Wunderhand mit Gedächtnis

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Die Evolution hat Millionen Jahre an der Hand „gefeilt“. Nicht ganz so lang dauerte jetzt das Design neuartiger Hände mit Muskeln aus Formgedächtnis-Draht.

Haarfeine Nickel-Titan-Drähte bewegen die Kunsthand gespenstisch schnell und geräuschlos. Dabei genügt für die äußerst präzisen Bewegungen der Finger ein einziger Steuerungs-Chip. Weitere Sensoren sucht man vergebens, denn das Material der Drähte selbst hat Sensoreigenschaften. Die Steuerungseinheit erkennt anhand der Messdaten des elektrischen Widerstandes zu jeder Zeit die genaue Position der Drähte.

Das Prinzip ist nicht neu: Formgedächtnis-Drähte erinnern sich an ihre Form und nehmen diese wieder an, nachdem sie verformt wurden. Diese Eigenschaft der Nickel-Titan-Legierung beruht auf Phasenumwandlungen: Wird der Draht bei Stromfluss warm, wandelt sich seine Gitterstruktur um, und er zieht sich wie ein Muskel zusammen.

Leichte Hände mit Formgedächtnis

Herkömmliche künstliche Hände – etwa in Fertigungslinien – kommen mit einer Menge Technik. Sie sind schwer, unflexibel und auch teuer. Demgegenüber kommen die neuen Hände ohne weitere Apparaturen aus, sind leicht, flexibel und anpassungsfähig. Dazu geräuschlos und vergleichsweise günstig herzustellen. Und diese Drähte haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen. Sie können auf kleinstem Raum kraftvolle Bewegungen ausführen.

Um schnelle Bewegungen zu ermöglichen, hat die Forschergruppe der Universität des Saarlandes nach dem Vorbild des menschlichen Muskelaufbaus mehrere der haarfeinen Drähte wie Muskelfasern gebündelt. Dadurch kann das Bündel sich schnell verkürzen und wieder lang werden, weil mehrere Drähte durch die größere Oberfläche rascher abkühlen.

In Zukunft soll der Prototyp die menschliche Hand immer genauer nachbilden. Hierzu werden die Forscher die Bewegungsmuster modellieren und die Sensoreigenschaften des Drahts nutzen.

Künstliche Hand

Die menschliche Hand ist das perfekte Werkzeug. Das vollkommene Zusammenspiel von Muskeln, Bändern, Sehnen, Knochen und Nerven weckt seit langem den Wunsch, ein flexibles Werkzeug nach diesem Vorbild zu schaffen. (Bild: Richard Greenhill and Hugo Elias).