Eine Haut wie Samt und Plastik

Das größte Organ des Menschen hat eine Fläche von rund zwei Quadratmetern und bildet die Grenze zwischen unserem Körper und der Umwelt. Die Haut besitzt für diese Funktion zwei zentrale Fähigkeiten: Sie kann Berührungen wahrnehmen und Schäden selbstständig reparieren. Bereits seit einiger Zeit versuchen Forscher, diese Funktionen auf Kunststoffe zu übertragen, um die Eigenschaften der Haut für technische Anwendungen nutzbar zu machen. Bisher war es allerdings nicht gelungen, Tastsinn und Selbstheilungskräfte in einem einzigen Material zu vereinen.

Dies ist Zhenan Bao von der Stanford University und ihren Kollegen nun offenbar geglückt: Ihre empfindsame Kunsthaut kann wiederholt Verletzungen binnen Minuten eigenständig schließen, ohne dass Strukturschäden zurückbleiben, belegten Tests. Ein durchtrennter Streifen des schwarzen Kunststoffs war nach Zusammenfügen innerhalb von 10 Minuten mechanisch wieder vollkommen intakt, und nach 30 Minuten entsprachen auch die elektrischen Eigenschaften wieder nahezu der des unbeschädigten Materials. Auch nach der fünfzigsten Runde von Verletzung und Selbstheilung hielt der Streifen mechanischen Belastungen stand, als wäre nichts passiert.

Heilkraft und Tastsinn durch Kunststoff mit integrierten Metallpartikeln

Das Rezept der Kunsthaut ist die Kombination von Kunststoff mit Nickelteilchen, erklären die Forscher. Die biegsame Grundsubstanz bilden sogenannte Oligomere, die durch Wasserstoffbindungen an ihren Enden verknüpft sind. Werden sie beispielsweise durch einen Schnitt getrennt, können sie sich bei erneutem Annähern leicht wieder zusammenfinden. Auf dieser dynamischen Bindung beruht die Selbstheilungskraft: Fügt man Reiß- oder Schnittflächen zusammen, reorganisiert sich der Kunststoff bei Raumtemperatur wieder zu einem stabilen Netzwerk.

Das Geheimnis hinter der Empfindsamkeit sind in den Kunststoff eingebettete Nanopartikel aus Nickel, die das Material elektrisch leitfähig machen. Wird die Kunsthaut durch Druck leicht verformt, verändert sich der Abstand der Metallteilchen zueinander, wodurch sich der Widerstand leicht verändert. Diesen Effekt können wiederum Messgeräte erfassen, wodurch eine Informationsübertragung möglich ist, die den Funktionen des Nervensystems der menschlichen Haut entspricht.

Den Forschern zufolge steckt in dem Material ein enormes Potenzial. Beispielsweise könnten damit natürlichere Prothesen oder Roboterarme entwickelt werden, die Tastsinn ermöglichen und gleichzeitig widerstandsfähig sind. Beim Einsatz als Beschichtung für kratzerheilende Touchscreens gibt es bisher allerdings noch ein Problem: Der Kunststoff ist schwarz. Die Forscher arbeiten deshalb nun an einer Rezeptur, die dem Material Transparenz verleiht.