Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchbruch auf dem Weg zum künstlichen Muskel - neue Plattformtechnologie erzielt tolle Ergebnisse

16.03.2012
Dielektrische Elastomer-Aktoren (DEA's) gelten als eine große Hoffnung für die Herstellung künstlicher Muskel und könnten an vielen Stellen als ressourcenschonende technologische Alternative für Elektromotoren, Pneumatiken oder hydraulische Antriebe eingesetzt werden.

DEA's sind vom Prinzip her sehr einfach aufgebaut. Zwischen zwei flächig mit Metallen beschichteten Oberflächen - den Elektroden - liegt ein elektrisch isolierendes Dielektrikum aus elastomeren Materialien, zum Beispiel Gummi. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht ein elektrostatischer Druck, der das weiche Gummimaterial zur Dehnung zwingt.


Dünne Elektrodenschicht aus flexiblen Carbonnanofibrillen, eingebettet im dielektrischen Silikonelastomer
Bild: Fraunhofer IWS Dresden

Intelligente Lösung gesucht

Genau in dieser Materialkombination besteht in der Praxis eine große Herausforderung, die seit vielen Jahren den breiten technologischen Einsatz solcher DEA's immer wieder verhindert: Die wenig dehn- und streckbaren elektrisch leitenden metallischen Schichten reißen auf dem weichen Gummimaterial bei Dehnungen sehr schnell und werden damit zerstört. Bislang konnte man diesem Problem nur mit kostenintensiven und hochkomplexen Maßnahmen begegnen. Forscher des Fraunhofer-Institutes für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden, des Fraunhofer-Institutes für Keramische Technologien und Systeme IKTS Dresden und der TU Dresden haben sich deshalb die Frage gestellt: Gibt es einen radikal neuen, insbesondere einfachen und auch technologisch gangbaren Weg, der all die beschriebenen Nachteile auf einen Schlag behebt?

Ein Material für Alles

Die verblüffend einfache Idee: Warum ersetzt man die Metallschicht nicht einfach durch eine elektrisch leitende Gummischicht und umgeht auf diese Weise die schon beschriebene Inkompatibilität zwischen den metallischen Elektroden und dem dielektrischen Gummikörper? Bisher gab es kein kommerziell erhältliches Elastomer, das gleichzeitig sowohl elektrisch isolierend als auch elektrisch leitend sein kann. Mit einem Trick gelang es den Dresdner Forschern, ein elastomeres, elektrisch leitendes Gummimaterial zu erzeugen. Sie mischten winzige Mengen elektrisch leitfähiger Carbon-Nanofibrillen in ein Elastomer, welches nahezu identische Dehneigenschaften aufwies wie das elektrisch isolierende Gummimaterial. Durch die Zugabe der Nanofibrillen wird das Elastomer leitfähig. Ein mit diesem leitfähigen Material beschichteter isolierender Gummikörper versagte in Dehnversuchen auch nach Millionen von Zyklen nicht.

Einfache Herstellung und große Performance

Nach diesem bahnbrechenden Erfolg war der Bau von technisch einsetzbaren Aktoren der logische nächste Schritt für das Forscherkonsortium. In kürzester Zeit und unter Nutzung industrieller Standardtechnologien gelang es dem Team, dielektrische Elastomer-Aktoren aufzubauen. Sie bestehen aus einer Vielzahl an wechselweise leitfähigen und isolierenden Elastomerschichten, jede jeweils nur 0,03 mm dick. Dabei wurde auch der Nachweis der Einsetzbarkeit von Dickschicht- und Drucktechniken sowie großflächiger Rolle-zu-Rolle-Technologien geführt. Die Testergebnisse eines so hergestellten Multilagen-Ring-Aktors aus 11 aktiven Schichten und einer aktiven Fläche von 465 cm2 sind vielversprechend: Lineare Dehnungen im Prozentbereich und gleichzeitig beachtliche Kräfte von ca. 100 N wurden erzielt. Auch nach 140 000 Betriebszyklen ist der Ring-Aktor noch voll einsatzbereit.

Hervorragende Perspektiven als Plattformtechnologie

Insgesamt stellen die vom Konsortium erfolgreich entwickelten Material- und Beschichtungstechniken eine hoch attraktive und kostengünstige Plattform- und Querschnittstechnologie dar, welche in absehbarer Zeit den Einsatz aktorisch-aktiver Strukturen in vielen technologischen Feldern ermöglichen. Ebenso ist auch der Einsatz in benachbarten Feldern wie der Sensorik und dem Energy Harvesting denkbar.

Die vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen des Projektes „Candela“ erzielt. Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des BMBF unter dem Förderkennzeichen 13N10661 und 13N10660 gefördert und vom Projektträger VDI Technologiezentrum GmbH (VDI-TZ), Abteilung EINS, Bereich 'Nanotechnologien' betreut.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden
01277 Dresden, Winterbergstr. 28
Dr. Oliver Jost
Telefon: (0351) 83391 3477
Telefax: (0351) 83391 3300
E-Mail: oliver.jost@iws.fraunhofer.de
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Ralf Jäckel
Telefon: (0351) 83391 3444
Telefax: (0351) 83391 3300
E-mail: ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de

Dr. Ralf Jaeckel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.iws.fraunhofer.de
http://www.projekt-candela.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Lasertests unter Tiefsee-Bedingungen am LZH
19.06.2018 | Laser Zentrum Hannover e.V.

nachricht Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen
15.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung

19.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine

19.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Können Reaktionen in kondensierten Biomaterialien beschleunigt werden?

19.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics