Künstliche Muskeln erhalten nun Superkräfte

Forscher der University of Waterloo nutzen Flüssigkristalle, um künstlichen Muskeln, wie sie in der Soft-Robotik eingesetzt werden, ungeahnte Kräfte zu verleihen. Dazu reichern sie die gummiartigen Materialien, aus denen die künstlichen Muskeln üblicherweise bestehen, mit den Kristallen (LCs) an. Die so entstandenen Flüssigkristall-Elastomere (LCEs) können bei maßvoller Erwärmung das 2.000-Fache ihres Eigengewichts anheben.

Potenzial weicher Roboter groß

"Was wir als künstliche Muskeln bezeichnen, ist für die Entfaltung des wahren Potenzials weicher Roboter unerlässlich. Sie ermöglichen es Robotern, sich flexibel, sicher und präzise zu bewegen. Das ist besonders wichtig für Anwendungen wie mikromedizinische Roboter", so Forschungsleiter Hamed Shahsavan.

LCE sind gummiartige Materialien, die bei Erwärmung eine massive Formänderung durchlaufen, die reversibel und programmierbar ist. Die Forscher haben entdeckt, dass die Beimischung kleiner Mengen von LCs zu LCEs diese wesentlich steifer und bis zu neunmal stärker macht. Ihre gewichtsbezogene Arbeit liegt bei fast 24 Joule pro Kilogramm, das ist etwa dreimal mehr als die der Muskeln von Säugetieren.

Röntgenanalysen haben gezeigt, dass LCs innerhalb von LCEs gleichmäßig verteilt sind. Sie bilden kleine Taschen, ähnlich wie Schokoladenstückchen im Kuchen. Befinden sie sich in flüssiger Form, verhalten sich die LC-Taschen wie Feststoffe, behalten ihre Form bei und verstärken die LCEs um sie herum.

Ersatz für Aktuatoren und Motoren

Die Forscher erwarten, dass LCEs mit diesen verbesserten mechanischen Eigenschaften eine bedeutende Rolle im aufstrebenden Bereich der Soft-Robotik spielen werden, da sie kraftvolle und gleichzeitig präzise Bewegungen ermöglichen, von der Verabreichung von Medikamenten im bis hin zur Fabrikarbeit.