Robotische künstliche Muskeln bilden eine Unterkategorie künstlicher Muskeln, die biologisch stimulierte Bewegungen erzeugen können. Diese Robotersysteme beherrschen ein breites Spektrum an Bewegungen und zeichnen sich durch inhärente Nachgiebigkeit, ein optimales Leistungsgewicht und vieles mehr aus. Dank ihrer Fortschritte in den Bereichen Steuerungsmethoden, Modellierung und Fertigung bieten diese künstlichen Muskeln ein großes Anwendungspotenzial. Sie werden häufig in Medizingeräten und intelligenten Textilien eingesetzt. Dies hat dem Markt in verschiedenen Industriezweigen zu einem starken Wachstum verholfen. Der Markt für robotische künstliche Muskeln wird im Zeitraum von 2022 bis 2030 voraussichtlich um 17,4 % jährlich wachsen.

Die zunehmende Verbreitung von Diabetes und anderen Erkrankungen, die die Nachfrage nach Prothesen erhöhen, hat maßgeblich zum Marktanteil beigetragen. Laut der International Diabetes Federation lebten 2019 etwa 463 Millionen Erwachsene (20–79 Jahre) mit Diabetes; bis 2045 wird ein Anstieg auf 700 Millionen erwartet. Viele Diabetiker haben ein erhöhtes Risiko, Fußgeschwüre zu entwickeln, die häufig zu einer Amputation führen. Auch die Amputee Coalition of America gibt an, dass Gefäßerkrankungen die Hauptursache für Amputationen der unteren Extremitäten sind.

Wie sieht die Lage am Markt aus?

Der globale Markt für robotische künstliche Muskeln wächst dank Fortschritten und Investitionen in Forschung und Entwicklung im Bereich der künstlichen Intelligenz. Ziel ist die Verbesserung der Lebensqualität von Amputierten, was zur Entwicklung technologisch fortschrittlicher Produkte geführt hat. Ein weiterer Wachstumsfaktor ist die Anwendung als industrieller Aktor, die ebenfalls zu einem starken Anstieg des Marktes für robotische künstliche Muskeln beiträgt. Für den Prognosezeitraum wird ein deutliches Wachstum erwartet. Der Markt lässt sich in folgende Segmente unterteilen:

Nach Typ 

• Piezoelektrische Aktuatoren
• Elektroaktive Polymer-Aktuatoren (EAP)
• Aktuatoren aus Formgedächtnispolymeren (SMP)
• Soft-Fluidic-Aktuatoren
• Andere

Nach Material 

• Ionische EAPs
• Leitfähige Polymere (CPs)
• Kohlenstoffnanoröhren (CNTs)
• Elektroaktive Gele
• Andere

Durch Betätigungsmechanismus

• Elektrische Feldansteuerung
• Thermische Betätigung
• Pneumatische Betätigung
• Andere

Durch Anwendungen 

• Greifer und Manipulatoren
• Laufende Roboter
• Biomimetische Roboter
• Humanoide Roboter
• Medizinische Roboter
• Selbstkonfigurierbare Roboter
• Tragbare und assistive Roboter
• Andere

Die genannten Faktoren sowie Vorteile wie geringeres Gewicht, Flexibilität, schnellere Reaktionszeit und leiserer Betrieb von robotischen künstlichen Muskeln führen zu hohen Umsätzen auf dem Markt. Die hohen Kosten dieser Muskeln stellen jedoch eine Herausforderung für das Budget dar. Auch der Bedarf an Fachkräften erhöht die Investitionskosten und hemmt somit das Marktwachstum.

Piezoelektrische Aktuatoren stellen aufgrund ihrer hohen Effizienz, Geschwindigkeit, Belastbarkeit und exzellenten Positioniergenauigkeit den größten Marktanteil unter den verschiedenen Arten von robotischen künstlichen Muskelaktuatoren dar. Im Materialsegment dominierten Polymere den Markt, da sie Dehnungen und höhere Spannungen mittels elektrostatischer Kräfte erzeugen und in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden können. Unter allen Anwendungen haben biomimetische Roboter aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in Robotern, Exoskeletten und industriellen Aktuatoren einen beträchtlichen Marktanteil.

Die regionale Marktanalyse zeigte, dass Europa den Markt aufgrund wissenschaftlicher und technologischer Errungenschaften sowie bedeutender Fortschritte in Forschung und Entwicklung dominiert. So wurde beispielsweise STAMAS von Arquimea Ingeniería entwickelt, um innovative Roboterhände und -beine zu schaffen. Das Projekt beinhaltet den Einsatz von Formgedächtnislegierungen (FGL) und elektroaktiven Polymeren (EAP) als Aktuatoren, um Astronauten dabei zu helfen, die Auswirkungen der Mikrogravitation auf ihren Körper zu kompensieren und die Fingerbewegungen zu verbessern. Darüber hinaus haben Forscher eine leistungsstarke künstliche Muskulatur entwickelt, die die Trends auf dem Markt für robotische künstliche Muskeln verändert hat. Diese künstliche Muskulatur kann sich in Reaktion auf Wärme ausdehnen und zusammenziehen. Weitere Regionen, die einen bedeutenden Beitrag zum Markt leisten, sind Japan, die USA und andere. Forscher am MIT in Massachusetts, USA, haben künstliche Muskeln mit hervorragender Dehnbarkeit und hoher Tragfähigkeit entwickelt.

Die Entwicklung eines erfolgreichen Produkts für jeden gewinnorientierten Ansatz erfordert minimale Unsicherheiten und maximales Wachstum. Mehrere Schlüsselakteure sind an der Entwicklung robotischer künstlicher Muskeln beteiligt, darunter Össur, das Creative Research Initiative Center for Functionally Antagonistic Nano-Engineering des KAIST, Ottobock, die Ohio Willow Wood Company, Liberating Technologies, Inc., Proteor, Chas. A. Blatchford & Sons Ltd., Environmental Robots Incorporated (ERI) und die RSL Steeper Group Ltd.

Was machen die Konkurrenten?

• Liberating Technologies, Inc. entwickelt und vertreibt Armprothesen. Die VariGrip-Prothese, die von diesem Unternehmen entwickelt und hergestellt wird, bietet Unterarmamputierten Halt und Kontrolle. Eine weitere von Liberating Technologies entwickelte Prothese, das Boston Digital Arm System, ist speziell für Oberschenkelamputierte konzipiert. Das Unternehmen entwickelt seit Langem Prothesen für alle Altersgruppen.
• Eine Forschergruppe des KAIST-Zentrums für funktionell antagonistische Nanoentwicklung (Creative Research Initiative Center for Functionally Antagonistic Nano-Engineering) entwickelte einen Robotermuskel aus MXene-Material, das ionisch mit einem synthetischen Polymer vernetzt ist. Diese Kombination verleiht dem Muskel Flexibilität bei gleichzeitiger Erhaltung seiner Festigkeit und Leitfähigkeit.
• Environmental Robots Incorporated (ERI) ist ein weltweit führender Anbieter von biomimetischen Nanosensoren und Nanoaktoren, künstlichen Muskeln, Experimentierkästen und vielem mehr. ERI hat einen kostengünstigen Experimentierkasten für kontraktile, polymere künstliche Muskeln entwickelt, um die Technologie elektroaktiver Polymere zu veranschaulichen. Ziel war es, Forscher, Studierende, Ingenieure und Wissenschaftler für die Technologie chemisch aktivierter Polymere zu sensibilisieren.