Aktive Suspensionen nutzen: Mikro-Maschinen und Stromkreise erzeugen

• Antragsteller: Dr. Andreas Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275167157

Im vorliegenden Projekt soll betrachtet werden, in wie weit es möglich ist aktive Suspensionen für verschiedene Anwendungen zu nutzen. Aktive Suspensionen beinhalten viele selbst-getriebene Teilchen. Diese Teilchen besitzen einen inneren Antriebsmechanismus, der eine gerichtete Bewegung ermöglicht. Beispiele für solch aktiven Teilchen können in verschiedenen Größenordnungen und Disziplinen der Naturwissenschaften gefunden werden. In der Biologie sind dies zum Beispiel Vögel, Fische und sogar Menschen. Auf kleineren Längenskalen sind Bakterien und Spermien typische Beispiele. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl künstlicher Realisierungen von selbst-getriebenen Teilchen. Der Antrieb beruht hierauf in den meisten Fällen auf chemischen Reaktionen, die die Teilchen selber hervorrufen. In der letzten Zeit haben unzählige Arbeiten die Dynamik einzelner Schwimmer und die auftretenden kollektiven Effekte untersucht.Im vorliegenden Projekt soll, im ersten Teilprojekt, ein Bad aus Bakterien zunächst eine Mirko-Maschine erzeugen. Dazu werden geeignet geformte passive Bausteine dem Bad hinzugefügt. Durch ihre Bewegung im Bakerienbad werden sie gesammelt und können gemeinsam eine Maschine bilden, die spontan eine gerichtete Drehung vollführt. Dies soll durch numerische Berechnungen des Antragstellers und Experimente am Gastinstitut genauer untersucht werden.Außerdem wird eine neuer Typ für die Realisierung aktiver Teilchen eingeführt werden. Anstatt den Selbstantrieb durch chemische Reaktionen zu generieren, sollen erstmals photovoltaische Effekte genutzt werden. Passend funktionalisierte Teilchen werden sich in langen Ketten anordnen. Diese Ketten können dann als Stromkreise genutzt werden. Auch dies soll mittels numerischer Berechnungen und Experimente gezeigt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Igor Aronson