Revolution

Künstliche Haut soll in Zukunft Berührung spüren können

Prothesen fehlt der Tastsinn, das könnte sich nun ändern

Prothesen fehlt der Tastsinn, das könnte sich nun ändern

Foto: Bao Lab/Stanford University

US-Forscher aus Kalifornien entwickeln druckempfindliches Sensorsystem, das Prothesen und auch Roboter revolutionieren könnte.

Stanford.  Ein neues Sensorsystem nimmt Druck und Berührungen ähnlich feinfühlig auf wie die menschliche Haut. Ein Forscherteam der Universität in Stanford (Kalifornien/USA) unter der Leitung der Wissenschaftlerin Zhenan Bao entwickelte das System zur Anwendung in einer künstlichen Haut. Zudem gelang es den Wissenschaftlern, die Druckimpulse mittels Licht in die Hirnzelle einer Maus zu übertragen. Über ihre Ergebnisse berichten sie im Fachmagazin „Science“.

„Das ist das erste Mal, dass ein flexibles, hautähnliches Material in der Lage ist, Druck zu erfassen und auch ein Signal in einen Bestandteil des Nervensystems zu übertragen“, so Bao in einer Mitteilung der Universität. Künftig könnte die Technologie etwa bei Prothesen zum Einsatz kommen.

Für ihr Sensorsystem nutzten die Wissenschaftler Kunststoffe mit aufgedruckten Elektroden. Um einen Druck darauf zu simulieren, setzten sie winzige, pyramidenförmige Höcker ein. Werden diese gedrückt, schieben sie auf der Oberfläche des Sensorsystems verteilte Kohlenstoffnanoröhren zusammen. Je stärker der Druck, desto größer ist der Strom, den sie leiten. Ein sogenannter Ringoszillator wandelt die verschiedenen Stromstärken in digitale Impulse um, die in echter Haut erzeugten Impulsen ähnlich seien, so die Forscher.

Um diese digitalen Impulse in eine Nervenzelle zu übertragen, verwendeten Bao und ihre Kollegen ein an der Stanford-Universität mitentwickeltes Verfahren: die Optogenetik. Dabei werden Zellen genetisch so verändert, dass sie auf Lichtsignale reagieren. Für ihre aktuelle Arbeit entwickelten die Wissenschaftler eine speziell zugeschnittene optogenetische Zelle, die Lichtsignale einer winzigen LED in Nervenimpulse mit Frequenzen bis 200 Hertz umwandeln kann. So waren die Forscher in der Lage, die von ihrem Drucksensor ausgelösten Impulse in der Hirnzelle einer Maus zu messen.

Die deutschen Wissenschaftler Heike Walles und Florian Groeber halten die Arbeit für sehr gelungen. Beide arbeiten am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Würzburg an der Entwicklung künstlicher Haut und waren nicht an der Studie beteiligt. Die Übertragung der Funktionsweise der Hautrezeptoren in ein technisches System sei „sehr geschickt gemacht“, meint Walles. Sie sieht die Zukunft dieser Technologie nicht nur bei Prothesen, sondern auch bei Robotern, die direkten Kontakt mit Menschen haben. Groeber kann sich zudem vorstellen, dass die Technologie mit dem Züchten von Haut – dem sogenannten Tissue Engineering – kombiniert werden könnte.