{"id":77546,"date":"2020-08-14T07:26:23","date_gmt":"2020-08-14T05:26:23","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=77546"},"modified":"2020-08-14T04:46:26","modified_gmt":"2020-08-14T02:46:26","slug":"tintenfisch-inspiriertes-material-heilt-sekundenschnell","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/tintenfisch-inspiriertes-material-heilt-sekundenschnell\/","title":{"rendered":"Tintenfisch inspiriertes Material heilt sekundenschnell"},"content":{"rendered":"
\"hole\"
A hole that can seal itself<\/figcaption><\/figure>\n

Ein weiches Material, das sich augenblicklich selbst heilt, ist keine Fiktion mehr, sondern Realit\u00e4t. Ein Team von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut f\u00fcr Intelligente Systeme und der Pennsylvania State University ver\u00e4ndert die Nanostruktur eines neuen dehnbaren Materials so lange, bis es seine Struktur und Eigenschaften wieder vollst\u00e4ndig zur\u00fcckerhalten kann, nachdem es zerschnitten oder durchstochen wurde. Das von Tintenfischen inspirierte Material k\u00f6nnte das Forschungsgebiet der Soft Robotik revolutionieren. Da es jeden Schaden r\u00fcckg\u00e4ngig machen kann, erm\u00f6glicht es viele Anwendungen in einer Welt, in der Roboter mit dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen zurechtkommen m\u00fcssen.<\/strong><\/p>\n

Stuttgart \/ Pennsylvania \u2013 Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart und der Pennsylvania State University (PSU) in den USA haben ein weiches Material entwickelt, das sich nach einer Besch\u00e4digung innerhalb einer Sekunde selbst heilen kann. Die Molek\u00fcle bisheriger verformbarer selbstheilender Materialien brauchen mehrere Stunden oder sogar Tage, um sich wieder miteinander zu verbinden \u2013 oft mit geringer Festigkeit an der Stelle, an der sie durchstochen oder zerschnitten wurden. Das neu entwickelte dehnbare Material stellt jedoch seine Struktur und Eigenschaften im Handumdrehen vollst\u00e4ndig wieder her \u2013 immer und immer wieder.<\/p>\n

\u201eWir haben ein neues Material entwickelt, das viel schneller heilen kann, ohne seine Festigkeit zu verlieren. Wir haben es auf verschiedenste Weise besch\u00e4digt und jedes Mal hat es sich innerhalb von Sekunden repariert\u201c, sagt Dr. Abdon Pena-Francesch, Erstautor der Publikation \u201eBiosynthetic self-healing materials for soft machines<\/a>\u201c, die am 27. Juli in Nature Materials<\/em> ver\u00f6ffentlicht wird. Das Fachjournal ist eines der renommiertesten auf dem Forschungsgebiet der Materialwissenschaft.<\/p>\n

Selbstheilende weiche Materialien sto\u00dfen bei Wissenschaftlern auf zunehmendes Interesse, insbesondere in der Robotik. Dort k\u00f6nnte n\u00e4mlich ein solch einzigartiges Material den Ausschlag daf\u00fcr geben, ob Roboter im Alltag tats\u00e4chlich eingesetzt werden k\u00f6nnen. Denn wenn Roboter eines Tages Menschen in sehr dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen unterst\u00fctzen, sollten sie aus einem weichen und biegbaren Material sein. Doch je weicher, desto schneller geht das Material kaputt. Das schr\u00e4nkt die Langlebigkeit und Leistung und somit die praktische Anwendung von Robotern ein. Sekundenschnelle Selbstheilungskr\u00e4fte k\u00f6nnten dieses Manko ausgleichen. In Zukunft k\u00f6nnten solche Roboter in vielen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel in gef\u00e4hrlichen Situationen wie der Erdbebenbergung. Oder das Material kommt bei Schutzkleidung zum Einsatz, bei Handschuhen z.B., die sich nach einem Schnitt sofort selbst reparieren k\u00f6nnen.<\/p>\n

Dr. Pena-Francesch und seine Co-Autoren Dr. Huihun Jung und Prof. Melik C. Demirel von der PSU und Prof. Metin Sitti, Direktor der Abteilung f\u00fcr Physische Intelligenz am MPI-IS, lie\u00dfen sich von der Natur und den zahlreichen Wundern der Erde inspirieren. Sie suchten nach einer Vorlage, wie ein solch intelligentes Material gebaut werden k\u00f6nnte.<\/p>\n

\u201eUnser Ziel war es, mit Hilfe der Synthetischen Biologie ein selbstheilendes, programmierbares Material zu kreieren, dessen physikalische Eigenschaften wir kontrollieren k\u00f6nnen”, sagt Prof. Demirel. Das Team untersuchte daraufhin die Molek\u00fclstruktur und die Aminos\u00e4uresequenzen von Tintenfischproteinen. Darauf aufbauend entwickelten sie mit Hilfe des Protein-Engineering das flexible, gummiartige Material.<\/p>\n

\u201eWir ver\u00e4nderten die molekulare Struktur so, dass wir die Selbstheilungskr\u00e4fte des Materials auf die Spitze treiben konnten\u201c, f\u00fcgt er hinzu. \u201eWir konnten eine 24-Stunden dauernde Heilungsphase auf eine Sekunde verk\u00fcrzen. Soft-Roboter, die aus diesem Material gebaut w\u00e4ren, k\u00f6nnten sich nun sofort selbst reparieren. In der Natur dauert die Selbstheilung sehr lange. Unsere Technologie stellt damit die Natur in den Schatten.\u201c<\/p>\n

Ein Tintenfisch braucht l\u00e4nger, um zu heilen, da die Protein-Molek\u00fcle in seinen Tentakeln nur l\u00fcckenhaft miteinander verwoben sind. Bei dem im Labor entwickelten Material ver\u00e4nderten die Wissenschaftler die Nanostruktur der Molek\u00fcle so, dass sie alle miteinander verbunden sind. \u201eEin Netzwerk, in dem nur wenige Punkte miteinander verbunden sind, birgt Schwachstellen. Wir aber haben alle Punkte miteinander vernetzt und das Material so verbessert\u201c, erkl\u00e4rt Pena-Francesch. Hinzu kommt: w\u00e4hrend die Molek\u00fcle bisheriger flexibler Materialien permanente Verbindungen haben, die einmal getrennt nicht wieder zusammengef\u00fcgt werden k\u00f6nnen, verh\u00e4lt es sich bei dem neuen Material anders. Jede physikalische Verbindung ist reversibel. Verbindungen, die an einer Stelle getrennt wurden, klicken wieder in die richtige Position zur\u00fcck.<\/p>\n

Ein supramolekulares Netzwerk mit beispiellosen Selbstheilungseigenschaften er\u00f6ffnet ein gro\u00dfes unerforschtes Gebiet m\u00f6glicher Anwendungen in der Robotik. \u201eSelbstreparierende physikalisch intelligente weiche Materialien sind f\u00fcr den Bau robuster und fehlertoleranter Soft-Roboter in naher Zukunft unerl\u00e4sslich”, sagt Prof. Metin Sitti. Seine Vision ist es, solch selbstreparierende weiche Materialien einzusetzen bei der Erforschung medizinischer Soft-Roboter oder um Robotergreifarme noch besser zu machen. Tests dazu gab es bereits, zum Beispiel wurden verschiedene Objekte damit angehoben. Wenn ein Objekt dann beim Herumtragen den Greifarm besch\u00e4digt, k\u00f6nnte er sich leicht selbst heilen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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