Forscher der Donghua-Universität in China und des Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) in Deutschland kürzlich
In den letzten Jahren Robotik aus der ganzen Weltversuchen, künstliche Systeme zu schaffen, die Teilen des menschlichen Körpers ähneln und deren Funktionen nachbilden. Darunter auch künstliche Haut – eine Schutzschicht, die auch die sensorischen Fähigkeiten von Robotern verbessern soll.
„Wie wir wissen, ist die Haut der größte Faktorein Organ des menschlichen Körpers, das als Schutzschicht und sensorische Schnittstelle fungiert, um unseren Körper gesund und reaktionsfähig zu halten“, sagte Shentong Sun, einer der Autoren der Studie, gegenüber TechXplore. „Mit der rasanten Entwicklung der künstlichen Intelligenz und der Soft-Robotik versuchen Ingenieure, humanoide Roboter mit künstlicher Haut zu überziehen, die alle mechanischen und sensorischen Eigenschaften eines Menschen nachbildet, damit sie die sich ständig verändernde äußere Umgebung genauso wahrnehmen wie wir.“
Weil die menschliche Haut istsehr komplexes System, es ist äußerst schwierig, alle seine Funktionen zu imitieren. Beispielsweise kann die menschliche Haut verschiedene Umweltveränderungen wahrnehmen, darunter Druck, Oberflächenverformung und Temperaturschwankungen, indem sie einfach ionenbasierte elektronische Signale aufnimmt.
Selbstheilende Hybrid-Ionenhaut mit einer Nanofaserstruktur basierend auf der Biotechnologie echter menschlicher Haut. Bild: Wang et al.
Inspiriert von der natürlichen Struktur der HautMann, Ingenieure haben ein künstliches geschaffen, das auf einem selbstheilenden Nanotag und einer ionischen Matrix basiert. Sie bilden die Funktionen von Kollagen bzw. Elastin (Bindegewebseiweiß) nach. Das Ergebnis ist ein Material, das weich ist, aber bei Dehnung hart wird. Diese Eigenschaft ist als Dehnungssteifigkeit bekannt. Zudem heilt sich die neue Kunsthaut nach Beschädigung selbst, ist ermüdungsresistent und reagiert schnell auf Formverformungen, was besonders für sensorische Anwendungen wichtig ist.
Inspiriert von reparierbarer NanofaserHautstruktur haben Ingenieure eine künstliche Ionenhaut geschaffen, indem sie ein selbstheilendes elastisches Nanomaschengerüst in eine andere selbstheilende weiche Ionenmatrix eingebaut haben. Der Nanotag wurde durch Elektrospinnen eines synthetischen Polyurethans erhalten, das aufgrund des Austauschs von Disulfidbindungen bei Raumtemperatur selbstheilend ist. Die ionische Matrix wurde durch Verdampfen einer wßrigen Lösung von Polyacrylamid-Acrylsäure, Hyaluronsäure und CaCl&sub2; (Calciumchlorid) hergestellt.
Experimente haben gezeigt, dass selbst 10.000 Dehnungszyklen die Haut nicht schädigen. Die errechnete Ermüdungsschwelle der hybriden Ionenhaut ist fast doppelt so hoch wie die der menschlichen Muskulatur.
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Titelfoto: Kai Jacobson/UBC Faculty of Applied Science, aus einer anderen ionischen Hautstudie