Der Forschungsbereich B wird adaptive, „weiche“ makromolekulare Materialsysteme erforschen, die ihre Eigenschaften und ihre Reaktivität über Selbstregulationsphänomene verändern und anpassen.
Um solche Materialsysteme zu entwickeln, müssen die Wissenschaftler*innen hierarchische Systeme schaffen: Dafür soll eine „top-down“-strukturierte additive Fertigung mit der Fähigkeit zur Selbstassemblierung verknüpft werden, die „bottom-up“ funktioniert, sowie mit programmierbaren Wechselwirkungen auf molekularer, struktureller und systemischer Ebene. livMatS bezeichnet diese innovative Strategie als MAM (engl.: Integrated Multimaterials Additive Manufacturing).
Dabei ist es wichtig, verschiedene Längen-, Kraft- und Zeitskalen zu verstehen und zu nutzen: Diese reichen von der molekularen Ebene bis hin zur Ebene des integrierten Systems. Sie unterscheiden sich zudem hinsichtlich der jeweils anwendbaren Schaltmechanismen, Reaktionszeiten, Ansätze für die Bi- und Multistabilität sowie der selbstregulierenden Merkmale. Ziel ist eine synergistische Reaktion in einem integrierten Materialsystem.
In Bezug auf die Anpassungsfähigkeit wird mit den gegenwärtigen Konzepten responsiver Materialien gebrochen, die meist passiv zwischen Gleichgewichtszuständen wechseln. Stattdessen liegt der Fokus auf Anpassungsmechanismen. Dazu gehören die Anpassung an nicht-triviale Funktionszustände (wie sie z.B. in Metamaterialien stattfindet), die (nichtlineare) Anpassung entsprechend der Signalstärke und die Anpassung in Abhängigkeit von Signalfrequenzen (eine einfache Form von Trainieren und Lernen auf der Ebene von Materialsystemen).
Außerdem werden im Forschungsbereich B Konzepte entwickelt, wie sich eine aktive Anpassung durch die Freisetzung gespeicherter Energie erreichen lässt. Dies ist nur über die Nutzung von Nichtgleichgewichtskonzepten möglich, da eine aktive und schnelle Anpassung am besten von energiereichen Zuständen ausgeht oder in dissipativen Gleichgewichtszuständen stattfindet.
Somit sollen 5D-Materialien entwickelt werden, die drei räumliche und eine zeitliche Dimension sowie die Signal- bzw. Informationsprozessierung als Grundlage zur Gestaltung von Anpassungsmechanismen intergrieren. Forschungsbereich B wird von den in Forschungsbereich A entwickelten Mechanismen zur Energiegewinnung profitieren und diese Energie speichern, konvertieren und für Anpassungsprozesse nutzen. Die Wissenschaftler*innen werden sich auf drei sehr wichtige molekular kontrollierbare weiche Werkstoffe konzentrieren: Polymere, Peptide (bzw. Proteine) und DNA und in diese verschiedenste kontrollierbare, korrelierbare und selbstregulierende Schalt- und Informationsprozessierungsmechanismen integrieren.
Projekte in Forschungsbereich B
Kurzprojekte 2021 - abgeschlossen
- Adaptive Peptide Libraries
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Junior Research Group leader: Dr. Charalampos Pappas
- Photoswitchable G analogues for reversible DNA modulation
Principal Investigator: Prof. Dr. Henning Jessen
- High-resolution multimaterial 3D Printing via 2-Photon Polymerization
Principal Investigator: Prof. Dr. Bastian E. Rapp
- Fluorescence-assisted screening of spider-silk protein characteristics
Principal Investigator: Prof. Dr. Ralf Reski
- Magnetic actuated actuators
Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
- Characterization and evaluation of 3D printing techniques for rapid prototyping of pneumatic biomimetic soft robotic gripper fingers
Principal Investigator: Prof. Dr. Thomas Speck
- Demonstrator for two stimuli actuoators: change in humidity and temperature triggers AVFT system as initialization for further actuation
Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
Kurzprojekte 2020 - abgeschlossen
- Towards high-resolution polymorphic materials for information encoding and real-time volumetric assessment of material properties
Principal Investigator: Prof. Dr. Bastian E. Rapp
- Interaction partners of FtsZ isoforms in Physcomitrella
Principal Investigator: Prof. Dr. Ralf Reski
- Magnetically responsive Microstructures
Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
- Fiber Compound Connection
Kooperationsprojekt von Forschungsbereich B und dem Demonstratorbereich. Principal Investigator: Prof. Dr. Thomas Speck
- Lightweight Materials Systems
Kooperationsprojekt von Forschungsbereich B und dem Demonstratorbereich. Principal Investigator: Prof. Dr. Thomas Speck
- Force dependent barriers for sacrificial bonds in mecha-noresponsive materials.
Principal Investigator: PD Dr. Michael Walter
- Hydrogenase-Electrode-Hybrids towards enzymatic proton production for ATP Synthases
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
- Porosity- and charge storage tailoring in mesoporous nitrogen doped carbon nanospheres
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
- Tuning the physicochemical properties of porous carbon materials as electrode materials for redox-flow batteries
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B. Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
Booster-Projekte 2021 - abgeschlossen
- Development of dynamic photocrosslinkers towards renewable thermosets
Junior Research Group leader: Dr. Céline Calvino
- Non-equilibrium peptide chemical networks
Junior Research Group leader: Dr. Charalampos Pappas
Principal Investigator: Prof. Dr. Thorsten Hugel
- Magnetically and multiresponsive microstructures
Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
- Autonomous Protein-Material-Machines Utilizing Electrical Energy to Adopt Non-Equilibrium States Exerting Controlled Movements
Responsible Investigator: Dr. Stefan Schiller
- (Self-)adaptive energy-autonomous materials systems for building hulls inspired by hygroscopically actuated plant structures
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche B und C. Principal Investigators: Prof. Dr. Thomas Speck and Prof. Dr. Jürgen Rühe
- Novel Materials Systems for Applications in Biomimetic Architecture and Building Construction
Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche B und C und Demonstratoren. Principal Investigators: Prof. Dr. Thomas Speck and Prof. Dr. Jürgen Rühe