Künstliche „Garnmuskeln“, 100-mal stärker als menschliche Muskeln

Ein Team von Wissenschaftlern hat eine Methode entwickelt, um superstarke künstliche Muskeln zu erschaffen, indem es nur aufgerollte Angelschnur und Nähgarn verwendet.

Die Fasermuskeln können 100-mal so viel heben wie menschliche Muskeln gleicher Länge und gleichen Gewichts und erzeugen pro Gewichtseinheit die gleiche Leistung wie ein Düsentriebwerk, sagen Forscher.

Die künstlichen Muskeln könnten verwendet werden, um die Gliedmaßen humanoider Roboter anzutreiben, um Fenster in einem Gebäude zu öffnen oder zu schließen, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, oder sogar um Kleidung mit Fasern herzustellen, die sich ausdehnen oder zusammenziehen, um den Träger kühl oder warm zu halten. [Biomimikry: 7 clevere, von der Natur inspirierte Technologien]

„Die Einfachheit ist das Schöne an dieser Technologie“, sagte Ray Baughman, Chemiker an der University of Texas in Dallas und Leiter der Studie, die heute (20. Februar) in der Fachzeitschrift Science detailliert beschrieben wurde. „Schüler können in ihrem Wohnzimmer ihre eigenen Muskeln aufbauen und diese einsetzen“, fügte Baughman hinzu.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass, wenn sie die Faser noch stärker verdrehten, es zu einer Aufwicklung kam, wie es beim Überdrehen eines Gummibandes der Fall ist. Durch das Aufwickeln in die gleiche Richtung wie die Drehung entstehen Muskeln, die sich bei Erwärmung zusammenziehen und bei Abkühlung wieder ausdehnen. Im Gegensatz dazu führt das Aufrollen in die entgegengesetzte Richtung dazu, dass sich die Muskeln bei Erwärmung ausdehnen.

Die Fasermuskeln könnten verwendet werden, um die Muskeln in Androiden oder Exoskeletten anzutreiben, sagten die Forscher. Im Fall von Robotermuskeln würde elektrische Energie und nicht Temperaturänderungen die Kontraktion der Fasern vorantreiben.

„Heutige humanoide Roboter oder Exoskelette oder Gliedmaßenprothesen sind mechanisch primitiv“, sagte Baughman gegenüber WordsSideKick.com. Da sie mit Motoren oder Hydraulik betrieben werden, verfügen diese Roboterteile nicht über die Geschicklichkeit einer menschlichen Hand, sagte er.

Die neuen künstlichen Muskeln könnten auch dazu verwendet werden, schwere Fenster in einem Gebäude als Reaktion auf die Lufttemperatur zu öffnen und zu schließen, ohne Motoren oder Elektrizität – was die Forscher demonstrierten.

In ähnlicher Weise könnten Bekleidungsdesigner die gewundenen Muskeln nutzen, um Mode zu entwerfen, die sich anpasst, um den Träger warm oder kühl zu halten, sagten die Wissenschaftler. Die gewickelten Fasern dehnen sich einfach aus, wenn sich die Lufttemperatur erwärmt, damit die Kleidung atmen kann.

Baughman hat schon früher künstliche Muskeln aus Kohlenstoffnanoröhrengarnen hergestellt, diese sind jedoch viel teurer und komplizierter herzustellen. Im Gegensatz dazu seien die Fasermuskeln kostengünstig herzustellen und leicht zu kommerzialisieren, sagte Baughman.

Die neuen Muskeln ziehen sich auf etwa 50 Prozent ihrer Länge zusammen, verglichen mit Kohlenstoffnanoröhren, die sich nur auf etwa 10 Prozent ihrer ursprünglichen Länge zusammenziehen, sagte er.

Wie alle künstlichen Muskeln können die Garnmuskeln elektrische Energie noch nicht sehr effizient in mechanische Energie umwandeln. Aber es gibt „keine andere Anwendung, die ich kenne, die so gut funktioniert wie diese gewundenen Polymermuskeln“, sagte Baughman.

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