Forschungsbereich B

Der Forschungsbereich B wird adaptive, „weiche“ makromolekulare Materialsysteme erforschen, die ihre Eigenschaften und ihre Reaktivität über Selbstregulationsphänomene verändern und anpassen.

Um solche Materialsysteme zu entwickeln, müssen die Wissenschaftler*innen hierarchische Systeme schaffen: Dafür soll eine „top-down“-strukturierte additive Fertigung mit der Fähigkeit zur Selbstassemblierung verknüpft werden, die „bottom-up“ funktioniert, sowie mit programmierbaren Wechselwirkungen auf molekularer, struktureller und systemischer Ebene. livMatS bezeichnet diese innovative Strategie als MAM (engl.: Integrated Multimaterials Additive Manufacturing).

Dabei ist es wichtig, verschiedene Längen-, Kraft- und Zeitskalen zu verstehen und zu nutzen: Diese reichen von der molekularen Ebene bis hin zur Ebene des integrierten Systems. Sie unterscheiden sich zudem hinsichtlich der jeweils anwendbaren Schaltmechanismen, Reaktionszeiten, Ansätze für die Bi- und Multistabilität sowie der selbstregulierenden Merkmale. Ziel ist eine synergistische Reaktion in einem integrierten Materialsystem.

In Bezug auf die Anpassungsfähigkeit wird mit den gegenwärtigen Konzepten responsiver Materialien gebrochen, die meist passiv zwischen Gleichgewichtszuständen wechseln. Stattdessen liegt der Fokus auf Anpassungsmechanismen. Dazu gehören die Anpassung an nicht-triviale Funktionszustände (wie sie z.B. in Metamaterialien stattfindet), die (nichtlineare) Anpassung entsprechend der Signalstärke und die Anpassung in Abhängigkeit von Signalfrequenzen (eine einfache Form von Trainieren und Lernen auf der Ebene von Materialsystemen).

Außerdem werden im Forschungsbereich B Konzepte entwickelt, wie sich eine aktive Anpassung durch die Freisetzung gespeicherter Energie erreichen lässt. Dies ist nur über die Nutzung von Nichtgleichgewichtskonzepten möglich, da eine aktive und schnelle Anpassung am besten von energiereichen Zuständen ausgeht oder in dissipativen Gleichgewichtszuständen stattfindet.

Somit sollen 5D-Materialien entwickelt werden, die drei räumliche und eine zeitliche Dimension sowie die Signal- bzw. Informationsprozessierung als Grundlage zur Gestaltung von Anpassungsmechanismen intergrieren. Forschungsbereich B wird von den in Forschungsbereich A entwickelten Mechanismen zur Energiegewinnung profitieren und diese Energie speichern, konvertieren und für Anpassungsprozesse nutzen. Die Wissenschaftler*innen werden sich auf drei sehr wichtige molekular kontrollierbare weiche Werkstoffe konzentrieren: Polymere, Peptide (bzw. Proteine) und DNA und in diese verschiedenste kontrollierbare, korrelierbare und selbstregulierende Schalt- und Informationsprozessierungsmechanismen integrieren.


Projekte in Forschungsbereich B

  • Dissipative systems engineering: Chemically fueled active molecular systems
  • Logic Self-Reporting Mechano-Adaptive Metamaterials
  • Autonomous light-actuated LCE actuators
  • Demonstrator for soft autonomous machines ‐ soft robotic low energy gripper systems based on livMatS Materials with sensing capabilities
    Kooperationsprojekt von Forschugnsbereichen B und D und dem Demonstratorbereich.
  • Hierarchically Programmable Materials with Propagating Stimulus Responsive Elements and Metamaterial Ultrastructuring
    Kooperationsprojekt von Forschungsbereichen B und C.
  • Training Materials like Muscles
    Kooperationsprojekt von Forschungsbereichen B und C.

Compact Projects 2020

  • Towards high-resolution polymorphic materials for information encoding and real-time volumetric assessment of material properties
    Principal Investigator: Prof. Dr. Bastian E. Rapp
  • Interaction partners of FtsZ isoforms in Physcomitrella
    Principal Investigator: Prof. Dr. Ralf Reski
  • Magnetically responsive Microstructures
    Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
  • Fiber Compound Connection
    Kooperationsprojekt von Forschungsbereich B und dem Demonstratorbereich. Principal Investigator: Prof. Dr. Thomas Speck
  • Lightweight Materials Systems
    Kooperationsprojekt von Forschungsbereich B und dem Demonstratorbereich. Principal Investigator: Prof. Dr. Thomas Speck
  • Force dependent barriers for sacrificial bonds in mecha-noresponsive materials.
    Principal Investigator: PD Dr. Michael Walter
  • Hydrogenase-Electrode-Hybrids towards enzymatic proton production for ATP Synthases
    Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
  • Porosity- and charge storage tailoring in mesoporous nitrogen doped carbon nanospheres
    Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
  • Tuning the physicochemical properties of porous carbon materials as electrode materials for redox-flow batteries
    Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer