Künstliche Muskeln aus Polymeren können jetzt wie biologische Muskeln mit Glukose und Sauerstoff versorgt werden. Dieser neue Fortschritt könnte ein entscheidender Schritt sein, um künstliche Muskeln in den menschlichen Körper oder Roboter, die mit Biomolekülen angetrieben werden, zu transplantieren.
An der Universität Linköping in Schweden präsentierte das Studienteam seine Ergebnisse in der Zeitschrift Advanced Materials.
Die Bewegung unserer Muskeln wird durch Energie angetrieben, die freigesetzt wird, wenn Glukose und Sauerstoff an biochemischen Reaktionen beteiligt sind. Ebenso können künstliche Aktuatoren aus Polymeren Energie in Bewegung umwandeln. Bis gestern ging das nur mit Strom, auch für die Luftroboter.
Heute haben schwedische Forscher gezeigt, dass es möglich sein wird, künstliche Muskeln wie menschliche zu bewegen. Ein leitfähiges Polymer, Polypyrrol, das sein Volumen ändert, wenn es von elektrischem Strom durchflossen wird, ist der Baustein neuer Muskeln.
Wie funktioniert es?
Der als „Polymer-Aktor“ bezeichnete künstliche Muskel ist schichtweise aufgebaut. Drei, um genau zu sein, mit zwei Polymerschichten um eine dünne Membran dazwischen. Durch positive Aufladung einer der Schichten zieht sich der Muskel zusammen, bei negativer Aufladung dehnt er sich aus.
Die Elektronen, die diese Bewegung verursachen, stammen derzeit aus schweren Batterien, die ständig aufgeladen werden müssen. Das schwedische Wissenschaftlerteam nutzte die Technologie hinter Bioelektroden, die mit Hilfe von Enzymen chemische Energie in elektrische Energie umwandeln.
„Diese Enzyme wandeln Glukose und Sauerstoff um. Es ist genau wie unser Körper. Sie brauchen keine Batterien, um die benötigte Energie zu produzieren – tauchen Sie einfach den Muskel in die Lösung.“
„Als wir die Enzyme auf beiden Seiten des Aktuators integriert haben und sahen, wie er sich bewegte, war das fantastisch“, Würfel Jose Martinez, ein Mitglied des Forschungsteams.
E adesso?
Der nächste Schritt wird darin bestehen, die biochemischen Reaktionen in den Enzymen zu kontrollieren, um die Bewegung der Muskeln reversibel und wiederholbar zu machen.
„Glukose ist in allen Organen des Körpers vorhanden, sie ist der ideale Stoff.
Später können wir auch mit anderen Enzymen dafür sorgen, dass autonome Mikrobots sich von den Stoffen um sie herum ernähren. Ein Beispiel? Kleine automatische Droiden zur Überwachung des Wassers eines Sees, die von den im selben See vorhandenen Substanzen angetrieben werden.
Eine Welt „natürlicher“ Maschinen, die die Dynamik der Biologie nutzen, um sich fortzubewegen. Echte Bioroboter.
