Dissipative Systemtechnik: Chemisch angetriebene aktive molekulare Systeme
Das Zytoskelett biologischer Zellen besteht aus hochgradig anpassungsfähigen Strukturen, die sich in flussähnlichen Zuständen selbst zusammensetzen und wieder zerlegen. Diese Prozesse verbrauchen permanent Energie, ermöglichen aber als Reaktion auf komplexe Rückkopplungsmechanismen schnelle und dynamische Veränderungen.
Im Gegensatz zu künstlichen Objekten, die mit Benzin oder Strom betrieben werden, speichern und verteilen biologische Systeme Energie in verschiedenen chemischen Verbindungen. Nukleosid-Oligophosphate wie Adenosintriphosphat (ATP) stellen die am leichtesten verfügbare Energieform dar. Ihre Hydrolyse unterstützt die Assemblierung und den Abbau makromolekularer Strukturen, die sich nicht im Gleichgewichtszustand befinden.
In diesem Projekt untersuchen die Forscher*innen die molekularen Details und makroskopischen Anwendungen von chemisch betriebenen, aktiven und selbstorganisierenden Systemen. Das Wissen darüber, wie Energieaufnahme und -abgabe mit zeitgesteuerter Strukturbildung und Strukturverlust kombiniert werden können, verhilft ihnen dazu, dissipative Systeme aus weichen Werkstoffen durch chemische Reaktionsnetzwerke zu entwickeln. Das Ziel ist es, programmierbare autonome Werkstoffsysteme der nächsten Generation zu entwickeln, die eine außergewöhnliche adaptive Dynamik im dissipativen stationären Zustand aufweisen. Eine solche Dynamik bietet enormes Potenzial für komplexe selbstregulierende Verhaltensweisen.