Spezialdrähte ermöglichen haarfeine Instrumente für endoskopische Operationen

Saarbrücken – Biegsame Roboterarme, die vollständige ohne Gelenkstrukturen aus­kommen, haben Wissenschaftler um Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Forschern der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Vorbild für die Konstruktion waren die Rüssel von Elefanten und die Arme von Kraken: Auch sie kommen ohne Gelenke und festes Gerüst aus.

Im Mittelpunkt der Entwicklung stehen künstliche Muskeln aus Form-Gedächtnisdrähten. Die Muskelstränge bestehen aus haarfeinen Drähten aus Nickel-Titan, die anspannen und entspannen können. Sie kontrahieren wie echte Muskeln, je nachdem ob Strom fließt oder nicht.

„Die Legierung Nickel-Titan besitzt ein sogenanntes Formgedächtnis. Wird ein Draht aus diesem Material verbogen, kann er seine ursprüngliche Form wieder annehmen. Fließt Strom durch einen solchen Draht, erwärmt er sich und seine Kristallstruktur wandelt sich so um, dass er sich verkürzt. Wird der Strom abgeschaltet, kühlt er ab und wird wieder lang“, erklärte Seelecke.

Sein Team am Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme bündelt die feinen Drähte wie Muskelfasern. „Mehrere Drähte geben durch die größere Oberfläche mehr Wärme ab, da­durch erreichen wir schnelle Kontraktionen. Die Drähte haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen. Auf kleinem Raum entwickeln sie hohe Zugkraft“, so der Wissenschaftler. Bei ihren Roboterarmen verbinden die Ingenieure die Draht­stränge als Beuge- und Streck-Muskulatur, so dass ihr Zusammenspiel eine fließende Bewegung hervorbringt.

„Bei der Tentakel, die in der Medizin künftig etwa als Katheter oder Endoskop Anwendung finden kann, kommen wir hierbei mit einem Durchmesser von etwa 300 bis 400 Mikrome­ter aus. Auf diesem Raum lassen sich sonst keine anderen Antriebstechniken unterbrin­gen, was etwa die Möglichkeiten bisheriger Katheter-Verfahren einschränkt“, erläuterte Paul Motzki, der über die Formgedächtnis-Drähte seine Doktorarbeit geschrieben hat, und als wissenschaftlicher Mitarbeiter in Seeleckes Team forscht.

Die Forscher demonstrieren die Funktion ihrer Formgedächtnis-Arme vom 1. bis 5. April auf der Hannover Messe.

hil