Ein Mann blickt auf eine künstliche Gelenkschiene.

Mit der Kraft der Libelle: Forscher entwickeln Handgelenkschiene

Stand: 15.04.2021 05:00 Uhr

Libellenflügel müssen Wind und Kollisionen aushalten. Wissenschaftler der Uni Kiel haben nun herausgefunden, wie das funktioniert und so eine Schiene entwickelt, die bei Sportverletzungen helfen könnte.

Zehn Jahren lang hat Hamed Rajabi vom Zoologischen Institut der Uni Kiel geforscht. Sein Spezialgebiet: Die Mechanik von Insektenflügeln. "Diese unterscheiden sich komplett von anderen biologischen Flugsystemen", erklärt der Wissenschaftler. Grund ist laut Rajabi, dass Vögel und Fledermäuse aktive Kontrolle darüber haben, wie sich ihre Flügel beim Fliegen verformen. Insekten, insbesondere Libellen, nicht. "Jede Bewegung, die wir im Flügel sehen, ist bedingt durch das Design und das Material des Flügels", erklärt er.

Forscher entdecken das Geheimnis der Libellenflügel

Die Forscher entschlüsselten die Konstruktion hinter den Flügeln: Die große Beweglichkeit kommt durch ein elastisches Protein - direkt auf den Flügelsträngen. Die Stabilität bringen winzige, gelenkartige Verbindungen. Und - wird ein gewisser Streckungswinkel überschritten - blockieren stachelförmige "Stopper" die weitere Bewegung. Stattdessen stützen die winzigen Stacheln nun die Flügel und verleihen ihnen die nötige Stabilität, um hohen Belastungen von außen standzuhalten.

Flügeltechnik der Libelle in Gelenkschiene übertragen

Diese winzigen gelenkartigen Verbindungen könnten Leuten, die sich bei Handball oder Volleyball eine Verstauchung oder Zerrung zugezogen haben, helfen. In den vergangenen 2,5 Jahren haben die Forscher die mechanischen Systeme des Insektes in die Technik einer Gelenkschiene übertragen. "Immer wieder änderten wir das Design und testeten verschiedene Parameter, um nicht nur zu kopieren, sondern um unser Modell auch funktionsfähig zu machen", erklärt Rajabi. Herausgekommen ist eine flexible und zugleich stabile Schiene, die bei Verstauchungen, Zerrungen und Überdehnungen helfen kann.

Schiene entsteht im 3D-Drucker

Um diese einzigartige Konstruktion nachzubauen, entwickelten die Forscher eine Art Scharnier aus Polymilchsäure. Es wiegt nur 23 Gramm und lässt sich auf Textilbandagen schnallen. Bei einem Winkel von 70 Grad blockiert der Stopper, wie der Stopper eines Libellenflügels. So kann das Scharnier helfen, ein verletztes Gelenk zu stabilisieren, ohne es zu versteifen. Das kann auch beim Gewichtheben helfen.

Die Schiene lässt sich kostengünstig im 3D-Drucker herstellen und für Hand-, Ellenbogen- oder Kniegelenke anpassen. Weil sie so gut kontrollierbar ist, ist sie auch für die Robotik interessant.

Patent ist angemeldet

Rajabi hat die Schiene auf Belastungen getestet. Das Ergebnis: Mit ihr lassen sich bis zu 32 Kilogramm stemmen, also mehr als das 1.400-fache ihres Eigengewichts. "Das was wir tun, ist sehr interessant und spannend und ich bin stolz auf die Ergebnisse, weil sie Einfluss auf das menschliche Leben haben", sagt er. Momentan sind die Forscher auf der Suche nach Unternehmen, um ihre Schiene weiterzuentwickeln und auf den Markt zu bringen. Ein Patent haben sie bereits angemeldet.

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Dieses Thema im Programm:

NDR 1 Welle Nord | Nachrichten für Schleswig-Holstein | 14.04.2021 | 19:30 Uhr

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