Künstliche Haut 27.10.2015, 10:30 Uhr

Das wäre der Durchbruch: Handprothese mit Tastsinn

Schon Säuglinge begreifen die Welt förmlich mit ihrem Tastsinn, indem sie alles anfassen. Der Tastsinn liefert dem Gehirn Informationen über Druck, Wärme, Kälte und stoffliche Eigenschaften von Gegenständen. US-Forscher haben jetzt eine künstliche Haut entwickelt, die druckempfindlich ist. Ein erster Ansatz für einen künstlichen Tastsinn.

Sensible Fingerspitzen für den Roboter oder Prothesenträger: US-Wissenschaftlern von der Stanford University ist es gelungen, mit einer Art Noppenfolie den Tastsinn künstlich nachzubauen.

Sensible Fingerspitzen für den Roboter oder Prothesenträger: US-Wissenschaftlern von der Stanford University ist es gelungen, mit einer Art Noppenfolie den Tastsinn künstlich nachzubauen.

Foto: Bao Research Group/Stanford University

Fünf Sinne hat der Mensch: Er kann sehen, hören, riechen, schmecken und fühlen. Der Tastsinn in der menschlichen Haut gilt als sehr empfindlich: Die Haut enthält etwa 100 Millionen Sinneszellen, die den Druck messen, Vibrationen, Wärme und Kälte erfassen und die stofflichen Eigenschaften von Gegenständen erfühlen. US-Wissenschaftlern von der Stanford University ist es gelungen, mit einer Art Noppenfolie den Tastsinn künstlich nachzubauen. Sie stellten jetzt im Fachmagazin Science einen ersten Prototypen ihrer künstlichen Haut vor.

Schaltung mit Tintenstrahldrucker erzeugt

„Stellen Sie sich ein Stückchen Plastikfolie vor. Auf dieser Folie sind winzige Pyramiden aus Gummi aufgebracht, sie enthalten nanometerkleine Röhrchen aus Kohlenstoff. Drückt man auf die Folie, werden die Gummipyramiden zusammengepresst und die Nanoröhrchen erzeugen ein elektrisches Signal“, erklärt Chemikerin Zhenan Bao von der kalifornischen Stanford Universität das Prinzip des künstlichen Tastsinns. Diese Folie mit den Gummipyramiden haben die Forscher um Bao mit einer zweiten Folie verklebt. Auf dieser haben sie mit einem Tintenstrahldrucker eine hauchdünne, biegsame Elektronikschaltung gedruckt.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Berliner Hochschule für Technik (BHT)-Firmenlogo
Professur Konstruktion Berliner Hochschule für Technik (BHT)
Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Tübingen-Firmenlogo
Projektleiter Brandschutz (m/w/d) Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Tübingen
Tübingen Zum Job 
Berliner Hochschule für Technik (BHT)-Firmenlogo
Professur Maschinenelemente Berliner Hochschule für Technik (BHT)
Airbus-Firmenlogo
IT Security Engineer (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
Fink Chem+Tec GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Mechatronik (m/w/d) Fink Chem+Tec GmbH
Leinfelden-Echterdingen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Lead Software Engineer - EW Mission Data Generation System (d/m/w) Airbus
Manching Zum Job 
Mainova AG-Firmenlogo
Elektroingenieur (m/w/d) Projektierung / Planung Strom Sekundärtechnik Mainova AG
Frankfurt am Main Zum Job 
GWG - Wohnungsgesellschaft Reutlingen mbH-Firmenlogo
Abteilungsleiter (m/w/d) für den Baubereich, Abteilung Technik GWG - Wohnungsgesellschaft Reutlingen mbH
Reutlingen Zum Job 
MVV Netze GmbH-Firmenlogo
Spezialist Systeme und Anwendungen (m/w/d) MVV Netze GmbH
Mannheim (Homeoffice) Zum Job 
Mainova AG-Firmenlogo
Elektroingenieur (m/w/d) Projektierung / Planung Strom Sekundärtechnik Mainova AG
Frankfurt am Main Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Cargo Hold Commodity Manager (d/f/m) Airbus
Bremen Area Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Programm Controlling Transformation and Integration (d/f/m) Airbus
Hamburg Zum Job 
Landeshauptstadt Stuttgart-Firmenlogo
Technische*r Prüfer*in für die Prüfung von Großprojekten (m/w/d) Landeshauptstadt Stuttgart
Stuttgart Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Senior Projektleiter*in GuD-Anlage (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
BRUSA Elektronik (München) GmbH-Firmenlogo
Prüfmittel Ingenieur / Entwicklungsingenieur Prüfmittel / Applikationsingenieur Labor / Ingenieur Prüfstandsentwicklung (m/w/d) BRUSA Elektronik (München) GmbH
München Zum Job 
BRUSA Elektronik (München) GmbH-Firmenlogo
Senior Embedded Linux Software Engineer (m/f/d) BRUSA Elektronik (München) GmbH
München Zum Job 
BRUSA Elektronik (München) GmbH-Firmenlogo
Senior Embedded Software Ingenieur (m/w/d) Kommunikation BRUSA Elektronik (München) GmbH
München Zum Job 
engionic Femto Gratings GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) für Produktionsanlagen und Produktionsprozesse engionic Femto Gratings GmbH
Consolar Solare Energiesysteme GmbH-Firmenlogo
Service-Ingenieur (m/w/d) im Innendienst Consolar Solare Energiesysteme GmbH
Frankfurt am Main Zum Job 
Heinrich Wassermann GmbH & Co KG-Firmenlogo
Oberbauleiter Tiefbau (m/w/d) Heinrich Wassermann GmbH & Co KG

Künstliche Nervenpulse als Maß für den Druck

Diese Elektronikschaltung wandelt die elektrischen Signale der druckempfindlichen Gummipyramiden in Pulse um. Das Prinzip: Je stärker der Druck auf die Noppenfolie, umso schneller werden die künstlichen Nervenpulse. So entsteht ein Maß für den Druck.

So sieht die flexible künstliche Haut aus, bevor sie auf der mechanischen Hand angebracht wird.

So sieht die flexible künstliche Haut aus, bevor sie auf der mechanischen Hand angebracht wird.

Quelle: Bao Research Group/Stanford University

Für Zhenan Bao ist dieser Drucksensor nur ein erster Schritt hin zu einer Kunsthaut. „Bislang haben wir nur kleine Folienstücke mit wenigen Drucksensoren gebaut. Aber unsere Haut enthält viele Sinneszellen. Also müssen wir jetzt herausfinden, wie man viele Sensoren auf großer Fläche herstellen kann. Und außerdem wollen wir nicht nur Drucksensoren in unsere Kunsthaut integrieren, sondern auch Temperaturfühler“, sagt sie selbstbewusst.

Lichtpulse steuern lichtempfindliche Proteine an

Um die künstlichen Nervenpulse für eine Wahrnehmung im Gehirn zu nutzen, denkt die Chemikerin über zwei Verfahren nach. „Entweder ließe sich der Sensor über eine implantierbare Elektrode an ein geeignetes Nervenbündel anschließen. Oder man wandelt die elektrischen Signale um in optische.

Auf den Fingerspitzen der Roboterhand ist die berühungsempfindliche Folie aufgebracht. Sie enthält nanometerkleine Röhrchen aus Kohlenstoff.

Auf den Fingerspitzen der Roboterhand ist die berühungsempfindliche Folie aufgebracht. Sie enthält nanometerkleine Röhrchen aus Kohlenstoff.

Quelle: Bao Research Group/Stanford University

Mit diesen Lichtpulsen werden dann spezielle lichtempfindliche Proteine angesteuert, die man zuvor mithilfe der Gentechnik ins Gehirn eingeschleust hat.“ Dieses zweite Verfahren nennt sich Optogenetik.

Erfolgreich an lebenden Hirnzellen von Mäusen erprobt

An lebenden Hirnzellen von Mäusen haben die Forscher der Stanford Universität dieses Verfahren bereits erfolgreich erprobt. „Wir haben gesehen, dass die Hirnzellen auf unsere Sensorsignale ähnlich reagieren wie auf die von richtigen Sinneszellen“, berichtet Bao. „Es ist das erste Mal, dass ein flexibles, hautähnliches Material Druck erkennen kann und auch ein Signal an einen Teil des Nervensystems weiterleiten kann.“

Lesen Sie auch:

Überwachung von Risikopatienten

Die Chemikerin sieht für ihre künstliche Haut ein weites Anwendungsfeld. So könnte die Noppenfolie dazu dienen, Robotern einen Tastsinn zu verleihen. Auch an die Überwachung von Risikopatienten denkt Bao: „Da unsere Sensoren extrem empfindlich sind, taugen sie für tragbare Elektronik.

Zum Beispiel könnte man sie in ein Pflaster integrieren, das man einfach auf die Haut klebt und damit dann Herzschlag und Blutdruck genau überwachen.“ Das Forscherteam der Stanford University ist keineswegs alleine unterwegs mit dem Versuch, den Tastsinn nachzubauen. Bereits vor einem Jahr stellten zwei Forscherteam aus den USA und aus Schweden Studien mit unterschiedlichen Prothesen vor.

 

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.