Künstliche Muskeln aus Nanoröhrchen

Elektrische Spannungen lassen aufgezwirbeltes Nanogarn rotieren.

Verdrilltes Nanogarn
Verdrilltes Nanogarn

Wollongong (Australien)/Dallas (USA) - Der Mixer der Zukunft könnte vielleicht ohne Elektromotor auskommen: Ein Garn aus Kohlenstoffnanoröhrchen reicht aus, um kleine Rührflügel in Drehung zu versetzen. Dazu verzwirbelten Wissenschaftler tausende winziger Nanoröhrchen zu einem Faden. Dann schlossen sie den in eine Flüssigkeit getauchten Faden an eine Spannungsquelle an. Elektrostatische Effekte ließen ihn daraufhin bis zu 590 Mal pro Minute rotieren. Der Effekt war kraftvoll genug, einen Rührflügel zu drehen, der etwa 2000 Mal schwerer war als das Garn selbst. Über die Entwicklung dieses künstlichen Muskels nach dem Vorbild eines Elefantenrüssels berichten die Forscher in der Zeitschrift "Science".

"Verfügbare Motoren sind relativ komplex aufgebaut und daher schwer zu verkleinern", schreiben Javad Foroughi von der University of Wollongong und seine Kollegen von University of Texas in Dallas. Daher sind für Millionstel Meter kleine Laborgefäße andere Motoren gefragt. Zusätzlich zu den bereits entwickelten künstlichen Muskeln aus Gedächtnis-Metallen oder organischen Polymeren können Forscher bald auch zu rotierenden Nanogarnen greifen.

Als Antrieb nutzten Foroughi und Kollegen elektrostatische Kräfte zwischen den einzelnen Nanoröhrchen. Sie treten auf, nachdem sich der Nanofaden mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit vollgesogen hat. Darüber wanderten die elektrisch geladenen Ionen, kontrolliert durch eine angelegte Spannung von bis zu fünf Volt, in das poröse Garn hinein und ließen es etwas aufquellen. Zugleich verkürzte sich der gesamte Faden um ein Prozent. Diese Bewegungen reichten aus, um das verdrillte Garn in Drehung zu versetzen.

Auch wenn Geschwindigkeit und Kraft dieser Drehungen schon zum Antrieb kleiner Rührflügel geeignet sind, wird es bis zu einem nutzbaren Nanogarn-Mixer noch etwas dauern. Denn je nach Rotationsrichtung lösen sich die einzelnen Nanoröhrchen nach einigen Dutzend Drehungen voneinander und müssten erneut verdrillt werden. Zudem funktioniert dieser künstliche Muskel bisher nur in speziellen, leitfähigen Flüssigkeiten. Aber es ist nicht ausgeschlossen, dass dasselbe Prinzip bald auch in wässrigen Flüssigkeiten funktionieren könnte und sich die Drehrichtung vor einem Entzwirbeln kontrolliert wechseln ließe.