Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Miniatur-Arm beim Gewichtheben

25.07.2013
Künstlicher Muskel kontrahiert und expandiert bei Änderungen der Luftfeuchte

Ein kleines Plastikstreifchen hebt beim „Hanteltraining“ mühelos immer wieder das Mehrfache seines Eigengewichts, angetrieben durch zyklische Änderungen der Luftfeuchtigkeit: Dieser starke „künstliche Arm“ basiert auf der Wechselwirkung zwischen Mikrogelen und einer Schicht aus Polykationen, die beim Trocknen schrumpft, wie seine kanadischen Schöpfer jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten.


Abhängig von der Luftfeuchtigkeit kann sich ein neuer chemischer "Miniatur-Arm" beugen und strecken. Solche Materialien könnten zukünftig die Bewegungen einer neuen Generation „sanfter“ Roboter steuern. (c) Wiley-VCH

Polymer-Materialien, die auf einen chemischen oder physikalischen Stimulus hin eine Arbeit verrichten, werden oft als „künstliche Muskeln“ bezeichnet. Sie sind so interessant, weil sie z.B. Bewegungen einer neuen Generation „sanfter“ Roboter steuern könnten. Alle Komponenten solcher Roboter sollen weich und flexibel sein, damit sie beispielsweise empfindliche Objekte nicht beschädigen oder sich auch auf engem Raum bewegen können.

Der Arm, den die Forscher um Michael J. Serpe von der University of Alberta entwickelt haben, ist folgendermaßen aufgebaut: Ein Streifchen eines Plastikfilms wird mit Chrom und Gold beschichtet und dann eine Monoschicht Mikrogele aufgetragen. Mikrogele sind vernetze Polymerpartikel, die mit einem Lösungsmittel, z.B. Wasser, zu Gelpartikeln von wenigen Mikrometern Durchmesser aufquellen. Die kanadischen Forscher verwendeten negativ geladene Mikrogele aus poly(N-isopropylacrylamid) und Acrylsäure. Auf die Gelschicht wird eine Lösung aufgegeben, die Polykationen enthält, welche als positive Gegenionen fungieren.

Wenn dieses System trocknet, nehmen die hydrophoben Wechselwirkungen zwischen den Kohlenwasserstoffbereichen der Polykationen deutlich zu, die polykationenhaltige Schicht schrumpft. Da die elektrostatische Anziehung zwischen Polykationen und Mikrogel aber sehr stark ist und die Mikrogelschicht sehr fest an der beschichteten Plastikfolie haftet, biegen sich die Enden des Streifchens nach oben. Das System rollt sich auf. Wird die Luftfeuchte erhöht, streckt es sich wieder.

Die Forscher hängten ein solches Streifchen in eine Kammer mit kontrollierter Luftfeuchte. Durch Änderungen der Luftfeuchte konnten sie diesen künstlichen Arm dazu bringen, die Henkel eines kleinen Päckchens zu „greifen“ und auch beim Anheben des Streifens gut „festzuhalten“. In einem anderen Versuch hängten sie eine Kette aus Büroklammern an das eine Ende eines gestreckten Mini-Arms. Zyklischen Änderungen der Luftfeuchte folgend beugte und streckte sich der Arm und hob und senkte dieses Gewicht, das dem 14fachen seines Eigengewichts entsprach, wie bei einem Miniatur-Hanteltraining. „Angenommen, der Arm eines Menschen macht in etwa 6,5% seiner gesamten Körpermasse aus, dann müsste eine Person von 75 kg Gewicht mit einem einzigen Arm Hanteln von 68,3 kg stemmen können“, veranschaulicht Serpe die Kraft des künstlichen Mini-Arms. Ein aufgerollter Arm ließ sich nicht einmal durch Anhängen von 52,2 g an Gewichten strecken. Ein 75-kg-Mensch müsste, wollte er das gleiche leisten, seinen Arm gebeugt halten, auch wenn 1280 kg daran ziehen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 29/2013

Autor: Michael J. Serpe, University of Alberta, Edmonton (Canada), http://www.chemistry.ualberta.ca/FacultyandStaff/Faculty/MichaelSerpe.aspx http://www.chemistry.ualberta.ca/FacultyandStaff/Faculty/MichaelSerpe.aspx

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201303475

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise