Bionischer Leichtbau

Einzellige Organismen wie Diatomeen bilden die wichtigste Basis der marinen Nahrungsnetze. Sie haben einen hohen Anteil an der globalen Primärproduktion und beeinflussen maßgeblich die Biogeochemie der Ozeane. Tiere wie Krill, Fische und Wale sind größtenteils von ihnen abhängig. Dieser Erfolg der Diatomeen ist größtenteils auf die Entwicklung artspezifischer Silikatschalen zurückzuführen, die sie vor Fraßfeinden wie Copepoden und Krill schützen.

Wir erforschen die Prinzipien, die die Exoskelette (Schalen) dieser Organismen zu extrem leichten und stabilen Konstruktionen machen. Dabei haben wir festgestellt, dass die hoch komplexen Geometrien der Schalen einen großen Anteil an diesen Eigenschaften haben. Aus diesen Forschungsergebnissen haben wir 2005 den bionischen Produktentstehungprozess ELiSE entwickelt und seitdem kontinuierlich weiter ausgebaut.

Aktuell untersuchen wir Nanostruktur und Morphogenese von Diatomeenschalen, um das ELiSE-Verfahren optimal auf hoch entwickelte Verbundmaterialien und Fertigungsverfahren wie Feinguss oder Additive Manufacturing (AM) anpassen zu können. Umgekehrt nutzen wir Neuentwicklungen aus den Industrieprojekten wie die parametrische Optimierung mit Hilfe genetischer Algorithmen, um neue Erkenntnisse zur funktionellen Morphologie von Planktonorganismen zu erhalten. In diesem Bereich werden darüber hinaus mikroskopische Analysen und 3D-Rekonstruktionen, mikromechanische Tests, Kulturexperimente und ökologische Untersuchungen durchgeführt.

Unser Ziel ist es, Grundlagenforschung, Anwendungsforschung und Produktentwicklung im Bereich Leichtbau in Natur und Technik systematisch weiter zu entwickeln und dabei die hier vorhandenen, starken Synergieeffekte konsequent zu nutzen. Daher arbeiten wir eng mit anderen Abteilungen des AWI, insbesondere dem Hustedt-Arbeitsplatz für Diatomeenforschung und der Polaren Biologischen Ozeanographie, anwendungsorientieren Instituten wie dem KIT, Verbänden wie BioKon und VDI, sowie Industrieunternehmen aus verschiedenen Branchen zusammen.