehen und das Gewicht nach oben heben.

Einsatzgebiete der neuen Stoffe sehen die Forscher beispielsweise im Motorenbau, wo die aktiven Metalle Ventile antreiben könnten. Auch Roboter für Missionen zu anderen Planeten dürften von den künstlichen Muskeln profitieren. Bis derartige Entwicklungen einsatzbereit sind, müsse allerdings, so Baughman, noch ein langer Weg zurückgelegt werden.

Alexander Stirn

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