Computer lässt die Muskeln spielen

Verschleiß im Alter, Nerven- und Muskelkrankheiten oder Lähmungen nach Unfällen können der Grund dafür sein, dass Skelettmuskeln nicht mehr richtig funktionieren. Um der Vision des künstlichen Muskelersatzes näher zu kommen, gilt es einige Hürden aus dem Weg zu räumen. Zuallererst ist es wichtig, die normale Funktion eines Muskels zu verstehen, um zu wissen, welche Kraft ein künstlicher Muskel haben müsste, um einen natürlichen Bewegungsablauf zu ermöglichen. Um zu erforschen, wo wann welche Reize eingehen haben Maschinenbauer der Ruhr Universität Bochum ein virtuelles Muskelmodell entwickelt, das das natürliche Verhalten eines Skelettmuskels unter verschiedenen Bedingungen darstellen kann.
Entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Muskulatur ist das Zusammenspiel von physiologischen, neurologischen und morphologischen Aspekten. Die Dicke der Muskelzellen, die Häufigkeit der elektrischen Reize die Anzahl der zur Kontraktion angeregten Muskelfaserbündel bestimmen über die Kraft, die ein Skelettmuskel maximal ausüben kann. Zudem gilt es bei der Modellierung die passive Kraft eines Muskels, die aus der Steifigkeit des biologischen Gewebes resultiert, zu berücksichtigen.

Für ihre Modellierung machten sich die Ingenieure unter anderem das Wissen zunutze, das sie über die Materialeigenschaften von Gummi besaßen. Es verhält sich in gewissem Maße ähnlich wie biologisches Gewebe. Durch einen Kunstgriff gelang es außerdem, aus den eindimensionalen Daten aus Physiologie und Biologie ein dreidimensionales Muskelmodell zu erzeugen, das mit wesentlich geringerem Aufwand das gesamte Verhalten eines Muskels zuverlässig abbildet.