Bioinspirierte Werkstoffe haben das Potenzial, den deutschen Forschungs- und Technologiestandort maßgeblich zu prägen. Nun gilt es, die sehr gute Position Deutschlands auf diesem Gebiet in industrielle Wertschöpfung umzusetzen.
Faserpavillon auf der Bundesgartenschau (BUGA) 2019 in Heilbronn.
ICD/ITKE University of Stuttgart
Von Materialien, die sich perfekt an ihre Umgebung anpassen, über innovatives Design mit Faserstrukturen bis hin zu natürlichen Farbstoffen aus Zellulose: Wenn biologische Materialien, Syntheseprozesse und Systeme verstanden, modifiziert und technisch weiterentwickelt werden, eröffnen sie Raum für Innovationen und können zur Ressourcenschonung beitragen. So lautet das Fazit eines Projekts von acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde. Das kürzlich erschienene Diskussionspapier "Materialforschung: Impulsgeber Natur" beleuchtet das Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien, von Chemie und Energie über Medizin und Robotik bis hin zu Kunst und Design.
"Dass die Natur als Impulsgeber für technische Entwicklungen in Erscheinung tritt, ist nicht neu", sagt acatech Mitglied und Projektleiter Peter Fratzl, Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG). Das Potenzial sei aber bei weitem nicht ausgeschöpft. "In der Natur werden komplexe Strukturen auf effiziente Weise mit wenigen Bausteinen produziert, die über unterschiedliche Funktionen und Adaptionseigenschaften verfügen. Wenn wir diese natürlichen Mechanismen immer besser verstehen und technisch weiterentwickeln, können zum Beispiel Materialien entstehen, die bereits von Beginn an Informationen über die spätere Nutzung enthalten – wie zum Beispiel selbstheilender Beton."
Gute Ausgangsposition in der Grundlagenforschung
Mit einer gerade im akademischen Bereich exzellent aufgestellten Grundlagenforschung und ersten Anwendungen habe Deutschland die Chance, seine gute internationale Position in der Material- und Werkstoffforschung auch künftig zu sichern und auszubauen. "Jetzt gilt es, die Grundlagenforschung mit der Anwendung stärker zu vernetzen", so Peter Fratzl. Das Projektteam hat sechs mögliche Forschungsfelder identifizier, die es im Hinblick auf einen erfolgreichen Technologietransfer zu vertiefen lohnt:
- Biologisch inspirierte Syntheseprozesse
- Multifunktionalität durch Kombination von Materialeigenschaften
- Neuartige aktive Eigenschaften von Materialien
- Komplexe Materialien als technische Systeme
- Materialien als Informationsspeicher
- Smarte Materialien als essenzieller Baustein der Digitalisierung
Die Zielsetzung der natürlichen Evolution gleicht im Grundsatz der, die heute von der angewandten Forschung angegangen wird: Eine optimale Funktionalität bei minimalem Ressourcenverbrauch zu realisieren und dabei Anpassungsfähigkeit, Recycling und die Option auf Weiterentwicklung zu beachten. Der veränderte Blick auf die Natur führte so zu einem wachsenden Interesse der angewandten Forschung an biologischen Prinzipien sowie an Erkenntnissen und Ergebnissen aus den Lebenswissenschaften." Reimund Neugebauer, Martin Thum in "Biologische Transformation" Seite 2.
Für acatech Präsident Dieter Spath zählt es nun, die gute Ausgangsposition bioinspirierter Materialforschung in nachhaltige Wertschöpfung zu übersetzen: "Dazu brauchen wir einerseits sogenannte Enabling Technologies wie Digitalisierung, Automatisierung und neue Fertigungsprozesse wie zum Beispiel 3D Druck, aber ebenso interdisziplinäre, branchenübergreifende und ganzheitliche Ansätze." Die im Diskussionspapier geschilderten Beispiele zeigten darüber hinaus, dass Materialien und Werkstoffe auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung leisten können.