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.

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

Stellenangebote im Bereich Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik Jobs
Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH-Firmenlogo
Projektleiter*in Elektrotechnik Verkehrsanlagen (m/w/d) Elektroingenieur*in oder Techniker*in Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH
Karlsruhe Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik / Bauingenieur (w/m/d) Ladeinfrastruktur Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern
Nürnberg Zum Job 
Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr-Firmenlogo
Traineeprogramm - Bachelor Fachrichtung Maschinenbau / Energie- und Gebäudetechnik (m/w/d) Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr
bayernweit Zum Job 
Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr-Firmenlogo
Traineeprogramm - Bachelor Fachrichtung Maschinenbau / Energie- und Gebäudetechnik (m/w/d) Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr
Nord-Micro GmbH & Co. OHGa part of Collins Aerospace-Firmenlogo
Projekt- / Produktingenieur (m/w/d) Nord-Micro GmbH & Co. OHGa part of Collins Aerospace
Frankfurt am Main Zum Job 
B.Braun Melsungen AG-Firmenlogo
Verpackungsentwicklungsingenieur (w/m/d) Pharma B.Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Fresenius Kabi-Firmenlogo
Instandhalter (m/w/d) Prozesstechnik - API Herstellung Fischöl Fresenius Kabi
Friedberg (Hessen) Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
Project Manager (w/m/d) Pre-Development B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
R&D Manager (w/m/d) für die Entwicklung von medizinischen Kunststoffeinmalartikeln B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Max Dörr GmbH Förderanlagen-Firmenlogo
Konstrukteur (m/w/d) Max Dörr GmbH Förderanlagen
Gemmingen Zum Job 
Hamburger Stadtentwässerung AöR ein Unternehmen von HAMBURG WASSER-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Elektrotechnik als Projektleiter Hamburger Stadtentwässerung AöR ein Unternehmen von HAMBURG WASSER
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Wirtschaftsjurist*in / Ingenieur*in (m/w/d) für Contract & Claimsmanagement in Projektender Energiewende THOST Projektmanagement GmbH
Stuttgart, Mannheim Zum Job 
RES Deutschland GmbH-Firmenlogo
Head of Engineering / Leitung technische Planung Wind- & Solarparks (m/w/d) RES Deutschland GmbH
Vörstetten Zum Job 
MEWA Textil-Service SE & Co. Management OHG-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) PMO Business Transformation MEWA Textil-Service SE & Co. Management OHG
Wiesbaden Zum Job 
Funke Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur (m/w/d) Funke Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH
Gronau (Leine) Zum Job 
MEWA Textil-Service SE & Co. Management OHG-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Elektrotechnik MEWA Textil-Service SE & Co. Management OHG
Wiesbaden Zum Job 
KÜBLER GmbH-Firmenlogo
Techniker / Ingenieur / Fachplaner / TGA (m/w/d) Heizungstechnik und Elektro KÜBLER GmbH
Ludwigshafen Zum Job 
WPW JENA GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Elektroplanung (m/w/d) WPW JENA GmbH
Jena, hybrides Arbeiten Zum Job 
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung-Firmenlogo
Ingenieurin/Ingenieur (w/m/d) für die Koordination der Fachrichtung Elektrotechnik bzw. Nachrichtentechnik Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in (m/w/d) der Fachrichtung Maschinenbau, Physikalische Ingenieurwissenschaft, Produktionstechnik, Werkstoffwissenschaft oder vergleichbar Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Berlin-Steglitz Zum Job 

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.