Biomimetische Multiskalen-Untersuchung der Strategien zur Stossdämpfung im Schädelknochen von ovibus moschatus

• Antragsteller: Dr. Rajaprakash Ramachandramoorthy, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509709629

Ziel dieses Projekts ist es, das grundlegende mechanische Verhalten des Schädelknochens von Ovibus moschatus zu verstehen, das zu außergewöhnlichen Leistungen unter extremen Belastungsbedingungen führt, Designrichtlinien für vorhersagbare und einstellbare Energieabsorptionseigenschaften aufzustellen und schließlich die gewonnenen Erkenntnisse in die Entwicklung von Metamaterialien mit herausragenden Energieabsorptions- und Aufpralldämpfungseigenschaften zu übertragen. Dies geschieht durch eine gemeinsame Anstrengung zur Verringerung der Komplexität des Moschusochsenkopfes durch die Charakterisierung seiner hierarchischen Strukturen und die Auswirkung der verschiedenen Längenskalen seiner einzelnen Komponenten von der Makro- bis zur Nanskala. Konkret werden wir moderne chemische und strukturelle Charakterisierungen, Materialtests auf der Nano- bis Mikroskala unter extremen Belastungsbedingungen sowie biomechanische Simulationen und Experimente auf der Mikro- bis Makroskala durchführen. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse planen wir die Entwicklung neuartiger elastischer mesoskaliger Metamaterialien mit geringer Dichte, hoher Energieabsorption und Aufpralldämpfung, die auf der Grundlage der identifizierten Skalierungsgesetze als Stossdämpfer über mehrere Längenskalen hinweg in verschiedenen Industriezweigen wie Raumfahrt, Luftfahrt oder MEMS eingesetzt werden können. Die übergreifende Hypothese lautet: Die hierarchische Struktur von Ovibus moschatus kann identifiziert und als Vorlage für die Konstruktion künstlicher Metamaterial-Architekturen verwendet werden, die Stößen mit hoher Energie (spezifische Energieabsorption >20J/g) standhalten können, ohne bei Belastungsraten von 0,001/s bis 1000/s zu versagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Dr. Jakob Schwiedrzik