Roboter bekommen jetzt Muskeln verpasst
Wissenschaftler der Stanford University geben ihnen mit Formgedächtnis-Polymer viel Kraft
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Ein vom neuen Formgedächtnis-Polymer bewegter Puppenarm (Fotos: pubs.acs.org) |
Stanford/Washington (pte004/09.09.2021/06:15)
Roboter werden künftig mit Muskeln ausgestattet, die beachtliche Kräfte entfalten. Der mechanische Aufwand und damit das Gewicht sind gering, weil weder Hydraulik noch Elektromotoren nötig sind. Die Kraft kommt aus einem neuen Formgedächtnis-Polymer, das ein Team um Zhenan Bao, Professorin für Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften und Werkstofftechnik & Ingenieurwissenschaften an der Stanford University https://www.stanford.edu/ in Kalifornien. Sie stellte ihre Entwicklung in „ACS Central Science" vor, der Fachzeitschrift der American Chemical Society https://www.acs.org in Washington.
[b]Rückverformung mit Wärme oder Licht[/b]
Formgedächtnis-Polymere sind spezielle Kunststoffe, die nach einer Verformung ihre ursprüngliche Gestalt wieder annehmen, wenn sie erwärmt oder mit einer speziellen Lichtfarbe beleuchtet werden. Derartige Materialien gibt es schon seit Jahrzehnten, aber alle haben einen entscheidenden Nachteil: Sie können nur schwache Kräfte entfalten, Sie reichen gerade mal aus, um den Flügel eines Eisenbahnsignals in einer Modelleisenbahnanlage zu bewegen.
[b]Sechsmal mehr Kraft als bisherige Polymere[/b]
In Tests ließ sich das neue Polymer bis zum Fünffachen seiner ursprünglichen Länge dehnen und bis zu 17,9 Joule pro Gramm Energie speichern, das ist fast sechsmal mehr als bei bisherigen Formgedächtnispolymeren. Beim Erwärmen zieht sich das Polymer wieder zusammen. Dabei kann es das 5000-Fache seines Eigengewichts heben.
Die Forscher stellten auch einen künstlichen Muskel aus einem gedehnten Polymer, das sie am Ober- und Unterarm einer Holzpuppe befestigten. Beim Erhitzen zog sich das Material zusammen, wodurch die Schaufensterpuppe ihren Arm am Ellbogen beugte. Neben seiner hohen Energiedichte ist hat das neue Formgedächtnis-Polymer noch einen Kostenvorteil. Es lasse sich für etwa 25 US-Dollar pro Kilogramm herstellen, sagt Bao.
[b]Der Vorgang ist reversibel[/b]
Die Forscher bauten 4-,4'-Methylen-Bisphenylharnstoff-Einheiten in ein Poly(Propylenglykol)-Polymer-Rückgrat ein. Im ursprünglichen Zustand des Polymers sind die Polymerketten verworren und ungeordnet. Durch Dehnung richten sie sich aus, Wärme versetzt sie in den ursprünglichen Zustand zurück. Das lässt sich immer wieder wiederholen.
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