Künstliche Haut mit echten Gefühlen

Die Haut nachzubauen ist schwierig, da sie nicht nur der Schutzmantel des Organismus ist, sondern gleichzeitig auch ein einzigartiges multisensorisches Organ. Sie erspürt Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebung und leitet diese Informationen an das zentrale Nervensystem (ZNS) weiter. Dort werden die Informationen interpretiert und daraufhin Signale an die Peripherie für eine adäquate Reaktion ausgesendet. Deswegen zuckt eine Hand, die in eine Flamme oder in einen Kaktus greift, automatisch zurück.

Das Ziel zahlreicher interdisziplinärer Forscherteams ist es, die mechanischen und sensorischen Eigenschaften biologischer Haut möglichst vollständig zu imitieren und in einem System zusammenzubringen. Dabei soll nicht nur der Tastsinn nachempfunden werden. Die künstliche Haut soll auch an das Nervensystem angebunden und es sollen ganze Reflexbögen nachgebaut werden.

Grundsätzlich besteht elektronische Haut aus einem weichen, flexiblen und dehnbaren Trägermaterial wie beispielsweise Polyurethan, Polyimid oder Polydimethylsiloxan (PDMS). Letzteres eignet sich dabei aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit, mechanischen Eigenschaften, Biokompatibilität und chemischen Inertness besonders gut.

Um innerhalb des Trägers ein leitendes Netzwerk zu bilden, werden Füllmaterialien wie Metall-Nanopartikel integriert oder aufgebracht. Auch Graphen, eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler, bienenwabenförmiger Struktur, oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, sind hierfür geeignet. Diese werden im medizinischen Bereich aufgrund ihrer asbestartigen Struktur allerdings nicht verwendet.

Zudem gibt es per se leitende Polymere. Das am besten untersuchte ist Poly(3,4-Ethylendioxythiophen):Polystyrensulfonat, kurz PEDOT:PSS. Zwei PEDOT-basierte Polymere wurden im Jahr 2016 für die Herstellung von Wearables und implantierbaren Medizinprodukten zugelassen.

Die Anforderungen an das Material und an das Design von elektronischer Haut hängen vom Einsatzgebiet und von der Tragedauer ab. Bei Prothesen und Robotern sollte es möglichst robust und selbstheilend sein. Im medizinischen Bereich steht eher die Hautverträglichkeit im Vordergrund und im Sport zudem die kabellose Datenübertragung und die Unabhängigkeit von Energiequellen. Diese Punkte sind zurzeit Gegenstand intensiver Forschung.