Piezoelektrische Stoffe werden zur Fernsteuerung für Chirurgen
Am einen Ende der Welt führt ein Chirurg Kunstgriffe in der Luft aus, am anderen ahmt sie ein Roboter nach und operiert einen Patienten. An dieser unglaublichen Vision arbeiten japanische Wissenschaftler. Sie entwickeln tragbare piezoelektrische Stoffe, die Bewegungen speichern.
In der Vision der japanischen Wissenschaftler müssen Chirurgen zukünftig bei Operationen nicht mehr direkt beim Patienten sein. Sie können aus der Ferne Handgriffe durchführen, die der piezoelektrische Stoff in Steuerungsdaten für einen Roboter verwandelt.
Foto: dpa/Jens Ressing
Piezoelektrische Fasern generieren eine elektrische Spannung, sobald ihre Form verändert wird. Japanische Forscher vom Teijin-Textilkonzern und der Kansai University haben jetzt eine neue Faser entwickelt, die sich auch für die Datenerfassung eignet. Das Forschungsteam hofft, sie bereits in zwei bis drei Jahren auf den Markt bringen zu können.
Der Forscher Tomoyoshi Yamamoto aus dem Forschungs- und Entwicklungsbereich von Teijin denkt an ein verblüffendes Szenario: Chirurgen, die diese Spezialtextilien aus piezoelektrischen Fasern tragen, könnten mit Hilfe von Robotern ferngesteuerte Eingriffe an Patienten vornehmen, die viele hunderte Kilometer entfernt sind. Sie führen Bewegungen aus, die der Roboter eins zu eins nachahmt.
Piezoelektrisches Gewebe besteht aus Bio-Kunststofffasern
Zur Herstellung des Stoffes wird Polymilchsäure in 0,02 Millimeter dünne Fäden verarbeitet. Diese werden mit Fäden aus Kohlenstofffasern verwoben und sind in der Lage, Druck in elektrische Signale umzuwandeln, wenn sich der Körper des Trägers beugt. Das Gewebe ist waschbar, biologisch abbaubar und nicht giftig.
Trägt der Chirurg Stoff aus piezoelektrischen Fasern, lassen sich seine Bewegungen speichern und in Steuerungsbefehle für Roboter übersetzen. Sie sollen dann in ferner Zukunft die Bewegungen des Arztes spiegeln und Menschen operieren können.
Quelle: dpa/Jochen Lübke
Die Daten werden über ein kleines drahtloses Kommunikationsgerät abgerufen, das an das Kleidungsstück angebracht ist. Sobald der Roboter die Daten empfängt, kann er die exakten Bewegungen des Trägers nachahmen. Zu den besonderen Eigenschaften des piezoelektrischen Materials von Teijin gehört, dass der Stoff, je nachdem wie er gewoben ist, verschiedene Bewegungen wahrnehmen kann. Mit einer Leinen-Bindung können Biegungen erkannt werden, während es mit einer Seiden-Bindung Verdrehungen sind.
Auch Anwendungen in Industrie und Sport denkbar
Die potenziellen Applikationen reichen allerdings weit über die Chirurgie hinaus. Ein Hersteller könnte die Gewebe für Roboter einsetzen, um auf diese Weise die Bewegungen von Facharbeitern mit ganz speziellen Handfertigkeiten, wie beispielsweise für die Linsenpolitur notwendig, zu übertragen. In Sportschuhen könnte ein piezoelektrischer Stoff in die Sohle integriert werden. Mit jedem Laufschritt des Sportlers wird die Sohle des Schuhs verbogen und damit zwangsläufig auch das Piezo-Material. Das führt zu einem Spannungsimpuls, mit dem Daten übermittelt werden können.
Konkurrenz kommt von Toray Industries
Teijin ist allerdings nicht der einzige japanische Textilspezialist, der an Textilien zur Datenerfassung arbeitet. Toray Industries hat in Zusammenarbeit mit dem Telekommunikationsunternehmen NTT einen Stoff namens Hitoe entwickelt, der Daten zur Herzfunktion und –frequenz übermittelt. Der Stoff besteht aus Polyester-Nanofasern und wird mit einer stark leitfähigen Flüssigkeit getränkt. Das Material ist so sensitiv, dass es sogar schwache bioelektrische Impulse misst. Die Daten werden an einen winzigen am Hemd befestigten Transmitter weitergegeben. Die elektrischen Körpersignale werden umgehend drahtlos an ein Smartphone übermittelt.
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