Forscher entwickeln flexible Sensoren für Prothesen

Sie könnten auch in Dienstmarken zum Einsatz kommen. Basis sind Nanoröhren aus Carbon, die auf eine Schicht aus Silikon aufgebracht werden. Damit lässt sich ein Fingerzwicken ebenso messen wie das Gewicht eines Elefanten.

Wird das Silikon verformt, ändert das nichts an der Leitfähigkeit der Nanoröhren (Bild: Steve Fyffe).
Wird das Silikon verformt, ändert das nichts an der Leitfähigkeit der Nanoröhren (Bild: Steve Fyffe).

Wissenschaftler der Universität Standford haben außergewöhnlich flexible und Sensoren entwickelt. Sie sind so druckempfindlich, dass sie sich zur Herstellung von berührungsempfindlichen Prothesen eignen, wie der Stanford Report festhält. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind drucksensible Dienstmarken. Ihre Forschungsergebnisse hat die Bao Research Group in der jüngsten Ausgabe des Magazins Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Mit Hilfe eines transparenten Films von Nano-Carbondrähten kann der Sensor Druck registrieren, der „von einem festen Fingerzwicken bis hin zum doppelten Gewicht eines Elefanten reicht, der auf einem Fuß steht“, erklärt Darren Lipomi, Co-Autor der Studie. „Nichts davon deformiert das Material aber dauerhaft.“

Die „Drähte“ stellt das Team her, indem es Nanoröhren in einer flüssigen Suspension mit einer Spritzpistole auf eine dünne Schicht Silikon aufträgt. Diese wird dann gedehnt. Wenn die Nanoröhren aufgebracht werden, landen sie in ungeordneten Klumpen. Dehnt man das Silikon, werden einige solche „Nano-Bündel“ in dieselbe Richtung gezogen. Lässt man es wieder los, kehrt das Silikon in seinen ursprünglichen Zustand zurück – aber die Nanoröhren krümmen sich und formen Strukturen, die an Drähte erinnern.

„Nachdem wir die Nanoröhren gedehnt haben, verhalten sie sich wie Drähte und lassen sich wieder und wieder verformen“, erläutert Zhenan Bao, außerordentliche Professorin für Chemieingenieurwesen an der Universität Stanford. Die elektrische Leitfähigkeit werde dadurch nicht beeinträchtigt. Die Sensoren messen demnach mit Hilfe dieser Drähte den Druck, der auf sie angewendet wird.

Eine Silikonschicht ist den Forschern zufolge besser in der Lage, elektrische Energie zu speichern, als es etwa eine Batterie kann. Wenn Druck auf einen Sensor ausgeübt wird, zieht sich die Schicht zusammen und verändert die elektrische Ladung, die sie fassen kann. Die Nano-Carbonröhren nehmen diese Veränderung wahr und regen den Sensor dazu an, Informationen über den Druckpegel weiterzuleiten.

Themenseiten: Forschung, Hardware, Medizin, Stanford University

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