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 Signale aus der Pflanzenzelle
14.06.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Wie Antibiotikaresistenzen dank egoistischer genetischer Elemente überdauern
13.06.2019 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

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: MPSD-Team entdeckt lichtinduzierte Ferroelektrizität in Strontiumtitanat

Mit Licht lassen sich Materialeigenschaften nicht nur messen, sondern auch verändern. Besonders interessant sind dabei Fälle, in denen eine fundamentale Eigenschaft eines Materials verändert werden kann, wie z.B. die Fähigkeit, Strom zu leiten oder Informationen in einem magnetischen Zustand zu speichern. Ein Team um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, hat nun Lichtimpulse aus dem Terahertz-Frequenzspektrum benutzt, um ein nicht-ferroelektrisches Material in ein ferroelektrisches umzuwandeln.

Ferroelektrizität ist ein Zustand, in dem die Atome im Kristallgitter eine bestimmte Richtung "aufzeigen" und dadurch eine makroskopische elektrische...

Im Focus: MPSD team discovers light-induced ferroelectricity in strontium titanate

Light can be used not only to measure materials’ properties, but also to change them. Especially interesting are those cases in which the function of a material can be modified, such as its ability to conduct electricity or to store information in its magnetic state. A team led by Andrea Cavalleri from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg used terahertz frequency light pulses to transform a non-ferroelectric material into a ferroelectric one.

Ferroelectricity is a state in which the constituent lattice “looks” in one specific direction, forming a macroscopic electrical polarisation. The ability to...

Im Focus: Konzert der magnetischen Momente

Forscher aus Deutschland, den Niederlanden und Südkorea haben in einer internationalen Zusammenarbeit einen neuartigen Weg entdeckt, wie die Elektronenspins in einem Material miteinander agieren. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Materials berichten die Forscher über eine bisher unbekannte, chirale Kopplung, die über vergleichsweise lange Distanzen aktiv ist. Damit können sich die Spins in zwei unterschiedlichen magnetischen Lagen, die durch nicht-magnetische Materialien voneinander getrennt sind, gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie nicht unmittelbar benachbart sind.

Magnetische Festkörper sind die Grundlage der modernen Informationstechnologie. Beispielsweise sind diese Materialien allgegenwärtig in Speichermedien wie...

Im Focus: Schwerefeldbestimmung der Erde so genau wie noch nie

Forschende der TU Graz berechneten aus 1,16 Milliarden Satellitendaten das bislang genaueste Schwerefeldmodell der Erde. Es liefert wertvolles Wissen für die Klimaforschung.

Die Erdanziehungskraft schwankt von Ort zu Ort. Dieses Phänomen nutzen Geodäsie-Fachleute, um geodynamische und klimatologische Prozesse zu beobachten....

Im Focus: Determining the Earth’s gravity field more accurately than ever before

Researchers at TU Graz calculate the most accurate gravity field determination of the Earth using 1.16 billion satellite measurements. This yields valuable knowledge for climate research.

The Earth’s gravity fluctuates from place to place. Geodesists use this phenomenon to observe geodynamic and climatological processes. Using...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Doc Data – warum Daten Leben retten können

14.06.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2019

13.06.2019 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Materialmikroskopie

13.06.2019 | Veranstaltungen

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

German Innovation Award für Rittal VX25 Schaltschranksystem

14.06.2019 | Förderungen Preise

Fraunhofer SCAI und Uni Bonn zeigen innovative Anwendungen und Software für das High Performance Computing

14.06.2019 | Messenachrichten

Autonomes Premiumtaxi sofort oder warten auf den selbstfahrenden Minibus?

14.06.2019 | Interdisziplinäre Forschung

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