Molekulare Maschinen können mechanisches Arbeiten aus chemischen Brennstoffen oder Licht auf der Nanometerskala erzeugen und durch Energieumwandlung auf höheren Längenskalen neue Funktionen erzeugen. In Zellen nehmen biomolekulare Maschinen beispielsweise an der Kopie des genetischen Codes, an verschiedenen Transportprozessen, an der Synthese von ATP, aber auch an der Aktivierung unserer Muskeln bis zur makroskopischen Skala teil.

Wissenschaftler haben in letzter Zeit die Kontrolle über die ersten künstlichen molekularen Maschinen entwickelt und gewonnen, die als isolierte Einzeleinheiten funktionieren (Nobelpreis für Chemie 2016). Durch die Integration solcher künstlichen Nanomaschinen in die Materialwissenschaft eröffnen sich fundamental neue Möglichkeiten. Die hierdurch zugänglichen aktiven Materialien sollten in der Lage sein, adaptive mechanische Eigenschaften (z. B. zur Dämpfung) oder Kontraktion (z. B. für Aktuatoren und Roboter) zu demonstrieren, wenn ihre integrierten Nanomaschinen durch eine externe Energiequelle auf Ungleichgewichtsbasis betrieben werden.

Ziel unseres Projektes ist die Entwicklung von Konzepten für die Integration lichtgesteuerter Nanomaschinen in polymer Materialien, und hierdurch die Entwicklung von weit vom Gleichgewicht entfernten aktiven Materialien (“aktive Kunststoffe”). Zu den wichtigsten Zielen gehören (i) die Entwicklung generischer Synthesewege für eine effiziente Integration von Nanomotoren in Polymere, (ii) das Verständnis ihrer grundlegenden Funktionsprinzipien unter Bestrahlung mit Licht und (ii) die Nutzung dieses Verständnisses, um Materialsysteme mit neuen Aktivitätsstufen, sowie adaptive und lebenähnliche Eigenschaften zu erzeugen.

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