Weiche Roboter: Forscher entwickeln magnetisches Gel ohne Metalle

Forschern ist es gelungen, ein magnetisches Gel zu entwickeln, in dem keine metallischen Partikel enthalten sind. Dieses könnte deutliche Fortschritte bei der Entwicklung "weicher Roboter", medizinischer Implantate oder Anwendungen bringen.

Vielfältige Anwendungen

Das Material ist das erste, bei dem magnetische Moleküle auf Kohlenstoffbasis chemisch an das molekulare Netzwerk eines Gels gebunden sind, wodurch ein flexibler, langlebiger Magnet entsteht. Die Studie, die das Material beschreibt, wurde jetzt in der Zeitschrift Matter veröffentlicht. Die beteiligten Wissenschaftler stammen von der Universität Michigan und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart.

Die Herstellung von Robotern aus flexiblen Materialien ermöglicht es, zu Systemen zu kommen, die sich auf einzigartige Weise verformen, empfindliche Objekte handhaben und Orte erkunden können, die andere Roboter nicht erreichen können. Starre Systeme würden beispielsweise durch den Druck in der Tiefsee zerquetscht oder könnten empfindliches Gewebe im menschlichen Körper beschädigen.


"Wenn man Roboter weich macht, muss man neue Wege finden, ihnen Kraft zu geben und sie so zu bewegen, dass sie arbeiten können", sagte Abdon Pena-Francesch, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen am Robotics Institute der University of Michigan und einer der Autoren der Studie. Heutige Prototypen bewegen sich in der Regel mit Hydraulik oder mechanischen Drähten, die den Roboter an eine Stromquelle oder eine Steuerung binden, was auch ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.

Nicht giftig

Magnete könnten diese Roboter von ihren Fesseln befreien, ihre Bewegungen werden dann durch Magnetfelder gesteuert. Herkömmliche Magnete haben aber eben auch ihre Probleme - sie sind oft nicht flexibel genug oder gar giftig.

Das neue Gel soll nun eine ungiftige Alternative, beispielsweise für medizinische Anwendungen, sein. Weitere Änderungen an der chemischen Struktur des Magneten könnten dazu beitragen, dass er in der Umwelt und im menschlichen Körper abgebaut wird. Solche biologisch abbaubaren Magnete könnten in Kapseln verwendet werden, die zur Freisetzung von Medikamenten an bestimmte Stellen im Körper geführt werden.

Das Gel des Teams besteht ausschließlich aus Molekülen auf Kohlenstoffbasis. Der Hauptbestandteil ist TEMPO, ein Molekül mit einem "freien" Elektron, das nicht mit einem anderen Elektron innerhalb einer Atombindung gepaart ist. Der Spin jedes ungepaarten TEMPO-Elektrons im Gel richtet sich unter einem Magnetfeld aus, wodurch das Gel zu anderen magnetischen Materialien hingezogen wird.


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