Softrobotik: Ionoprinting macht Hydrogel zum Greifer

US-Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, ein Hydrogel so zu verfestigen, dass es als Greifer eingesetzt werden kann.

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Ionoprinting: Greifer aus wasserhaltigem Gel
Ionoprinting: Greifer aus wasserhaltigem Gel (Bild: Orlin Velev/NC State)

Ionoprinting - drucken mit Ionen - heißt eine neue Technik, die US-Forscher entwickelt haben. Damit können sie aus einem Hydrogel sogenannte Softrobots herstellen, die unter anderem als Greifer fungieren.

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Ausgangspunkt ist ein Hydrogel, ein Polymer, das Wasser enthält. Dieses Gel wird mit Hilfe einer Kupferelektrode modifiziert: Wird Spannung an die Elektrode angelegt, wandern positiv geladene Kupferionen in das Hydrogel und binden sich an die negativ geladenen Teile des Polymers. Auf diese Weise bekommt das Hydrogel mehr Festigkeit. Wird es in eine bestimmte Form gebracht, kann es diese für Monate behalten.

Kontraktion

Dabei stellten die Forscher einen weiteren Effekt fest: "Die Bindungen zwischen den Biopolymer-Molekülen und den Kupferionen ziehen die Molekülstränge zusammen, wodurch sich das Hydrogel biegt", erklärt Orlin Velev von der Universität des US-Bundesstaates North Carolina in Raleigh.

Diese beiden Effekte - die größere Steifigkeit und das Biegen - machen sich die Forscher zunutze. Sie beeinflussten das Hydrogel gezielt und ließen es so zu einem weichen Aktor werden. Ein v-förmiges Stück Gel wurde zu einer Art Greifer. Als Kupferionen an einer bestimmten Stelle in das V injiziert wurden, griffen die beiden Arme zu. Wurden die Ionen an einer anderen Stelle injiziert, öffnete sich der Greifer wieder.

Chemisch betätigter Greifer

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In einem anderen Versuch testeten sie einen Greifer mit vier Auslegern aus einem x-förmigen Hydrogel, den sie chemisch betätigten. Sie brachten auf der Rückseite des X Elektroden an, um bestimmte Bereiche des Gels gezielt zu versteifen. Tauchten sie den Greifer in Ethanol, schrumpfte das unstrukturierte Hydrogel. Durch die entstehende Spannung schloss sich der Greifer um ein Objekt. Anschließend tauchten sie den Greifer in Wasser, und dieser öffnete sich wieder.

"Diese Arbeit bringt uns einen Schritt weiter bei der Entwicklung neuer robotischer Technologien, die weiche biologische Systeme imitieren und in wässrigen Umgebungen eingesetzt werden können", sagt Michael Dickey. Die Forscher stellen ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Nature Communications vor.

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