Flüssiges Metall – das klingt erst mal nach Science-Fiction oder gefährlichem Quecksilber. Doch im Labor der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) fließt etwas ganz anderes: eine ungiftige Mischung aus Gallium und Indium. Sie bleibt bei Raumtemperatur flüssig und lässt sich in hauchdünne Fasern verwandeln, die Elektrizität leiten und sich gleichzeitig dehnen lassen. Damit öffnet sich die Tür zu einer neuen Generation von tragbarer Elektronik, die Bewegungen misst, ohne dass man sie spürt.
Leiter des Projekts ist Fabien Sorin, der am Labor für photonische Materialien und Faservorrichtungen (FIMAP) forscht. Er erklärt das Ziel so: „Wir wollten elektronische Fasern entwickeln, die zugleich hoch leitfähig und dehnbar sind – etwas, das bislang kaum möglich war.“ Das Team hat dafür eine Technik wiederentdeckt, die man eigentlich aus der Glasfaserproduktion kennt: das thermische Ziehen („Thermal Drawing“).
Vom Glas zur Faser, vom Kabel zum Sensor
Beim Thermal Drawing wird zunächst eine sogenannte Vorform hergestellt – ein größerer Prototyp der späteren Faser. In diese Vorform betten die Forschenden winzige Kanäle und Kammern ein, die mit flüssigem Metall gefüllt sind. Anschließend wird das Ganze erhitzt und wie ein zähflüssiger Kunststoff in die Länge gezogen. Das Ergebnis sind elastische Fasern, dünner als ein Millimeter, die das ursprüngliche 3D-Muster beibehalten.
Klingt einfach – ist es aber nicht. Denn das flüssige Metall muss stabil in der Faser verteilt werden, ohne dass es ausläuft oder verklumpt. Hier kommt die Doktorandin Stella Laperrousaz ins Spiel. Sie erklärt: „Wenn das flüssige Metall mit einer weichen Elastomermatrix gemischt wird, bildet es viele kleine Tröpfchen. Durch das Erhitzen und Strecken werden diese Tröpfchen aufgebrochen und das Metall aktiviert.“
So entstehen Bereiche innerhalb der Faser, die Strom leiten, und andere, die isolieren. Das bedeutet: Forschende können gezielt festlegen, welche Abschnitte der Faser „aktiv“ sind. Damit lassen sich Sensoren direkt ins Gewebe integrieren – ganz ohne zusätzliche Kabel oder starre Elektronik.
Kniebandage mit eingebautem Bewegungssinn
Um zu zeigen, was mit dieser Technologie möglich ist, hat das Team eine intelligente Kniebandage entwickelt. In ihr stecken die neuen Fasern, die jede Bewegung des Gelenks registrieren – beim Gehen, Laufen, Hocken oder Springen. Die Daten zeigen genau, wie stark das Knie gebeugt ist und wie sich der Gang verändert.
Das könnte etwa in der Sportmedizin oder Rehabilitation wertvoll sein, um Belastungen zu analysieren oder Fortschritte zu messen. Auch in der Robotik sind solche Fasern interessant: Ein Roboterarm könnte spüren, wie stark er sich bewegt oder etwas greift – fast wie ein Muskel mit eingebautem Tastsinn.
Sorin sagt: „Unsere Faser lässt sich problemlos in Textilien integrieren. Sie könnte Bewegungen oder Anomalien auch in anderen Gelenken wie Knöcheln, Schultern oder Handgelenken erfassen.“
Sensoren für die Kleidung der Zukunft
Klassische elektronische Bauteile sind meist zu starr oder empfindlich, um sie in Kleidung einzunähen. Die neuen Fasern dagegen sind weich, dehnbar und lassen sich in Meterware – oder eines Tages sogar kilometerweise – herstellen. Ein Stoff, der auf jede Bewegung reagiert, ist also keine ferne Vision mehr.
So ließe sich Kleidung entwickeln, die Vitaldaten misst, Stürze erkennt oder Bewegungsabläufe beim Training optimiert. Auch Prothesen könnten davon profitieren, wenn sie sich natürlicher anfühlen sollen. In Kombination mit künstlicher Intelligenz könnten solche Fasern ganze Körperbewegungen auswerten – in Echtzeit.
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