{"id":61964,"date":"2025-03-12T15:00:52","date_gmt":"2025-03-12T14:00:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=61964"},"modified":"2025-03-13T12:01:32","modified_gmt":"2025-03-13T11:01:32","slug":"kuenstliche-muskeln-aus-dem-3d-drucker-120320251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/kuenstliche-muskeln-aus-dem-3d-drucker-120320251\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliche Muskeln aus dem 3D-Drucker"},"content":{"rendered":"

Was haben Industrieanlagen, Automotoren und menschliche Muskeln gemeinsam? Im Prinzip handelt es sich bei allen drei um Aktoren. Das hei\u00dft, auf einen elektrischen Impuls folgt eine Bewegung. Im menschlichen K\u00f6rper befinden sich rund 640 solcher Aktoren, n\u00e4mlich Muskeln, die beinahe die H\u00e4lfte unseres K\u00f6rpergewichts ausmachen. Ist ein Muskel verletzt oder geschw\u00e4cht, beeintr\u00e4chtigt dies unsere Handlungsf\u00e4higkeit, Beweglichkeit und unsere Lebensqualit\u00e4t. K\u00fcnstliche Muskeln, die den echten in nichts nachstehen, k\u00f6nnten dieses Problem l\u00f6sen und sind daher ein gro\u00dfes Ziel der Forschung. Das nat\u00fcrliche Vorbild stellt die Entwicklung von k\u00fcnstlichen Muskeln allerdings vor zahlreiche Herausforderungen, denn Muskeln m\u00fcssen sowohl stark als auch elastisch und weich sein. Forscher der Empa \u2013 dem interdisziplin\u00e4ren Forschungsinstitut des ETH-Bereichs Materialwissenschaften und Technologie – haben mithilfe von 3D-Druck<\/a> eine L\u00f6sung gefunden.<\/p>\n

Ein Team des Empa-Labors f\u00fcr Funktionspolymere spezialisierte sich zun\u00e4chst auf Aktoren, welche aus weichen Materialien bestehen. Diese dielektrischen, elastischen Aktoren setzten sich aus zwei Komponenten auf Silikon<\/a>-Basis zusammen, die sich ineinander verschr\u00e4nken. Eines der Materialien leitet Elektroden, das zweite fungiert als nichtleitendes Dielektrikum. Um diese Kombination umzusetzen, nutzten die Forscher ein 3D-Druckverfahren<\/a>. So gelang es, weiche und starke Aktoren aus\u00a0 zu drucken, die wie Muskeln reagieren. Wird n\u00e4mlich eine elektrische Spannung \u00fcber die Elektroden zugef\u00fchrt, zieht sich der Aktor wie ein biologischer Muskel zusammen und entspannt sich, sobald die Spannung nachl\u00e4sst.<\/p>\n

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Patrick Danner vom Empa-Labor f\u00fcr Funktionspolymere.<\/p><\/div>\n

Klingt einfach, war es aber nicht. Tats\u00e4chlich sahen sich die Empa-Forscher mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert. Damit sich der k\u00fcnstliche Muskel auf einen elektrischen Reiz hin verformt, muss er einerseits m\u00f6glichst weich sein. Andererseits muss das Druckresultat stark genug sein, um sich nicht von selbst zu verformen. Um zwei Komponenten gleichzeitig zu drucken, sollten sich diese w\u00e4hrend des Druckprozesses auch \u00e4hnlich verhalten. F\u00fcr den k\u00fcnstlichen Muskel waren jedoch ein leitendes und ein nichtleitendes Material n\u00f6tig. Dar\u00fcber hinaus sollten sich die Materialien beim Druck verfl\u00fcssigen, danach erstarren, fest zusammenhalten, aber sich nicht vermischen. Ein unm\u00f6gliches Unterfangen? \u00a0Patrick Danner vom Empa-Labor f\u00fcr Funktionspolymere schildert die Krux. „Diese Eigenschaften stehen oft in direktem Widerspruch zueinander<\/em>,“ erkl\u00e4rt er und f\u00e4hrt fort: „Wenn man eine davon optimiert, ver\u00e4ndern sich drei andere, meistens zum Nachteil<\/em>.“<\/p>

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Wie ist es nun doch gelungen, alle w\u00fcnschenswerten Eigenschaften zu vereinen? Der Schl\u00fcssel lag in einer \u00fcbergreifenden Zusammenarbeit mit Forschenden der ETH Z\u00fcrich<\/a>. Tazio Plej und Jan Vermant von der ETH konzipierten eine Druckd\u00fcse, welche die von der Empa entwickelten Spezialtinten f\u00fcr die weichen Aktoren drucken kann. So konnten 3D-gedruckte k\u00fcnstliche Muskeln hergestellt werden, die das Greifen von Gegenst\u00e4nden simulieren.<\/p>\n

\"K\u00fcnstlicher

Mikroskopie-Aufnahme der Struktur der k\u00fcnstlichen Muskelfaser.<\/p><\/div>\n

Die Kollaboration zwischen den beiden Einrichtungen ist Teil des Projekts \u201eManufhaptics\u201c des ETH-Bereichs \u201eAdvanced Manufacturing\u201c. Das Projekt zielt darauf ab, einen Handschuh zu entwickelten, der virtuelle Welten greifbar macht. Die k\u00fcnstlichen Muskeln sind ein erster Schritt auf diesem Weg.<\/p>\n

3D-gedruckte Aktoren f\u00fcr vielf\u00e4ltige Anwendungen<\/h3>\n

Die weichen Aktoren aus dem 3D-Drucker er\u00f6ffnen aufgrund ihrer Eigenschaften ein breites Anwendungsfeld. Sie sind leicht, ger\u00e4uschlos und lassen sich per 3D-Druck in beliebige Formen drucken. Das macht sie interessant f\u00fcr die Robotik, den Maschinenbau oder den Automobilsektor<\/a>.<\/p>\n

Aber auch f\u00fcr den medizinischen Sektor bergen die 3D-gedruckten, weichen Aktoren ein gro\u00dfes Potential. Das Verfahren eignet sich n\u00e4mlich nicht nur zum Druck von komplexen Strukturen, sondern auch f\u00fcr lange und elastische Fasern. Die Teams der Empa und der ETH Z\u00fcrich besch\u00e4ftigen sich derzeit damit, das volle Potential f\u00fcr den medizinischen Bereich zu er\u00f6rtern. \u201cWenn wir sie noch etwas d\u00fcnner machen, kommen wir der Funktionsweise von echten Muskelfasern schon recht nahe<\/em>\u201d, sagt Dorina Opris, Leiterin der Forschergruppe \u201cFunctional Polymeric Materials\u201d and der ETH Z\u00fcrich. Es ist also durchaus m\u00f6glich, dass in naher oder ferner Zukunft ein ganzes Herz gedruckt werden kann. Sind die 3D-gedruckten k\u00fcnstlichen Muskeln der Grundstein daf\u00fcr?<\/p>\n

Mehr zu diesem Projekt lesen Sie HIER<\/a>. Was halten Sie von den k\u00fcnstlichen Muskeln aus dem 3D-Drucker? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. Wenn Sie mehr zum 3D-Druck in der Medizin lesen m\u00f6chten, schauen Sie auf unserer\u00a0Landing Page<\/a>\u00a0vorbei. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

*Bildnachweise: Empa<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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