SFB 1459: Intelligente Materie: Von responsiven zu adaptiven Nanosystemen

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Intelligenz ist die Fähigkeit, Informationen wahrzunehmen und sie als Wissen zu speichern, das auf adaptives Verhalten in einer sich verändernden Umgebung angewendet werden kann. Obwohl Intelligenz oft als eine einzigartige Fähigkeit von Menschen und Tieren betrachtet wird, ist dieser SFB von der Vision inspiriert, dass synthetische Materie künstliche Bausteine liefern könnte, um intelligente Fähigkeiten zu ermöglichen. Solch intelligente Materie würde völlig neue wissenschaftliche Möglichkeiten und technologische Anwendungen eröffnen, wie etwa die Entwicklung künstlicher Haut, Soft-Robotik und gehirnbasiertes Rechnen. Aufgrund der erforderlichen Komplexität kann intelligente Materie vermutlich nur in einem integrierten System aus Materialien und nanoskaligen Komponenten erreicht werden. Daher lautet die zentrale Frage dieses SFB: Wie entsteht intelligentes Verhalten in einem System aus nanoskaligen Bausteinen, die kollektiv agieren? In der ersten Förderperiode haben wir uns auf die Entwicklung von responsiver Materie zu adaptiver Materie konzentriert. Responsive Materie enthält schaltbare Bausteine, die eine Änderung der Eigenschaften hervorrufen, wenn sie einem externen Reiz ausgesetzt wird, während adaptive Materie zusätzlich Rückkopplung verarbeiten kann, um ihre Eigenschaften zu regulieren. Letztendlich zielt der SFB darauf ab, intelligente Materie zu entwickeln, die mit ihrer Umgebung interagiert, ihre Eigenschaften selbst reguliert und aus den empfangenen Signalen lernt. Intelligente Materie basiert auf den Schlüsselfunktionselementen Sensoren, Aktoren, Netzwerken und Speicher. In der ersten Förderperiode haben wir diese Funktionselemente erfolgreich in drei Klassen adaptiver Materie (molekulare Systeme, weiche Materialien und Festkörpersysteme) implementiert. In der zweiten Förderperiode möchten wir von der adaptiven Materie zur lernenden Materie vordringen. Lernfähigkeit wird dabei durch die Integration von Speicherfunktionen in adaptive Materie umgesetzt. Die Speicherfunktionalität wird durch Rückkopplungsmechanismen mit molekularen Schaltern und rekonfigurierbaren Nanostrukturen realisiert. Wir werden Lernkonzepte entwickeln, die von Konditionierung bis hin zu künstlichen neuronalen Netzen und deren Anwendungen von Reservoir Computing bis hin zu Material Learning reichen. Wir werden zunehmend mehrere Funktionselemente intelligenter Materie in ein einziges Nanosystem integrieren. Unser ehrgeiziges und interdisziplinäres Forschungsprogramm basiert auf der Zusammenarbeit eines hochqualifizierten Teams von Projektleitern aus der Chemie, Physik und verwandten Wissenschaften. Durch die Synergie experimenteller Arbeiten mit theoretischen Untersuchungen und numerischen Simulationen konvergiert das Forschungsprogramm zu einer gemeinsamen Entwicklung von Prototypen künstlicher intelligenter Materie. Unsere bahnbrechende Forschung genießt weltweite Anerkennung und erhöht die Sichtbarkeit der Nanowissenschaften an der Universität Münster.