TP 1: Bio-inspirierte programmierbare Materialsysteme

Principal Investigator: Thomas Speck

Während interaktive programmierbare Materialsysteme eine der großen Herausforderungen der Materialforschung darstellen, sind solche Materialsysteme in der Biologie weit verbreitet. Ein gutes Beispiel ist die in der Plant Biomechanics Group seit Jahren untersuchten Gruppe der Lianen. Während alte Lianenstämme extrem biege- und torsionsflexibel sind und so den Bewegungen des Trägerbaums passiv folgen können, sind junge Lianenachsen sehr biege- und torsionssteif und übertreffen Baumzweige gleichen Durchmesser um das Drei- bis Fünffache. Der Grund hierfür ist, dass die als „Suchertriebe“ bezeichneten jungen Achsen den häufig mehrere Meter betragenden Abstand zu einem neuen Trägerbaum selbsttragend überwinden müssen.

Die strukturelle Basis diese hohen Biege-und Torsionssteifigkeit ist das extrem dichte und mechanisch äußerst stabile Holz junger Lianenachsen. Sobald die Suchertriebe sich an einer neuen Trägerstuktur verankert haben, wird der von ihnen gebildete Holztyp „umprogrammiert“ und ein strukturell vollkommen anderer, mechanisch sehr flexibler Holztyp gebildet. Materialsysteme in den Achsen von Lianen sind hervorragende Beispiele für hochadaptive (selbst-)programmierbare, interaktive biologische Materialsysteme, bei denen es, ausgelöst durch verschiedene Umweltreize (z.B. Vorhandensein einer Trägerstruktur oder nicht), interaktiv zu komplexen strukturellen und mechanischen Änderungen kommt. Sie stellen exzellente Ideengeber für die Entwicklung bio-inspirierter technischer programmierbarer und interaktive Materialsysteme dar.