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EXC 2193:  Lebende, adaptive und energieautonome Materialsysteme (livMatS)

Fachliche Zuordnung Materialwissenschaft
Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
Polymerforschung
Förderung Förderung seit 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390951807
 
Die Eigenschaften von technischen Materialien sind, abgesehen von Alterung und betriebsbedingten Verschleiß, meist statisch und zeitlich unveränderlich. In der Tat ist die Unveränderlichkeit der Materialeigenschaften ein grundlegendes Prinzip der modernen Ingenieurswissenschaften und Technik. Dieses Konzept ist völlig anders als in natürlichen Systemen, bei denen die Fähigkeit, auf Umweltveränderungen zu reagieren und sich anzupassen, der Schlüssel zum Überleben ist. Im livMatS Cluster wollen wir die technische und die natürliche Welt verbinden, indem wir von statischen technischen Materialien zu Lebenden Materialsystemen übergehen. Diese Systeme verfügen über eingebettete Energie und Intelligenz und passen sich autonom an Umweltveränderungen an. Im Gegensatz zu Materialien, die biologische Zellen enthalten und daher z.B. Wasser, moderate Temperaturen und Druck benötigen, werden die von uns entwickelten Systeme auch unter Umweltbedingungen überleben, unter denen biologische Materialien versagen. Die livMatS Vision ist es, Lebende Materialsysteme zu entwickeln, die autonom auf Umweltveränderungen reagieren und ihre Eigenschaften auf sich verändernde, zum Teil sogar feindliche, Umgebungsbedingungen anpassen können. Wir verwenden den Begriff lebende Systeme in einem spezifischen Sinne. Ähnlich wie bei einem Turing-Test für Künstliche Intelligenz wollen wir Materialsysteme entwickeln, die in ihrer Funktion für einen Beobachter nicht von einem natürlichen System zu unterscheiden sind. Da es nicht das eine Wundermaterial gibt, integrieren wir Materialien in Materialsysteme, bei denen mehrere Komponenten und Funktionen nahtlos zusammenarbeiten. livMatS hat und wird weiterhin adaptive Materialsysteme entwickeln, die simultan als Sensor, Prozessor und Aktor fungieren. Dies haben wir durch Bottom-up- (chemische Synthesen, Nanostrukturierung, Selbstassemblierung) und moderne Top-down-(Mikro-)Fertigungsansätzen (z.B. 3D-Druck) erreicht, die Mehrkomponenten- und Multifunktionsmaterialsysteme über alle Längenskalen hinweg kombinieren. Um Materialsysteme an die Umwelt anzupassen, nutzt livMatS energiereiche metastabile Nicht-Gleichgewichtszustände, die vom Molekül bis zum System reichen. Interne, externe und Stimuli-getriebene Rückkopplungsmechanismen verleihen solchen Systemen selbstregulierende Eigenschaften. Unsere livMatS-Forschung zeichnet sich international dadurch aus, dass wir über disziplinäre, nationale und institutionelle Grenzen hinweg zusammenarbeiten. Dabei untersuchen wir auch, wie die Entwicklung adaptiver autonomer Materialsysteme die Gesellschaft von morgen beeinflussen wird. Wir werden weiterhin Nachhaltigkeit, ethische, philosophische und psychologische Erkenntnisse in Naturwissenschaften und Ingenieurwesen integrieren, um zu verstehen, wie solche Systeme die Gesellschaft und die universitas im wahren Sinne des Wortes beeinflussen.
DFG-Verfahren Exzellenzcluster (ExStra)
Antragstellende Institution Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
 
 

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