Smart HydroGEL SYStems – From Bioinspired Design to Soft Electronics and Machines

Nüchtern betrachtet sind wir nichts weiter als ein mit Wasser gefüllter Beutel – und dennoch sind wir hochentwickelte Lebewesen die eine Vielzahl hochkomplexer Aufgaben bewerkstelligen können. Um uns dies zu ermöglichen, greift die Natur zu außergewöhnlichen Methoden. Gebunden in speziellen Polymernetzwerken, so genannten Hydrogelen, wird die Essenz des Lebens zu einem raffinierten Baustoff des Tier- und Pflanzenreichs. Die Evolution hat dabei eine erstaunliche Bandbreite an Hydrogelen hervorgebracht, mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften. Manche sind weich wie zum Beispiel Hirngewebe, andere wiederum extrem zäh, wie etwa  Sehnen und Knorpel. Zusammen sind sie der wesentliche Bestandteil aller Kreaturen dieser Erde. Im Gegensatz dazu hat sich die Menschheit Maschinen und elektronische Helfer erschaffen, die in ihrer Mehrheit hart und starr sind.

Ist es daher nicht naheliegend, von den Lebewesen um uns zu lernen, um eine neue Generation von weichen, anpassungsfähigen, intelligenten und hydrogel-artigen Systemen zu entwickeln? Denken Sie an Science Fiction die zur Realität wird durch die Evolution von Technologien welche die Grenzen zwischen den physischen, digitalen und biologischen Welten verwischt. In diesem Projekt werden wir eine richtungsweisende Art weicher, auf Hydrogelen basierender Systeme für unsere bionische Zukunft entwickeln.

Inspiriert durch die Klebstoffexperten der Natur wird es uns möglich sein, hochkomplexe weiche und dennoch robuste biomimetische Maschinen und Systeme zu entwickeln. Meereslebewesen wie manche Krebse und Muscheln haften selbst unter Wasser an beliebigen Oberflächen. Wir nehmen uns diese als Vorbild um neue Methoden zu entwickeln, Hydrogele in sekundenschnelle fest und dennoch dehnbar mit verschiedensten Materialklassen zu verbinden, um damit intelligente weiche Systeme zu erschaffen. Diese neuartigen Verbindungen bilden die Grundlage für eine biokompatible Hydrogel-Elektronik, welche ausgestattet mit komplexen Sensornetzwerken und Aktuatoren in zukünftiger Medizintechnik, in der Pharmazie und zur Gesundheitskontrolle eingesetzt werden kann.

In unserer Vorstellung, ja selbst in der Welt der Science Fiction, bestehen Roboter zumeist aus harten Materialen. Wir werden jedoch gerade Zeugen einer weichen Revolution in der Robotik. In diesem Zusammenhang werden wir weiche Greifer entwickeln, die den Blick auf Objekt und Arbeitsbereich des Roboters nicht verdecken. Zusammen mit einem visuellen System aus hydrogel-basierten optischen Elementen und Lichtsensoren können diese Roboter damit genau sehen was sie greifen. Mit elastischen Batterien und Generatoren sind schließlich voll autonome weiche Maschinen möglich. Dieses Projekt verspricht neue Konzepte für die Medizintechnik, Gesundheitsvorsorge, Unterhaltungselektronik, aber auch für die Nutzung erneuerbarer Energien und wird unmittelbar zum Fortschritt unserer Gesellschaft beitragen.