Die Ergebnisse des HVI (Virtuelles Helmholtz-Institut) PlanktonTech gliedern sich in Ergebnisse in der Grundlagenforschung, deren Nutzung in der Anwendungsforschung, sowie die Herstellung erster Prototypen auf der Basis der gewonnenen Erkenntnisse.

Grundlagenforschung

In diesem Bereich wurden die wesentlichen Faktoren untersucht, die zur Evolution der hochentwickelten Schalen Mariner Planktonorganismen führten. Bemerkenswert und neu war, wie stark biogeochemische Faktoren wie die Silikatkonzentration im Zeitraum vom Paläozoikum bis heute die Geometrie und den Grad der Silifizierung der Schalenstrukturen von Radiolarien beeinflussten haben (Kotrc, Ph.D.). Durch experimentelle Untersuchungen (Fraßversuche kombiniert mit Crashtests) wurde erstmals bestätigt, dass die wesentlichen biogenen Faktoren Copepoden einen erheblichen Selektionsdruck durch starke Selektivität der Ingestionsraten in Abhängigkeit der mechanischen Festigkeit der Schalen ausüben (Friedrichs, Ph.D.). Dabei wurden bei ihnen selbst neue materialspezifische Anpassungen erstmals beschrieben: die Copepoden verringern offenbar durch den Fressvorgang entstehende Spannungen durch Integration von Resilin unterhalb der Silikatbeschichtung, die viele Copepoden auf ihren Gnathobasen zum Zerstören der sehr widerstandfähigen Diatomeenschalen nutzen (Michels et al.). Eine statische Funktion der aus Silikat bestehenden Phytolithen bei höheren Pflanzen wurde dagegen nicht bestätigt, interessant war dagegen der Aufbau komplexer Strukturen bei höheren Pflanzen (Blecher, Ph.D.).

Anwendungsforschung

Die Analyse verschiedener ausgewählter Diatomeen und Radiolarien zeigte bei gleicher Grundgeometrie erhebliche Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften. Durch den parametrischen Aufbau der Grundgeometrien gelang erstmals die Optimierung dieser Strukturen für spezifische Leichtbauprobleme mit Hilfe der Evolutionsstrategie. Dabei wurde deutlich, dass sich aus der Leistung der Ausgangsform keine direkte Aussage betreffend der davon abgeleiteten, optimierten Geometrien ableiten ließen, dass aber die Nutzung verschiedener, voroptimierter Strukturen erhebliche Vorteile gegenüber rein numerischen Verfahren (wie Topologieoptimierung) bietet.

Anwendungen und Ausblick

Im Rahmen des VI wurden Leichtbauprinzipien in Bauteile übertragen. Hierbei wurden fraktale Schalenversteifungen sowohl in CFK-Strukturen als auch in einem Ausstellungspavillon (GFK) mit Hilfe innovativer Fertigungsmethoden umgesetzt. Sowohl in technischer Hinsicht als auch in Bezug auf gestalterische Aspekte zeigten diese Prototypen ein außerordentlich hohes Potenzial für eine weitere Verwertung. Notwendig ist jedoch die Weiterentwicklung von Fertigungsmethoden. Das VI verbesserte durch seine vielfältigen Aktivitäten (Forschung, Entwicklung, Konferenzen und Messeaktivitäten) insbesondere die Effizienz und die Akzeptanz des ELiSE-Verfahrens: Es finden aktuell Aktivitäten zur Standardisierung des Verfahrens in einer VDI-Richtlinie statt, und es wird inzwischen nicht nur in Forschungsprojekten, sondern auch in Aufträgen für große Unternehmen professionell genutzt. Künftige Forschungsarbeiten mit Bezug zum VI werden im Bereich Morphogenese und Materialwissenschaften stattfinden.

Der Schlussbericht kann hier eingesehen werden.

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