Biologisch inspirierte dynamische Materialsysteme

In der Natur findet man zahlreiche Materialsysteme, die dynamisch mit ihrer Umgebung interagieren und sich an diese anpassen. Dazu gehören z. B. tierische, auf Haaren basierte Mechanorezeptoren, selbstformende Samenkapseln von Pflanzen oder die Remodellierung von Knochengewebe in Wirbeltieren. Inspiriert von diesen faszinierenden biologischen Strukturen wurde eine breite Palette von technischen Materialsystemen entwickelt, welche die Design‐Konzepte von dynamischen natürlichen Strukturen nachbilden. In diesem Aufsatz wird anhand von Beispielen biologischer Strukturen und ihrer künstlichen Pendants gezeigt, wie dynamische und adaptive Reaktionen entstehen können, indem Bausteine auf der Mikrometerebene eng mit intrinsischen Eigenschaften auf der Nanometerebene verknüpft werden. Mit Top‐down‐Photolithographieverfahren und Bottom‐up‐Herstellungsmethoden wurden biologisch inspirierte dynamische Materialsysteme (DynMatS) hergestellt, die 1) Flüssigkeitsströme mithilfe von haarähnlichen mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) messen können, 2) aufgrund ihrer pflanzenartigen, heterogenen Architektur selbständig ihre Form ändern, 3) durch selbstregulierende adaptive Oberflächen homöostatisch die Umgebung beeinflussen und 4) chemische Spezies in synthetischen Mikrokammern räumlich konzentrieren. Die zunehmende Komplexität und die bemerkenswerten Funktionalitäten solcher synthetischer Systeme bieten eine vielversprechende Perspektive auf die breite Palette an dynamischen und adaptiven Eigenschaften, die potentiell in künstlichen Materialsystemen implementiert werden können.