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Die künstliche Haut zbw. Nano-Matrix

Eine künstliche Haut, die fühlen kann

Eines der schwierigsten Probleme in der Robotik besteht darin, die haptischen Fähigkeiten der menschlichen Haut nachzuahmen. US-Ingenieure haben nun ein Material entwickelt, das zumindest eine Qualität gut imitiert: Die aus winzigen Halbleitern bestehende Kunsthaut reagiert auf Druck.

Materialwissenschaft 12.09.2010

Eine Forschergruppe um Ali Javey von der University of California in Berkeley berichtet von dem "E-skin" genannten Material in einer aktuellen Studie - es sei das erste seiner Art.

Die Studie:

"Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers" von Stefan Mannsfeld et al. ist in "Nature Materials" erschienen.

Schwierig: Ein rohes Ei in der Hand

"Unsere Idee war es, ein Material zu entwickeln, das wie die menschliche Haut funktioniert. Es soll in der Lage sein, Objekte zu berühren und zu fühlen", erklärt Ali Javey. Doch das ist alles andere als einfach: Für Menschen ist es etwa selbstverständlich, ein rohes Ei in der Hand zu halten, ohne es zu zerstören - für Roboter ist es das nicht.

Um die natürlichen Eigenschaften bei künstlicher Haut zu imitieren, wurde bisher auf organische Materialien zurückgegriffen: Sie sind dehnbarer und einfacher zu verarbeiten. "Sie sind aber leider schlechte Halbleiter, was bedeutet, dass man für elektronische Anwendungen hohe Spannungen benötigen würde", erklärt Javey in einer Aussendung.

Anorganische Materialien wie kristallines Silizium sind weniger leicht zu dehnen oder zu biegen; befinden sich ihre Bestandteile aber in der Größenordnung von Nanometern - ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters -, so lässt sich auch dieses Problem lösen.

Künstlerische Darstellung der E-Skin, die ihre Funktionalität darstellen soll: soweit ist es allerdings noch lange nicht.

Ali Javey and Kuniharu Takei

Künstlerische Darstellung der E-Skin, die ihre Funktionalität darstellen soll: soweit ist es allerdings noch lange nicht.

Eine umgekehrte Fusselrolle

Die Technik von Javey und Kollegen funktioniert wie eine umgekehrte Fusselrolle. Statt dass eine klebrige Rolle wie im Alltag Fusseln von einer verschmutzten Oberfläche entfernt, trägt eine zylindrische Trommel die "Fusseln" - in Wahrheit: aus Silizium bestehende Nanodrähte - auf eine klebrige Oberfläche auf.

Bei der Oberfläche handelte es sich um einen Film eines Hochleistungskunststoffs; es würde aber auch mit anderen Materialien wie Glas, Papier oder Plastik funktionieren, versichern die Forscher. Sobald sich der Zylinder bewegt, druckt er die Nanodrähte in genau vorgegebener Art und Weise auf den Kunststoffilm.

Zum Schluss ergibt sich eine netzartige Matrix mit aus den Nanodrähten gebildeten Transistoren und eine mit Gummi überzogene Oberschicht, die auf Druck sensibel ist. Diese Matrix kann Druckstärken zwischen 0 und 15 Pascal unterscheiden und braucht dazu nur eine Spannung von fünf Volt. Eine Leistung, die sie auch noch zeigt, nachdem sie 2.000 Mal gebogen wurde, wie sich die Forscher begeistert zeigen.

Ein Langzeitziel ihrer Arbeit ist es, Prothesen von Menschen mit Materialien auszustatten, die gefühlsempfindlich sind.

science.ORF.at

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