Wissenschaftler erschaffen künstlichen Muskel, der stärker ist als der menschliche Muskel

Von Maya Davis

14. Juli 2022 - Wissenschaftler der UCLA und des gemeinnützigen Unternehmens SRI International experimentieren mit einem starken, dehnbaren Polymer, um einen künstlichen Muskel zu schaffen, den sie als stärker und flexibler als den menschlichen Muskel beschreiben.

Polymere sind natürliche oder synthetische Stoffe, die aus großen Molekülen bestehen und die Bausteine vieler Mineralien und vom Menschen hergestellter Materialien sind. In diesem Fall verwendeten die Forscher elektroaktive Polymere, d. h. Polymere, die ihre Form oder Größe ändern, wenn sie mit Strom angeregt werden. Sie sind zu Lieblingen der Technikwelt geworden und werden heute in Technologien von Roboterfischen bis hin zu Staubwischern eingesetzt.

Die UCLA-Forscher haben das Muskelmaterial aus dielektrischen Elastomeren, einer Art elektroaktivem Polymer, entwickelt und ein neues Verfahren zur Herstellung von Muskelattrappen eingeführt, die eines Tages in der Soft-Robotik und sogar bei menschlichen Implantaten eingesetzt werden sollen.

"Wir sind wirklich begeistert von diesem neuen Material", sagt Qibing Pei, PhD, einer der Autoren der Studie und Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der UCLA. "Bei maximaler Leistung ist dieser künstliche Muskel viel leistungsfähiger als ein menschlicher Muskel".

Die Ergebnisse des Teams wurden diesen Monat in Science veröffentlicht.

Super-Muskeln schaffen

Bei Tests zeigten die Forscher, dass sich das Material nicht nur wie ein menschliches Zwerchfell beim Atmen ausdehnen und zusammenziehen kann, sondern auch einen erbsengroßen Ball werfen kann, der 20 Mal schwerer ist als er selbst. Außerdem waren die mit dem Material ausgestatteten synthetischen Muskeln 3 bis 10 Mal flexibler als natürliche Muskeln, heißt es in einer Pressemitteilung zu den Ergebnissen.

Zur Herstellung dieses übermenschlichen Muskelgewebes verwendeten die Forscher ein gängiges, aber unflexibles Material auf Acrylbasis und härteten es mit UV-Licht aus, um ein leistungsfähigeres Material herzustellen. Das Ergebnis ist ein 35-Mikrometer-Film, so dünn und leicht wie ein menschliches Haar, der dann bis zu 50 Mal geschichtet wird, um die künstliche Muskelschicht zu erzeugen, erklären die Autoren.

Der künstliche Muskel verbraucht elektrische Energie, im Gegensatz zu menschlichen Muskeln, die chemische Energie aus der Nahrung benötigen, um zu funktionieren.

"Das hat eine Menge Vorteile", sagt Pei. "Es ist leichter zu kontrollieren, und wir können das Material mit höherer Frequenz aktivieren und deaktivieren. Bei menschlichen Muskeln haben wir im Allgemeinen eine geringe Leistung bei einer hohen Frequenz."

Hybride Menschen

Die Forscher sehen eine Zukunft für die Technologie in medizinischen Implantaten und weicher Robotik. Insbesondere kann das Material tragbaren biomedizinischen Technologien einen "Tastsinn" verleihen und denjenigen helfen, die aufgrund ihres Gesundheitszustands nicht lächeln oder blinzeln können, erklärte Pei gegenüber UPI.

"Ich denke, es gibt eine Menge Potenzial", sagte er. "Es handelt sich um ein neues Material, und ich glaube, dass die Auswirkungen immer näher an die Realität heranrücken."