De ontwikkeling van kunstmatige spieren die vergelijkbaar zijn met echte spieren is een grote technische uitdaging. Om te wedijveren met hun biologische tegenhangers moeten kunstmatige spieren niet alleen krachtig zijn, maar ook elastisch en zacht. Empa werkt hiervoor met twee verschillende materialen op siliconenbasis: een geleidend elektrodemateriaal en een niet-geleidend diëlektricum.
Deze materialen grijpen in lagen in elkaar. “Het is een beetje alsof je je vingers in elkaar verstrengelt”, legt Empa-onderzoeker Patrick Danner uit. Ondanks hun zeer verschillende elektrische eigenschappen moeten de twee zachte materialen zich tijdens het printproces zeer vergelijkbaar gedragen. Ze mogen niet mengen, maar moeten nog steeds bij elkaar blijven in de voltooide actuator.
Actuator? In essentie zijn kunstmatige spieren zogenaamde actuatoren: componenten die elektrische impulsen omzetten in beweging. Actuatoren worden overal gebruikt waar iets beweegt met een druk op de knop, of dat nu thuis is, in de motor van een auto of in hoogontwikkelde industriële installaties.
De ‘geprinte spieren’ van Empa zijn zogenaamde zachte actuatoren. Ze moeten zo zacht mogelijk zijn zodat een elektrische stimulus de vereiste vervorming kan veroorzaken. Als er een elektrische spanning op de elektroden wordt gezet, trekt de actuator samen als een spier. Wanneer de spanning wordt uitgeschakeld, ontspant deze naar zijn oorspronkelijke positie.
Geblesseerd spierweefsel vervangen
Er zijn enorm veel toepassingen voor zachte actuatoren denkbaar. Ze zijn licht, geruisloos en kunnen dankzij het nieuwe 3D-printproces naar wens worden gevormd. Ze zouden conventionele (harde) actuatoren in auto’s, machines en robotica kunnen vervangen. En als ze nog verder worden ontwikkeld, zouden ze ook voor medische toepassingen kunnen worden gebruikt.
Patrick Danner en zijn Empa-collega’s werken er nu al aan. Met hun printproces hopen ze op termijn ook lange elastische vezels te kunnen printen. “Als we erin slagen om ze net iets dunner te maken, kunnen we behoorlijk dicht in de buurt komen van hoe echte spiervezels werken,” zegt zijn collega Dorina Opris.
Kunstmatige spieren zouden mensen kunnen ondersteunen op het werk of bij het lopen, of geblesseerd spierweefsel vervangen. De onderzoekster gelooft dat het in de toekomst zelfs mogelijk moet zijn om een heel hart te printen van deze vezels. Maar dat is voorlopig nog verre toekomstmuziek …
