Eine Haut für Mensch und Roboter

Forscher haben künstliche Haut entwickelt, die sich selbst heilen kann. Das Material kann beim Menschen verloren gegangene Haut ersetzen oder aber Roboter sensibel machen.

Forscher der US-amerikanischen University of Colorado Boulder haben eine elek­tro­nische Haut entwickelt, die sich selbst heilt sowie verform- und rezyklierbar ist. Die Anwendungsgebiete reichen von der Entwicklung von sensiblen Robotern über Prothesen bis hin zu biomedizinischen Produkten. Bei der neuen E-Haut handelt es sich um ein dünnes, lichtdurchlässiges Material, das die Funktionen und mechanischen Eigenschaften der menschlichen Haut nachahmt. Sie besteht aus einer Polyiminfolie, die mit Nanopartikeln versetzt wurde.

"Die Haut, das größte wie auch eines der kompliziertesten Orga­ne des menschlichen Körpers, erfüllt viele Funktionen, die durch die elektronische Haut nachgebildet und sogar verbessert werden können. Es geht einerseits um einen Ersatz der verloren gegangenen Hautfunktionen – zum Beispiel in der Prothetik – wie auch die Nutzung derer für anderweitige Zwecke – zum Beispiel Roboterhaut oder auch als zusätzliche schützende Haut im Gefahrenbereich", erklärt Eugenijus Kaniusas vom Institute of Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering der Technischen Universität Wien. Selbstheilende Eigenschaften seien besonders hervorzuheben, die für Langzeitanwendungen unentbehrlich sind – so etwa im Bereich des Monitorings bei chronischen Patienten.

Zurzeit werden weltweit verschiedene Modelle von E‑Häuten in unterschiedlichen Größen angefertigt. Dies liegt daran, dass die Forscher den Wert dieser Innovation für den medizinischen sowie wissenschaftlichen Bereich erkannt haben. Die elektronische Haut im aktuellen Projekt verfügt über Sensoren, die Druck, Tempe­ratur, Luftfeuchtigkeit sowie Luftströmung messen. Eine Besonderheit ist zudem der Einsatz eines kovalent gebundenen, dynamisch vernetzten Polymers, das als Poly­imin bezeichnet wird.

Der neue Stoff ist durch Silber-Nanopartikel ergänzt worden. "Das Einzigartige bei dieser E‑Haut ist die chemische Verbindung von Polyimin, welche wir anwenden. Diese erlaubt nicht nur die Selbstheilung, sondern auch die vollständige Rezyklierbarkeit bei Raumtemperatur", so Jianliang Xiao von der University of Colorado Boulder. "Wenn man die Millionen von Tonnen an elektronischem Müll betrachtet, die weltweit jedes Jahr erzeugt werden, dann leistet die Rezyklierbarkeit unserer E‑Haut einen wertvollen Beitrag zu Umwelt und Wirtschaft", sagt Xiao.

Ein weiterer Vorteil der elektronischen Haut sei, dass sie sich leicht an gebogene Oberflächen anpassen lässt. Eine Verwendung auf einem Roboter- oder Menschenarm ist somit kein Problem. Die Selbstheilung erfolgt auf Basis der Verwendung von drei Bestandteilen in Ethanol. Um die E‑Haut zu rezyklieren, wird diese in einer Lösung eingeweicht. Dabei zerfallen die Polymere zu Oligomeren und Monomeren, die löslich sind. Die Silber-Nanopartikel sinken indessen auf den Boden der Lösung und können dort eingesammelt und wieder eingesetzt werden.

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