{"id":235305,"date":"2020-07-29T11:41:09","date_gmt":"2020-07-29T09:41:09","guid":{"rendered":"http:\/\/innovationorigins.com\/?p=235305"},"modified":"2020-07-29T11:41:09","modified_gmt":"2020-07-29T09:41:09","slug":"wissenschaftler-erfinden-material-das-sich-sekundenschnell-selbst-heilt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/wissenschaftler-erfinden-material-das-sich-sekundenschnell-selbst-heilt\/","title":{"rendered":"Wissenschaftler erfinden Material, das sich sekundenschnell selbst heilt"},"content":{"rendered":"\n

Unsere Haut und unser K\u00f6rper k\u00f6nnen durch die angeborenen Selbstheilungskr\u00e4fte viele Sch\u00e4den selbst wieder beseitigen. Ein aufgeschlagenes Knie, ein Schnitt im Finger oder ein verstauchter Kn\u00f6chel sind kein Grund, Hilfe beim Arzt zu suchen. Nach ein paar Tagen sind die Wunden ohne \u00e4u\u00dferes Zutun verheilt. Diese F\u00e4higkeit zur Selbstheilung besitzen allerdings nur biologische Wesen. Ein zerrissenes Kleidungsst\u00fcck repariert sich leider nicht von selbst. Wissenschaftler haben nun aber ein Material entwickelt, das sich selbst heilt. Und das innerhalb von ein paar Sekunden.

Forscher am Max-Planck-Institut f\u00fcr Intelligente Systeme<\/a>\u00a0(MPI-IS) in Stuttgart und der\u00a0Pennsylvania State University<\/a>\u00a0(PSU) in den USA haben das geschafft, indem sie die Nanostruktur eines neuen dehnbaren Materials so lange ver\u00e4ndern, \u201ebis es seine Struktur und Eigenschaften wieder vollst\u00e4ndig zur\u00fcckerhalten kann, nachdem es zerschnitten oder durchstochen wurde\u201c. Inspiriert wurde dieses Material, das die Forschung auf dem Gebiet der Softrobotik revolutionieren k\u00f6nnte, von Tintenfischen. Dieses Material w\u00fcrde viele Anwendungen in einer Welt erm\u00f6glichen, \u201ein der Roboter mit dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen zurechtkommen m\u00fcssen\u201c, sagen die Wissenschaftler.<\/p>\n\n\n\n

Heilung ohne Qualit\u00e4tsverlust<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Bei bisherigen verformbaren, selbstheilenden Materialien brauchen die Molek\u00fcle Stunden oder sogar Tage, bis sie sich wieder miteinander verbinden. Au\u00dferdem erreicht die besch\u00e4digte Stelle nicht mehr die urspr\u00fcngliche Festigkeit. Ganz anders das neu entwickelte dehnbare Material. Das ist in der Lage, seine Struktur und Eigenschaften im Nu komplett wiederherzustellen. Und das immer wieder und wieder.

\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 in der Fachpublikation Nature Materials<\/a> ver\u00f6ffentlicht wurde.<\/p>\n\n\n\n


Zukunftsweisend auf dem Gebiet der Robotik<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

In der Wissenschaft spielen selbstheilende Materialien insbesondere im Hinblick auf die Robotik. Dort k\u00f6nnte ein derartiges Material entscheidend f\u00fcr den t\u00e4glichen Einsatz von Robotern sein. \u201eWenn Roboter eines Tages Menschen in sehr dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen unterst\u00fctzen, sollten sie aus einem weichen und biegbaren Material sein\u201c, betonen die Forscher. Je weicher die Roboter sind, desto schneller geht das Material aber auch kaputt. Das hat sowohl einen Einfluss auf die Langlebigkeit als auch auf die M\u00f6glichkeiten des Einsatzes. K\u00f6nnte sich das Material jedoch im Handumdrehen selbst heilen, w\u00e4re ein Schaden kein Problem mehr. Solche Roboter k\u00f6nnten in Zukunft beispielsweise in gef\u00e4hrlichen Situationen wie der Bergung von Versch\u00fctteten nach Erdbeben eingesetzt werden. Au\u00dferdem k\u00f6nnte das Material auch bei Schutzkleidung wie Handschuhen verwendet werden.

Einen Paten f\u00fcr das neuartige Material fanden 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 in den Naturheilkr\u00e4ften des Tintenfischs. \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. Nachdem das Team die Molek\u00fclstruktur und die Aminos\u00e4uresequenzen von Tintenfischproteinen genau untersucht hatte, entwickelte es mit Hilfe des Protein-Engineering das flexible, gummiartige Material. \u201eWir ver\u00e4nderten die molekulare Struktur so, dass wir die Selbstheilungskr\u00e4fte des Materials auf die Spitze treiben konnten\u201c, sagt Demirel weiter. \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\n\n\n

Schneller als die Natur<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

In der Natur braucht ein Tintenfisch weitaus l\u00e4nger, um zu heilen, denn die Protein-Molek\u00fcle in seinen Tentakeln sind nur l\u00fcckenhaft miteinander verbunden. Das im Labor entwickelte Material wurde von den Forschern so ver\u00e4ndert, dass die Molek\u00fcle 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. W\u00e4hrend die Molek\u00fcle bisheriger flexibler Materialien jedoch permanente Verbindungen h\u00e4tten, die einmal getrennt nicht wieder zusammengef\u00fcgt werden k\u00f6nnten, verhielte es sich bei dem neuen Material anders. \u201eJede physikalische Verbindung ist reversibel. Verbindungen, die an einer Stelle getrennt wurden, klicken wieder in die richtige Position zur\u00fcck.\u201c

Ein supramolekulares Netzwerk mit beispiellosen Selbstheilungseigenschaften er\u00f6ffne ein gro\u00dfes unerforschtes Gebiet m\u00f6glicher Anwendungen in der Robotik, betonen die Autoren. \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, \u201esolch selbstreparierende weiche Materialien einzusetzen bei der Erforschung medizinischer Soft-Roboter oder um Robotergreifarme noch besser zu machen\u201c. Tests mi derartigen Greifarmen haben bereits stattgefunden. Es wurden zum Beispiel verschiedene Objekte damit angehoben. \u201eWenn ein Objekt dann beim Herumtragen den Greifarm besch\u00e4digt, k\u00f6nnte er sich leicht selbst heilen.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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