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3D-gedruckte elektronische Haut: Der Weg für Interaktion zwischen Mensch und Maschine?

Am 1. Februar 2024 von Jana S. veröffentlicht
3D-gedruckte elektronische Haut

Die Haut ist das größte menschliche Organ und aufgrund ihrer mehr als 1.000 Nervenenden die größte sensorische Verbindung zur Umwelt. Das macht sie nicht nur unglaublich wichtig für den Menschen, wenn er mit seiner Umwelt interagiert, sondern auch sehr schwer zu reproduzieren, auch durch 3D-Druck. Das könnte sich nun ändern. Forscher an der Texas A&M University haben eine 3D-gedruckte elektronische Haut (E-Skin) entwickelt, die sich angeblich wie menschliche Haut biegen, dehnen und fühlen kann. Und das Beste daran? Sie hoffen, dass dies der erste Schritt zu einer künftigen Mensch-Maschine-Interaktion sein könnte.

Auch wenn es wie Science-Fiction klingen mag, wenn in unzähligen Filmen und Büchern von Androiden die Rede ist, die von Menschen nicht zu unterscheiden sind, oder von lebensverändernden bionischen Operationen, so ist diese 3D-gedruckte elektronische Haut dank der Verwendung von Hydrogelen und 3D-Druck zweifellos Realität. Und nicht nur das: Sie könnte für eine Reihe von Anwendungen sehr wichtig sein, auch für Menschen mit Behinderungen. Dr. Akhilesh Gaharwar, Professor und Forschungsleiter am Department of Biomedical Engineering der Texas A&M, erklärt:

Die Fähigkeit, den Tastsinn nachzubilden und in verschiedene Technologien zu integrieren, eröffnet neue Möglichkeiten für die Mensch-Maschine-Interaktion und fortschrittliche sensorische Erfahrungen. […] Die Inspiration für die Entwicklung der E-Skin ist in dem Wunsch verwurzelt, fortschrittlichere und vielseitigere Schnittstellen zwischen Technologie, dem menschlichen Körper und der Umwelt zu schaffen. Der spannendste Aspekt dieser Forschung sind die potenziellen Anwendungen in den Bereichen Robotik, Prothetik, Wearable Technology, Sport und Fitness, Sicherheitssysteme und Unterhaltungsgeräte.“

In der Pressemitteilung bestätigen die Forscher, dass es sich dabei um tragbare Gesundheitsgeräte handeln könnte, die die Vitalparameter kontinuierlich überwachen, den Nutzern Feedback geben und ihnen helfen, ihre motorischen Fähigkeiten und ihre Koordination zu verbessern.

Es wird erwartet, dass sich dieser Durchbruch auf viele Branchen auswirken wird, darunter auch auf die tragbare Elektronik, wie die hier abgebildeten Smartwatches. Dank dieser 3D-gedruckten elektronischen Haut werden die Vitalwerte noch genauer sein

Herstellung der 3D-gedruckten elektronischen Haut

Aber was genau macht diese Haut so besonders? Nun, zum einen hat sie ihre Steifigkeit im Vergleich zu früheren Projekten deutlich verbessert. Die Forscher erreichten dies durch den Einsatz von 3D-Druck und biotechnologisch hergestellten Hydrogelen, die in der Lage sind, abstimmbare elektronische und thermische Biosensorik-Fähigkeiten aufzuweisen. Auf diese Weise konnten sie eine E-Haut schaffen, die so flexibel wie menschliche Haut ist, bioelektrische Sensoren enthält und mit Fertigungstechniken hergestellt werden kann, die für tragbare oder implantierbare Geräte geeignet sind. Um das Problem der Steifigkeit zu lösen, nutzten die Forscher die Fähigkeit der Hydrogele, ihre Viskosität unter Scherspannung während der Herstellung der 3D-gedruckten elektronischen Haut zu verringern, so dass sie leichter zu handhaben und zu manipulieren ist. Dies erleichterte die Konstruktion von elektronischen 2D- und 3D-Strukturen und ermöglichte es ihnen, die Natur der menschlichen Haut besser nachzubilden, heißt es in der Pressemitteilung der Texas A&M. Das Team geht zwar nicht im Detail darauf ein, welche 3D-Drucktechnologie verwendet wird, aber es handelt sich wahrscheinlich um Extrusion, da diese in der Vergangenheit bei ähnlichen Projekten eingesetzt wurde.

Außerdem verwendeten sie ein Material mit Unvollkommenheiten in der atomaren Struktur, da dies eine hohe elektrische Leitfähigkeit ermöglichte, sowie Nanopartikel, die die Haftung der E-Haut auf feuchtem Gewebe unterstützen. Die Nanopartikel reagieren mit dem Hydrogel so, dass sie der 3D-gedruckten elektrischen Haut elektrische und thermische Leitfähigkeit verleihen. Dr. Shounak Roy, ein ehemaliger Fulbright-Nehru-Doktorand in Gaharwars Labor und zusammen mit Dr. Kaivalya Deo einer der Hauptautoren der Studie, fasst zusammen: „Wir sind die ersten, die [Nanopartikel] als Schlüsselkomponente verwenden. Die Fähigkeit des Materials, an feuchtem Gewebe zu haften, ist besonders wichtig für mögliche Anwendungen im Gesundheitswesen, bei denen sich die E-Skin an dynamische, feuchte biologische Oberflächen anpassen und daran haften muss.“

HIER erhalten Sie mehr über die Pressemitteilung von Texas A&M. Was halten Sie von der 3D-gedruckten elektronischen Haut? Was meinen Sie, wo sie insbesondere Anwendung findet? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder  LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Titelbildnachweis: INMYWORK Studio

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