Materialforschung: Impulsgeber Natur. Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien und Werkstoffe

Hintergrund

Materialien und Werkstoffe – Kunststoffe, Keramik und Metalle – spielen in fast allen Technikbereichen und Produkten eine entscheidende Rolle und sind aus dem täglichen Leben nicht wegzudenken. Ziel der modernen Material- und Werkstoffwissenschaften ist es, neuartige, sich selbst adaptierende, intelligente Materialen zu entwickeln. Diese können den Menschen zum Beispiel in Form von individualisierten Geweben im medizinischen Bereich helfen. Selbstheilende und recycelbare Materialien können einen Beitrag für einen nachhaltigen Wirtschaftskreislauf, für die Ressourcenschonung und für den Klimaschutz leisten.

Die Inspiration durch die Biologie birgt hierfür großes Innovationspotenzial. Die Natur schafft es, mit wenigen Bausteinen auf effiziente Weise eine Vielzahl äußerst komplexer Strukturen zu synthetisieren, die zugleich unterschiedliche Funktionen und Adaptionseigenschaften haben: So hat ein Pflanzenstängel Stütz- und Transportfunktion sowie Wachstumseigenschaften. Weitere Beispiele sind Farbgebung, Fortbewegung, Haftfunktion sowie sensorische Funktionen.

Daher ist die „Biologisierung“, das heißt die Erforschung und Anwendung natürlicher Materialien, Strukturen, Prozesse sowie Funktionen für die Werkstoffwissenschaft von Interesse. In den letzten Jahren wurden auch in Deutschland Fortschritte erzielt und Erkenntnisse zur Anwendung gebracht. Beispiele für bioinspirierte Materialien sind unter anderem schmutz- und wasserabweisende Oberflächen, durch den Gecko inspirierte Haft- und Klebstoffe sowie künstlich hergestellte Spinnenseide. Das Potenzial ist aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Insbesondere fortschreitende Digitalisierung und Künstliche Intelligenz führen zu neuen Möglichkeiten in der Material- und Werkstoffwissenschaft.

Ziel

Ziel des Projekts ist es, den Status Quo der biologisierten Material- und Werkstoffforschung darzustellen. Hierzu werden beispielhaft mögliche Anwendungsbereiche sowie der Stand der nationalen und internationalen Forschung evaluiert. Im Vordergrund steht die Inspiration der Material- und Werkstoffwissenschaften durch natürliche, biologische Strukturen, Synthesen und Prozesse, die über die klassische Bionik hinausgehen. Themenfelder sind unter anderem „weiche“ Robotik, intelligente Materialsysteme und additive Fertigung.