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Materialforschung: Impulsgeber Natur. Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien und Werkstoffe

BUGA-Faserpavillon im Morgengrauen

Foto: BUGA Faserpavillon im Morgengrauen, © ICD/ITKE University of Stuttgart

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.

Mitglieder der Projektgruppe

  • Prof. Peter Fratzl
    Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Projektleiter
  • Prof. Karin Jacobs
    Universität des Saarlandes
  • Prof. Martin Möller
    Leibnitz-Institut für interaktive Materialien
  • Prof. Thomas Scheibel
    Universität Bayreuth
  • Prof. Katrin Sternberg
    Aesculap AG

Schlagwörter

bioinspirierte Materialien | Biotechnologie | Nachhaltigkeit | Werkstoffe

  • Projektlaufzeit

    12/2018 — 01/2020

  • Leiter

    Prof. Dr. Peter Fratzl
    Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
    Wissenschaftspark Golm

    Koordination acatech

    Dr. Christine Metz-Schmid
    acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften
    Wissenschaftliche Referentin Energie, Ressourccen, Nachhaltigkeit
    Tel.: +49 89 520309-839
    metz-schmid@acatech.de

  • Partner

    • VDI TZ
  • Projektförderer

  • Thema

    Energie & Ressourcen

    Biotechnologie

Meldungen

acatech-ideenwettbewerb-biologisierung

München, 10. Juni 2020

Ideenwettbewerb: Biologisierung der Technik

München, 3. Dezember 2019

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München, 19. September 2019

Innovationspotenzial biologisch inspirierter Material- und Werkstoffforschung

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Publikationen

Materialforschung: Impulsgeber Natur. Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien und Werkstoffe

Veröffentlicht: 03. Dezember 2019

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