AUS DEM SPIEGEL
Ausgabe 44/2011

Elektronik Fliegender Karpfen

Muskeln aus einem neuen Kunststoff könnten die Robotik revolutionieren. In der Unterhaltungsindustrie wird ihr Einsatz bereits erprobt.

Corbis

Nun haben sie auch das Rad neu erfunden. Es dreht sich, ohne das ein gewöhnlicher Motor es antreiben würde. Denn an der Stelle der Speichen sitzen sechs künstliche Muskeln, welche die Achse rotieren lassen.

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Heft 44/2011
Wenn die Nacht zum Alptraum wird

Es gehe ihm nicht um Schnelligkeit oder Kraft, sagt Gruppenleiter Iain Anderson vom Auckland Bioengineering Institute. Im Gegenteil: Sein Ziel sei die Langsamkeit der Bewegung. Und da tun sich Elektromotoren schwer - viel besser hingegen wären Muskeln.

Der Muskel ist ein unterschätztes Meisterwerk der Natur. Motoren mögen Fahrzeuge schneller und stärker als jedes Lebewesen machen - in puncto Präzision dagegen sind sie den natürlichen Konkurrenten hoffnungslos unterlegen.

Besonders wenn die Techniker Roboter oder Prothesen konstruieren, wird die Schwäche der Motoren offenbar. Denn diese erzeugen stets zunächst eine Drehung, die erst durch schwere, aufwendige Getriebe in natürliche Streck- oder Beugebewegungen verwandelt werden muss. Das mindert die Wirksamkeit, weshalb die motorgetriebenen Roboter von heute nur langsam trotten und nicht sprinten.

Neue Materialien sollen hier Abhilfe schaffen und dem natürlichen Vorbild näher kommen. Vor einigen Jahren nahm die Forschung Fahrt auf, als eine neuartige Werkstoffgruppe entwickelt wurde, die sich durch elektrischen Strom verformt.

Am weitesten fortgeschritten sind die sogenannten dielektrischen Elastomere. Sie sind aufgebaut wie ein Sandwich: Zwischen zwei elektrischen Leitern sitzt eine flexible, isolierende Schicht. Bei elektrischer Spannung ziehen Plus- und Minuspol einander an und quetschen dabei die mittlere Schicht ein. Sie muss dem Druck zur Seite ausweichen, das Element streckt sich. Die Geräte haben entscheidende Vorteile: Sie sind weich, billig und - zumindest theoretisch - erstaunlich kräftig.

Armdrücken Mensch gegen Roboter

Um die Leistungsfähigkeit der neuen Technik zu demonstrieren, rief Yoseph Bar-Cohen, Materialforscher und lautstärkster Fürsprecher der Elastomere, 2005 einen Wettbewerb aus: Armdrücken Mensch gegen Roboter. Drei Teams, jedes mit einem eigenen Roboterarm, ließen sich herausfordern. Doch sie hatten ihre Kraft wohl überschätzt. Die Menschheit, vertreten durch eine 17-jährige Schülerin, obsiegte gegen sie alle.

"Es stellte sich heraus, dass die künstlichen Muskeln etwa hundertmal schwächer waren", sagt Bar-Cohen. Offenbar gab es Probleme, die errechnete Leistungsfähigkeit auch unter praktischen Bedingungen abzurufen. Trotz der öffentlichen Demütigung glaubt der Forscher an eine große Zukunft der Technik.

Ihre erste kommerzielle Anwendung findet sie bereits heute in der Unterhaltungselektronik: Die kalifornische Firma Artificial Muscle hat eine Hülle für den iPod touch auf den Markt gebracht, die künstliche Muskeln für Vibrationen nutzt. Normalerweise werden Handys von kleinen Elektromotoren geschüttelt, sei es für den Vibrationsalarm oder um bei Spielen Explosionen zu simulieren. Doch die Ausdruckskraft der Maschinchen ist begrenzt: Nur Dauer und Stärke des Zitterns lassen sich variieren. Das neue Gerät dagegen bildet verschiedene Tasteindrücke realistisch nach, vom Rütteln eines Hubschraubers bis hin zum menschlichen Herzschlag.

Kompaktheit, Präzision und Geräuschlosigkeit

Smartphones könnten auch von einer anderen Technik profitieren, die auf künstliche Muskeln zurückgeht. Die Schweizer Firma Optotune entwickelt Kameralinsen, die durch dielektrische Elastomere fokussiert werden. Auch hier gelten Kompaktheit, Präzision und Geräuschlosigkeit als entscheidende Vorteile der neuen Materialien.

Auf lange Sicht haben die Forscher noch Größeres vor, wie Gabor Kovacs, Leiter der Abteilung für elektroaktive Polymere an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt. Seine Gruppe experimentiert schon seit Jahren mit künstlichen Muskeln und beteiligte sich auch am Armdrückwettbewerb. Zur Demonstration der Technologie haben Mitarbeiter der Gruppe ein kleines Luftschiff entwickelt, das sich rhythmisch nach links und rechts krümmt und dadurch wie ein unbeholfener Karpfen langsam durch die Luft schwimmt.

Großes Potential räumt Kovacs aber besonders der Energiegewinnung ein. Denn ähnlich wie elektrische Motoren können künstliche Muskeln nicht nur als Antrieb genutzt werden. Sie können auch umgekehrt Bewegung in Elektrizität verwandeln. Den Wissenschaftlern schweben schwimmende Elastomer-Matten vor, die, von Meereswellen gewalkt, Strom erzeugen.

Doch bevor in der Nordsee die ersten Energiefarmen gebaut werden, müssen noch grundsätzliche Probleme mit den neuen Materialien überwunden werden. "Alle beißen sich noch an der Herstellung der dünnen Elemente die Zähne aus", sagt Kovacs. Fortschritte würden auch Bar-Cohen freuen. Er wartet immer noch auf den Tag, an dem künstliche Muskeln endlich die natürlichen besiegen.



insgesamt 16 Beiträge
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Seite 1
RosaHasi 04.11.2011
1. .
deus ex human revolution (:
merapi22 04.11.2011
2. Energieproblem gelöst...
Zitat von sysopMuskeln aus einem neuen Kunststoff könnten die Robotik revolutionieren. In der Unterhaltungsindustrie wird ihr Einsatz bereits erprobt. http://www.spiegel.de/0,1518,794772,00.html
Allein der Wind der Nordsee reicht aus ganz Europa mit Strom zu versorgen. Energie aus Meereswellen lässt sich leichter umsetzen und es hat immer Gezeitenhub, nie Flaute. Energie dürfte dann superbillig und unbegrenzt für alle zur Verfügung stehen. Menschenähnliche Roboter die alles besser können, das Wissen der ganzen Menschheit vereinen. Vielleicht hat in 5 Jahren jeder, der heute einen PC hat, einen Roboter, der alles erledigt wozu wir keine Lust haben, putzen, kochen, arbeiten...http://www.facebook.com/pages/BGE-Roboter-k%C3%B6nnen-alles-besser/177235832301157
ismirwurscht, 04.11.2011
3. Unheimlich...
Ich weiß nicht. Ich kann mich gar nicht mehr für solche Erfindungen begeistern. Zum einen wäre ich froh, wenn mal der Stand der Technik einfach so bleibt wie er ist, und man sich nicht ständig an neue Dinge gewöhnen muss. Man kommt ja kaum noch mit dem Fortschritt hinterher - zumindest ich jedenfalls nicht so richtig. Ich brauche da mal eine Pause. Ich will ja auch noch andere Dinge machen, als mich immer wieder mit neuartigen Dingen beschäftigen und mich an sie gewöhnen müssen. Zum anderen bin ich skeptisch, was mit solchen Erfindungen gemacht werden kann. Mal abgesehen davon, dass so etwas auch sicherlich militärisch verwendet werden wird, was ja bei wenigen Menschen wirklich Begeisterung hervorrufen wird, so kann man sich gut vorstellen, wie es noch verwendet werden könnte: SF-artig. Vielleicht habe ich zu viele solcher Filme gesehen oder vielleicht machen mir ja auch die Machtverhältnisse und -bemühungen in dieser Welt zu schaffen, oder auch die religiösen Verblendungen, vielleicht bin ich auch einfach nur ein Angsthase. Irgendwie werde ich halt das Gefühl nicht los, dass solche Erfindungen einfach nicht die Welt besser, sondern fragwürdiger machen.
Sleeper_in_Metropolis 04.11.2011
4. .
Zitat von merapi22Allein der Wind der Nordsee reicht aus ganz Europa mit Strom zu versorgen. Energie aus Meereswellen lässt sich leichter umsetzen und es hat immer Gezeitenhub, nie Flaute. Energie dürfte dann superbillig und unbegrenzt für alle zur Verfügung stehen. Menschenähnliche Roboter die alles besser können, das Wissen der ganzen Menschheit vereinen. Vielleicht hat in 5 Jahren jeder, der heute einen PC hat, einen Roboter, der alles erledigt wozu wir keine Lust haben, putzen, kochen, arbeiten...http://www.facebook.com/pages/BGE-Roboter-k%C3%B6nnen-alles-besser/177235832301157
Zitat : "Armdrücken Mensch gegen Roboter. Drei Teams, jedes mit einem eigenen Roboterarm, ließen sich herausfordern. Doch sie hatten ihre Kraft wohl überschätzt. Die Menschheit, vertreten durch eine 17-jährige Schülerin, obsiegte gegen sie alle." Da waren die Teams wohl ziemlich Theorieorientiert. Wenn man so einen künstlichen Arm entwickelt und vor hat, ihn bei besagtem Wettbewerb zum Einsatz zu bringen sollte doch zumindest ein mal ein menschliches Teammitglied vorher ein Probearmdrücken veranstalten, oder ? Ein neues Automodell wird ja schließlich auch nicht erst dann zum ersten mal gefahren, wenn es der Presse vorgestellt wird. Ich weiß nicht, alle Jahre wieder ist von Bahnbrechenden Entwicklungen im Bereich der Robotik zu lesen, aber im Alltag ist nach wie vor nichts davon zu sehen.
Denx 04.11.2011
5. Fukushima lässt grüßen
Die Vorreiter darin, sich als Schöpfer aufzuführen, waren die Japaner. Wenn jemand denkt, Fukushima hätte damit nichts zu tun, der kann ja weiterhin versuchen, ihnen nachzueifern, bis er sein eigenes Fukushima hat. Und ja, ich bin mir bewusst, dass die Mehrheit der Leute diese Worte und ihren Zusammenhang nicht sofort nachvollziehen kann.
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