Interaktionsplattform für die Mensch-Maschine-Kommunikation 1

Wissenschaftler aus Deutschland und Japan haben einen neuen Magnetsensor entwickelt, der dünn, robust und flexibel genug ist, um sich der menschlichen Haut und ihren Bewegungen anzuschmiegen, sogar den starken Krümmungen der Handflächen. Das befördert die Vision, uns Menschen mit einem 6. Sinn, dem Magnetsinn auszustatten.

Der Magnetsinn ist bei Bakterien und Insekten verbreitet. Sogar einige Wirbeltiere wie Vögel und Haie haben diese Fähigkeit, Magnetfelder zu detektieren und für Orientierung und Navigation zu nutzen. Der Mensch verfügt natürlicherweise nicht über ein Sinnesorgan für magnetische Felder. Dr. Denys Makarov, der im Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) die vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem ERC Starting Grant geförderte Gruppe Flexible Magnetoelektronik leitet, und sein Team haben nun eine elektronische Haut mit einem Magnetsensor entwickelt, die es dem Inhaber ermöglicht, mit einer Art sechstem Sinn statische und dynamische Magnetfelder wahrzunehmen.

Um mehr als 270 Prozent dehnbar

Die neuen Magnetsensoren sind weniger als zwei Mikrometer dünn. Mit einem Gewicht von nur drei Gramm pro Quadratmeter können sie sogar auf einer Seifenblase schweben. Sie können gefaltet und gebogen werden und halten dabei extreme Krümmungsradien von weniger als drei Mikrometer aus, ohne dass die Funktionalität beeinträchtigt wird.

Um das zu demonstrieren, haben die Forscher die Sensoren wie Papier zwischen den Fingern zerknüllt. Wenn man die Sensoren auf ein Gummiband aufbringt, kann man sie mehr als 270 Prozent dehnen, und das mehr als tausend Mal, ohne dass sie Schaden nehmen.

seifenblase

Auf einer Seifenblase schweben: Das Gewicht von drei Gramm pro Quadratmeter macht‘s möglich. Bild: IFW Dresden

Diese mechanische und funktionelle Robustheit wird durch die Verwendung einer ultradünnen, flexiblen und widerstandsfähigen Polymerschicht als Unterlage erreicht.

„Wir haben eine Interaktionsplattform zwischen Mensch und Maschine entwickelt, die berührungslos ist und auf die Haut aufgebracht werden kann. Das eröffnet ein großes Anwendungsfeld für Bewegungssensoren bei Soft-Robotern oder bei funktionellen medizinischen Implantaten sowie für Magnetsensoren, die direkt auf die Haut aufgebracht werden“, sagt Michael Melzer, der als Doktorand im Team von Denys Makarov tätig ist.

Sensoren

Die Sensoren sind zerknüllbar wie Papier, ohne in ihrer Funktionalität beeinträchtigt zu werden. Bild: IFW Dresden

„Diese mechanisch extrem robusten, ultradünnen, magnetischen Sensoren sind ideal geeignet für tragbare, aber unauffällige Orientierungs- und Manipulationshilfen“, fügt Prof. Dr. Oliver G. Schmidt hinzu, der im IFW Dresden das Institut für Integrative Nanowissenschaften leitet.

Diese Ergebnisse entstanden am IFW Dresden und an der TU Chemnitz in enger Zusammenarbeit mit Partnern an den Universität Tokyo und Osaka in Japan. aru

Autor: Dr. Denys Makarov, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW)