Flexible Solarzellen versorgen Roboter

Wissenschaftler an der Universität Stanford arbeiten an einer "Superhaut" für Roboter, die sich dank flexibler Solarzellen selbst mit Energie für die integrierten Sensorik versorgt. Diese umfassen neben empfindlichen Drucksensoren auch Detektoren für chemische Substanzen. Das soll in Zukunft beeindruckende Möglichkeiten eröffnen. "Ein Roboter könnte vielleicht den Schweiß eines Menschen anfassen und sagen: Oh, diese Person ist betrunken", beschreibt Zhenan Bao, Professorin für Verfahrenstechnik in Stanford.

Die Basis für die künstliche Hut bilden organische Transistoren aus flexiblen Polymeren und kohlenstoff-basierten Materialien. Eine dünne, speziell strukturierte Gummischicht ermöglicht dabei einen sehr empfindlichen Tastsinn. Bao hat beispielsweise einen Prototypen entwickelt, der den Druck durch die Landung einer Fliege spürt. Nun arbeitet sie daran, durch nanometerdicke Beschichtungen auch chemische Sensoren zu integrieren. Je nachdem, wie und womit ein Transistor bearbeitet wird, kann er dann unterschiedliche Substanzen nachweisen.

Das der Ansatz funktioniert, konnte das Team durch die Erkennung bestimmter DNA-Moleküle zeigen. Jetzt arbeitet man daran, auch Proteine nachzuweisen. Das ist für die Medizin interessant. "Mit jeder Krankheit sind normalerweise ein oder mehrere spezielle Proteine - sogannte Biomarker - assoziiert", erklärt Bao. Der Nachweis dieser Marker erlaubt die Krankheitsdiagnose. Der Verfahrenstechnikerin zufolge könnte die künstliche Haut durch richtige Verarbeitung diverse flüssige oder gasförmige Substanzen nachweisen. Daher sind auch Roboter denkbar, die einfach durch Berührung Alkohol im Schweiß nachweisen.

Für eine einfache Energieversorgung ohne große Akkus oder Netzanschluss setzt Baos Team auf Solarzellen. Zum Einsatz kommen flexiblen Polymer-Solarzellen, die den Wissenschaftlern zu folge um 30 Prozent gedehnt werden können, ohne ihre Leistung zu beeinträchtigen. Um das zu ermöglichen, nutzen die Solarzellen eine wellenförmige Mikrostruktur, die sich ähnlich wie ein Akkordeon auseinanderziehen lässt. Das ist nicht nur für die künstliche Haut interessant.

"Eine Anwendung, für die dehnbare Solarzellen nützlich wären, sind Uniformen und andere Kleidung", so der Postdoc-Mitarbeiter Darren Lipomi. Das gilt speziell im Bereich von Gelenken wie dem Ellbogen. Denn dort müssten sich in die Kleidung eingebettete Solarzellen während der Bewegung nicht nur biegen, sondern oft auch etwas in die Länge ziehen. Weiters geht das Stanforder Team davon aus, dass dehnbare Solarzellen besonders für die Aufbringungen auf gekrümmte Oberflächen geeignet sind, beispielsweise bei Autos oder in der Architektur.

(pte)