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Biogel für weiche Elektronik entwickelt

JKU Forscher*innen haben essbare Zutaten, wie etwa Gelatine, so entwickelt, dass daraus Roboterbestandteile gebaut werden können.

Elastische Elektronik; Credit: LIT Soft Materials Lab
Elastische Elektronik; Credit: LIT Soft Materials Lab

Ein elastisches Material, das sich aus einem nicht umweltschädlichen Mix aus Gelatine und anderen essbaren Zutaten zusammensetzt, stellen Linzer Forscher im Fachblatt "Nature Materials" vor. Das Besondere an dem neuen Biogel ist, dass es dehn- und biegbar sowie ausreichend stabil ist, um mit elektronischen Bauteilen kombiniert zu werden. Das eröffnet auch neue Wege in Richtung weicher Roboter.

Bisher konnten alle Ansprüche an Materialien, die es im Bereich der weichen Robotik, dehnbarer Elektronik oder bei neuartigen medizinischen Anwendung braucht, nur von Werkstoffen erfüllt werden, die aus fossilen Rohstoffen gefertigt wurden. Das Team um die Studien-Erstautor*innen Melanie Baumgartner und Florian Hartmann sowie Martin Kaltenbrunner von der Abteilung Physik der Weichen Materie und dem "LIT Soft Materials Lab" der JKU hat sich die Entwicklung einer biologischen Alternative zum Ziel gesetzt. Angesichts der steigenden Mengen an Müll, der mit elektronischen Geräten einhergeht, gehöre die Nachhaltigkeit bei technischen Entwicklungen mittlerweile "zu den größten Herausforderungen unserer Zeit", sagen die Wissenschaftler*innen.

Bei der Anwendung von sogenannter weicher Robotik denken die Forscher vor allem an die Bereiche Pflege, Rehabilitation oder Medizin, wo also die Technik direkt mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommt, wenn etwa mittels tragbarer Sensoren Körperfunktionen überwacht werden. Hier hätten gummiartige Materialien, die noch dazu biologisch verträglich – also ungiftig – sind, großes Potenzial. Gleichzeitig dürfen sich etwa die elastischen Eigenschaften der Trägermaterialien für die neue Technik auch möglichst mit der Zeit nicht verschlechtern.

Mischung aus Gelatine, Lösungsmitteln und einigen Zuckerarten
Das schafften die Wissenschafter nun mit einer Mischung aus Gelatine, Lösungsmitteln und verschiedenen Zuckerarten. Damit erzielten sie Ergebnisse, die sonst nur Silikon-Elastomere erbringen, heißt es. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber diesen sei, dass die Linzer Mixtur nach der Anwendung im Biomüll entsorgt werden könne. Dazu kommt, dass das Material Wasser beinhaltet und daher mit anderen wasserlöslichen Materialen wechselwirken kann, es aber selbst kaum durch die Anwesenheit anderer Flüssigkeiten verändert werde. Das mache das Biogel etwa zum vielversprechenden Träger von elektronischen Analysegeräte, die direkt auf der Haut getragen werden können, ohne dass diese die Beweglichkeit einschränken.

Im Bereich der Robotik hat das Forschungsteam einen künstlichen Elefantenrüssel gebaut, der sich von einem elektrischen Exoskelett umfasst Hunderttausende Male hin und herbewegen lässt, ohne dabei kaputt zu werden. Für die Wissenschaftler*innen reichen die Möglichkeiten für den Einsatz ihres Gels von sicheren Kinderspielzeugen, technischer Unterstützung in der medizinischen Rehabilitation bis hin zu Greifhänden, etwa für Ernteroboter, die nach ihrem Einsatz bedenkenlos entsorgt werden können.

Das Material, das sich laut den Entwicklern auch durch einfache Verarbeitung bei geringen Produktionskosten auszeichnet, soll nun durch die Verarbeitung mit industriellen Fertigungsmethoden noch belastbarer werden. In weiterer Folge sollen auf dieser Basis dann "komplexere Roboter mit Sensorhäuten" entstehen.

NEWS 16.06.2020

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