Artikelaktionen

Sie sind hier: Startseite Exzellenzstrategie … Cluster Universität … livMatS

livMatS

Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)

 

Der Cluster „Lebende, adaptive und energieautonome Materialsysteme“ (livMatS) entwickelt bioinspirierte Materialsysteme, die sich autonom an unterschiedliche Umgebungen anpassen und saubere Energie aus ihrer Umgebung ernten. Diese rein technischen, jedoch vom Verhalten her quasi-lebendigen Materialsysteme sollen die Ansprüche von Menschen an zukunftsweisende Umwelt- und Energietechnologien erfüllen. Daher spielen die gesellschaftliche Relevanz autonomer Systeme und deren Nachhaltigkeit bei der Entwicklung eine maßgebliche Rolle.

In einem quasi-lebendigen Materialsystem treffen bioinspirierte Materialien, effiziente Energiesysteme und reaktionsfähige, sich selbst reparierende Materialien aufeinander, die unterschiedliche und oft sogar gegensätzliche Eigenschaften und Funktionsbedingungen haben. Energieautonomie, Adaptivität, Langlebigkeit und Nachhaltigkeit sind die zentralen Eigenschaften der in livMatS entwickelten Materialsysteme. Sie werden in den vier Forschungsbereichen A – Energy Autonomy, B – Adaptivity, C – Longevity und D – Sustainability, erforscht und miteinander verbunden.

 

Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS)

 

Forschungsbereich A – Energy Autonomy erforscht neuartige Methoden der Energiegewinnung und Energiespeicherung innerhalb eines einzelnen, hochintegrierten Systems. Licht, Unterschiede in der Umgebungstemperatur und Vibration werden als mögliche Energiequellen genutzt. Die gewonnene Energie wird entweder direkt genutzt oder für eine spätere Nutzung gespeichert. Ein wichtiger Faktor ist auch die Umwandlung von Energie, so dass sie in mechanischer, chemischer oder thermischer Form oder als Lichtenergie für adaptive Prozesse innerhalb eines Materialsystems zur Verfügung steht.

Forschungsbereich B – Adaptivity entwickelt neue Konzepte für adaptive Materialsysteme mit komplexen Energielandschaften, die sensorischen Input aus ihrer Umgebung erkennen und darauf reagieren können. Die Erkennung des sensorischen Inputs und die Reaktion darauf werden hierbei nicht durch einen vorprogrammierten Chip sondern direkt durch das Material bzw. das Materialsystem geleistet und nutzen die aus der Umgebung gewonnene Energie. Ziel ist es, ein Materialsystem mit „Gedächtnis“ zu entwickeln, das sich durch einfache „Lernprozesse“ an seine Umgebung anpasst und sich selbst verbessert.

Forschungsbereich C – Longevity entwickelt Strategien, die die Langlebigkeit komplexer Materialsysteme im Fokus haben und ihre Inspiration aus der belebten Natur, vor allem aus der Pflanzenwelt, beziehen. Selbstreparaturmechanismen, der Abwurf und Ersatz beschädigter Teile, oder auch eine trainingsbasierte Verstärkung besonders belasteter Systemteile tragen dazu bei, dass kleine Beschädigungen keinen Funktionsverlust des gesamten Systems zur Folge haben.

Forschungsbereich D – Sustainability reflektiert die gesellschaftliche Dimension autonomer, quasi-lebendiger Materialsysteme und ihre Nachhaltigkeit. Ein gesellschaftlicher Diskurs zu disruptiven Technologien, wie z.B. autonomen Fahr- oder Expertensystemen, wird häufig erst nach der Entwicklung und Einführung dieser Technologien geführt. In livMatS wird dieser Diskurs zeitgleich zu der Technologieentwicklung angestoßen. Ziel ist es, die Entwicklung der Materialsysteme durch parallel zur Entwicklung durchgeführten Nachhaltigkeitsanalysen zu stärken und ihre gesellschaftliche Dimension durch kritische philosophische Reflexion und psychologische Untersuchungen aktiv zu thematisieren.

Für die entwickelten Materialsysteme gibt es eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten. Ein Beispiel wären „weiche“ Maschinen, die Objekte durch Ertasten und ohne Computermithilfe erkennen und greifen können. Die Fähigkeit eines Materialsystems, sich an Temperaturen, Licht- oder Druckverhältnisse anzupassen, eröffnet Perspektiven in unterschiedlichsten Bereichen, so zum Beispiel Schutzkleidung wie Helm und Rückenprotektoren oder Prothesen, die sich autonom und batterielos – etwa durch Ausnutzung von Körperwärme – an den Träger anpassen können. Weitere Ideen sind Verpackungsmaterialien, die sich automatisch bei Belastung verstärken, und Gebäudehüllen, die Temperaturunterschiede ausgleichen und beispielsweise eine Überhitzung verhindern.

In der Ideenfabrik IDEASfactory@FIT setzt livMatS neue Formen des wissenschaftlichen Austauschs und der interdisziplinären Zusammenarbeit um. Das Kommunikationskonzept „learning from nature in nature“ vermittelt die wissenschaftlichen Inhalte an der Schnittstelle von Natur, Technik und Gesellschaft in die Öffentlichkeit. livMatS fußt auf dem Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT) und stärkt die strategische Allianz der Universität mit den Freiburger Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft, die sich unter anderem im gemeinsam betriebenen „Leistungszentrum Nachhaltigkeit“ zeigt.

Das hoch interdisziplinäre Team vereint Principal Investigators, also hauptverwantwortliche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, der Technischen Fakultät, der Fakultät für Chemie und Pharmazie, der Fakultät für Biologie, der Fakultät für Mathematik und Physik, der Wirtschafts- und Verhaltenswissenschaftlichen Fakultät, der Philosophischen Fakultät, des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM, und des Öko-Instituts e. V.

In dem interdisziplinären Sprecherteam sind Prof. Dr. Jürgen Rühe (Technische Fakultät, Sprecher), Prof. Dr. Anna Fischer (Fakultät für Chemie und Pharmazie, Vizesprecherin), und Prof. Dr. Thomas Speck (Biologische Fakultät, Vizesprecher) vertreten.

 

Kontakt:

Sprecher: Prof. Dr. Jürgen Rühe

Tel.: +49 761 203 7160 (Sekretariat)

Tel.: +49 761 203 7161 (direkt)

Fax: +49 761 203 7162

E-Mail: ruehe@imtek.uni-freiburg.de

Website: www.fit.uni-freiburg.de/livMatS

 

Koordination: Dr. Monika Edith Schulz

Tel.: +49 761 203 95101

E-Mail: