Robotik: Künstlicher Muskel aus Angelschnur

Angelschnüre sind recht stabil - sie müssen ja so manchen dicken Fisch aushalten. Eine Forschergruppe um Ray Baughman hat die Kunststoffschnüre zu künstlichen Muskeln umfunktioniert.

Die Schnur, die aus Polyethylen oder Polyamid bestehen kann, wird zuerst aufgewickelt. In diesem Zustand kann sie als Drehmuskel verwendet werden. Der schafft es, einen relativ schweren Rotor in eine Rotationsgeschwindigkeit von über 10.000 Umdrehungen pro Minute zu versetzen.

Baughman und seine Gruppe von der Universität des US-Bundesstaates Texas in Dallas wollen die aufgewickelte Schnur hingegen als Kontraktionsmuskel nutzen. Dazu wird sie weitergedreht, so dass sie anfängt, sich schraubenförmig zu winden, ähnlich wie ein Telefonkabel. Ist die Schnur aufgewickelt, wird sie noch einmal extra behandelt, damit sie diese Form behält.

Kontraktion durch Hitze

Gesteuert wird der Muskel durch Hitze: Wird die gewickelte Schnur erhitzt, will sie sich aufdrehen, was eine Kontraktion des Muskels bewirkt. Er ziehe sich um 50 Prozent seiner Länge zusammen, berichten die Wissenschaftler. Zum Vergleich: Eine menschliche Muskelfaser zieht sich um etwa 20 Prozent zusammen. Diese Fähigkeit verliert nach Angaben der Forscher der Muskel auch nach mehreren Millionen Kontraktionen nicht. Und: Der Effekt lässt sich auch umkehren: Wenn die Schnur entgegen der Drehrichtung der Polymerfasern aufgewickelt wird, dehnt sich der Muskel beim Erhitzen aus.

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Das Wirkprinzip: Bei Erwärmung zieht sich der Muskel zusammen. Kühlt er ab, dehnt er sich wieder aus. (Bild: Science/AAAS)

Der Muskel sei sehr leistungsfähig, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Science: Er könne das Hundertfache des Gewichts heben, das eine menschliche Muskelfaser gleicher Länge und gleichen Gewichts heben könne. Seine Leistung betrage 5,5 Kilowatt pro Kilogramm Muskelmasse - das entspreche in etwa der Leistung eines Düsentriebwerks.

Starkes Bündel

So haben die Forscher einen künstlichen Muskel aus einem Bündel Polyethylen-Angelschnüre konstruiert, wobei die Schnur etwa den zehnfachen Durchmesser hat. Damit konnten sie ein Gewicht von etwa sieben Kilogramm heben. Werden die Fasern - vergleichbar einem Muskel in der Natur - kombiniert, könnten 100 solcher Faserbündel über 700 Kilogramm heben.

Die Hitze kann auf verschiedene Art und Weise zugeführt werden, durch elektrische Spannung beispielsweise. Oder durch die Umgebungstemperatur: "Wir haben die Polymermuskeln zu Textilien verarbeitet, deren Poren sich mit Temperaturänderungen öffnen und schließen", erzählt Carter Haines. Diese könnten zu Kleidungsstücken verarbeitet werden. Mit solchen Muskeln könnten aber auch Belüftungsanlagen von Gewächshäusern angetrieben werden. Andere Anwendungsmöglichkeiten für die Aktoren sehen die Forscher in der Prothetik und Robotik.