Sensor US-Wissenschaftler entwickeln künstliche Haut

Ein berührungsempfindlicher, sehr dehnbarer Sensor, den US-Forscher entwickelt haben, könnte in Zukunft als künstliche Haut Prothesen oder Roboter überziehen. Egal wie sehr er gedehnt wird - er kehrt in seine ursprüngliche Form zurück und bekommt keine Falten.

Wissenschaftler von der Universität im kalifornischen Stanford um die Chemikerin Zhenan Bao haben einen durchsichtigen Drucksensor entwickelt, der stark gedehnt werden kann. Er soll beispielsweise als künstliche Haut auf Prothesen eingesetzt werden.

Silikon und Nanoröhrchen

Der Sensor besteht aus einem dünnen Silikonfilm als Trägermaterial, auf den eine Lösung mit Nanoröhrchen aufgesprüht wird. Anschließend wird das Silikon gedehnt. Dadurch richten sich die Nanoröhrchen, die als kleine Klumpen auf dem Trägermaterial landen, aus, und zwar in der Richtung, in die das Silikon gedehnt wurde. Kehrt das Silikon in seine ursprüngliche Form zurück, bilden die Nanoröhrchen eine Form vergleichbar einer Schraubenfeder. Gedehnt wird in zwei Richtungen, die rechtwinklig zueinander sind, so dass der Sensor in verschiedene Richtungen dehnbar ist.

Der Sensor besteht aus zwei Lagen des mit Nanoröhrchen beschichteten Silikons, die die Elektroden des Sensors bilden. Zwischen ihnen befindet sich eine weitere dünne Lage verformbaren Silikons, in der eine elektrische Ladung gespeichert ist. Wird Druck auf den Sensor ausgeübt, verändert sich die Fähigkeit der mittleren Silikonschicht, eine elektrische Ladung zu speichern. Die beiden Elektroden kommen näher zueinander und registrieren diese Veränderung.

Druck oder Dehnung

Wird der Sensor gedehnt, nähern sich die Elektroden genauso einander an, wie wenn Druck ausgeübt wird. Die Wissenschaftler sind sich aber sicher, dass sie beide Arten der Verformung auseinanderhalten können, da sie verschiedene Charakteristika aufweisen. Werde Druck an einer bestimmten Stelle ausgeübt, sei die Verformung in der Mitte am größten und werde zum Rand hin schwächer. Werde der Sensor hingegen gedehnt, indem er etwa mit zwei Greifern gepackt und in die Länge gezogen werde, dann werde er am stärksten auf einer geraden Linie zwischen den beiden Greifern verformt, erklärt Darren Lipomi, der an der Entwicklung beteiligt war.

Vorteil des Sensors sei, dass er nicht nur wie ein herkömmlicher Touchscreen eine Berührung erkenne, sondern auch, mit welchem Druck diese ausgeübt werde, sagt Lipomi. Der Sensor hat einen großen Wirkungsbereich: Er könne "vom Kneifen mit Daumen und Zeigefinger bis zum Doppelten des Drucks, den ein Elefant ausübt, der auf einem Bein steht", aufzeichnen.

Künstliche Haut ohne Falten

Und: Keine dieser Belastungen führe zu einer dauerhaften Deformation des Sensors. Er könne um mehr als das Doppelte gedehnt werden und nehme anschließend wieder seine ursprüngliche Form an, ohne dass Falten zurückblieben.

Anwendungen für den Sensor gebe es viele, schreiben die Forscher im Fachmagazin Nature Nanotechnology. Er könne beispielsweise als künstliche Haut über eine Prothese gezogen werden. Eine andere Möglichkeit sei, einen Roboter mit einer solchen Haut zu überziehen. Eine weitere Möglichkeit sei, daraus einen druckempfindlichen Verband herzustellen. Außerdem könne er als Touchscreen genutzt werden.