Lebende Materialien sind besondere Stoffe, die lebende Zellen oder biologische Organismen enthalten und dadurch ganz besondere, eben „lebende“ Eigenschaften haben. Sie können wachsen, sich selbst reparieren, auf ihre Umwelt reagieren oder sich anpassen. Das klingt schwer vorstellbar, oder? Diese Materialien vereinen die Geheimnisse der Biologie, Chemie und Materialwissenschaft und werden in vielen Bereichen erforscht – von der Medizin bis hin zu umweltfreundlichen Technologien.

Faszinierende Beispiele aus der Forschung

Damit du dir besser vorstellen kannst, was lebende Materialien eigentlich sind, haben wir ein paar spannende Beispiele für dich herausgesucht: Biokomposite sind Materialien, die winzige Mikroorganismen wie Bakterien oder Algen enthalten. Diese kleinen Lebewesen kann man nur unter dem Mikroskop sehen, aber sie haben eine große Wirkung! Sie helfen dem Material, auf Veränderungen in der Umwelt zu reagieren, zum Beispiel auf Veränderungen der Luftqualität oder der Temperatur. Ein besonders beeindruckendes Beispiel sind 3D-gedruckte lebende Materialien. Hier werden lebende Zellen direkt in Strukturen eingebaut, wodurch Materialien entstehen, die sogar wachsen können! Und dann gibt es noch die selbstheilenden Materialien: Diese enthalten lebende Zellen, die Schäden erkennen und sich von selbst reparieren können, wie eine Art Superkraft! Das Ziel all dieser Forschungen ist es, Materialien zu entwickeln, die nicht nur langlebiger und nachhaltiger sind, sondern uns auch in Zukunft das Leben erleichtern könnten.

Mikroorganismen wie Bakterien, Algen, Pilze oder Hefe sollen Materialien zum Leben erwecken – Adobe Stock // Daco

Erste Schritte und große Visionen für die Zukunft

Lebende Materialien sind im Alltag noch nicht angekommen, weil die Forschung noch ganz am Anfang steht. Aber schon jetzt haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler große Ideen, was diese Materialien in der Zukunft alles leisten könnten! Zum Beispiel werden in der Umwelttechnik lebende Materialien verwendet, um Abwasser zu reinigen oder schmutzige Böden wieder sauber zu machen. Mit Hilfe von Bakterien können diese Materialien schädliche Stoffe abbauen und so der Umwelt helfen. Auch in der Bauindustrie gibt es richtig coole Ideen: Lebender Beton, der mit Mikroorganismen gemischt wird. Wenn dieser Beton Risse bekommt, reparieren die kleinen Lebewesen die Risse von selbst! Das bedeutet, dass Häuser, Brücken und Straßen in Zukunft viel länger halten könnten, ohne dass ständig repariert werden muss. In der Modewelt geht es genauso spannend weiter: Dort werden Stoffe ausprobiert, die Algen oder Bakterien enthalten. Stell dir vor, du hättest ein T-Shirt, das sich selbst reinigt oder umweltfreundlich zerfällt, wenn du es nicht mehr brauchst. Das wäre nicht nur praktisch, sondern würde auch der Natur helfen! Im Bereich Energie könnten die „magischen“ Materialien auch zum Einsatz kommen: Lebende Solarzellen könnten eines Tages mit Hilfe von Algen Strom erzeugen – das wäre eine tolle, umweltfreundliche Energiequelle. Wie du siehst, bieten lebende Materialien unglaubliche Chancen für die Zukunft!

Können sich Risse in der Straße künftig selbst reparieren? – Adobe Stock // Animaflora PicsStock

3D-gedruckte Organe – Träumerei oder medizinisches Wunder?

Ein neues Herz, eine Niere oder sogar eine Leber mit einem Knopf einfach drucken – das könnte eine Szene aus einem Kinofilm sein. Doch auch das wird tatsächlich bereits von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern weltweit erforscht. Mit Hilfe von speziellen 3D-Druckern und Bio-Tinte, die lebende Zellen enthält, werden erste funktionsfähige Mini-Organe geschaffen. Diese gedruckten Gewebe könnten in Zukunft Patientinnen und Patienten helfen, die auf eine Transplantation warten. Auch wenn es noch ein langer Weg ist, bis wir menschliche Organe vollständig nachbauen können, sind die Fortschritte in der Forschung beeindruckend. Der Traum, Organe nach Bedarf zu drucken, könnte eines Tages Realität werden – ein medizinisches Wunder, das Leben retten könnte!

Können 3D-Drucker wirklich zu Organspendern werden? – Adobe Stock // Scrudje

Was kommt als Nächstes?

Die Forschung an lebenden Materialien steht zwar noch am Anfang, doch die Zukunft sieht aufregend aus! Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten daran, noch stabilere, intelligentere und umweltfreundlichere Materialien zu entwickeln. 

In den nächsten Jahren könnten wir vielleicht lebende Häuser sehen, die sich selbst reparieren, Kleidung, die auf das Wetter reagiert, oder sogar lebende Roboter, die sich an ihre Umgebung anpassen – fallen dir noch mehr faszinierende Beispiele ein?
Bisher werden Gegenstände gebaut und sind für uns „einfach da“. Doch die Wissenschaft arbeitet an Materialien, die mitdenken, wachsen und sich verändern können. Die Möglichkeiten sind nahezu endlos. Vielleicht wirst auch du eines Tages mit lebenden Materialien arbeiten und die Welt verändern!

 

Beitragsbild: Adobe Stock // annebel146

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: September 2024

divider

In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Technik für die Umwelt“:

Unsere Städte werden intelligenter. Das liegt daran, dass neue Technologien entstehen, die ziemlich viel drauf haben. Aber was bedeutet intelligente Technik eigentlich? Es bedeutet, dass technische Geräte so programmiert werden, dass sie mitdenken – fast wie ein Mensch. Vielleicht hast du schon mal vom Internet der Dinge gehört oder unseren Blogbeitrag dazu gelesen. Das Internet der Dinge verbindet die reale mit der digitalen Welt – also der Technik. Intelligente Technik vernetzt Geräte miteinander und lässt sie untereinander kommunizieren. Die intelligenten Geräte können perfekt auf ihre Umwelt reagieren und sind uns eine große Hilfe.

Lichter, die mitdenken

Eine Technologie, an der fleißig geforscht und weiterentwickelt wird, sind intelligente Straßenlampen. Die Lampen sind so klug, dass sie nur dann angehen, wenn du daran vorbei läufst, mit dem Fahrrad darunter entlang fährst oder deine Eltern mit dem Auto daran vorbeifahren. Das ist doch irgendwie magisch, oder? Sie reagieren also auf Bewegung. Aber wie können die Lampen wissen, dass gerade jemand vorbeikommt? Vielleicht erinnerst du dich an unseren Beitrag zum autonomen Fahren – denn genau wie beim Auto kommen auch bei den Straßenlampen Sensoren zum Einsatz. Diese Sensoren funktionieren für die Technik wie die Sinne für den Menschen. Sie helfen dabei, die Umgebung genau wahrzunehmen. Mithilfe von Sensoren nehmen die Lampen also Bewegungen um sie herum wahr und passen ihre Helligkeit entsprechend an. Und wenn sich niemand in der Nähe befindet, leuchten sie nur schwach. Der Einsatz von intelligenten Lampen ist wichtig, denn wenn wir unsere Straßen hell beleuchtet lassen, obwohl niemand draußen ist, verursacht das unnötige Kosten.

Straßenlaternen leuchten dort, wo wir sie brauchen. Foto: Freepik

Vorteile für Mensch und Tier

Bestimmt sagen deine Eltern auch manchmal, dass du nicht vergessen solltest, das Licht aus zu machen, wenn du einen Raum verlässt. Strom ist nämlich teuer. Das versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit diesen neuen Technologien zu ändern. Die Straßenlampen werden mit sogenannten Leuchtdioden, oder kurz LED´s, ausgestattet. Das sind winzig kleine Lämpchen, die sich leicht mit digitaler Technik verbinden lassen und länger funktionieren als normale Lampen. Wenn eine Lampe nämlich so intelligent ist und sich selbst ausschaltet, wenn sie nicht benötigt wird, dann spart das Geld.

Aber noch wichtiger als die Kosten ist deine Sicherheit. Viele Menschen trauen sich nicht, alleine nach draußen zu gehen, wenn es etwas dunkler ist. Vielleicht geht es dir genau so? Doch keine Sorge: Die intelligenten Straßenlampen sollen Plätze wie zum Beispiel Parks zu bestimmten Uhrzeiten stärker beleuchten. So brauchst du abends auch zukünftig keine Angst zu haben. 

Aber nicht nur für die Menschen, sondern auch für die Umwelt bringt die intelligente Straßenbeleuchtung Vorteile mit sich. Dauerhafte Beleuchtung bei Nacht lässt Zugvögel die Orientierung verlieren, nachtaktive Tiere wie Fledermäuse sind verwirrt und Insekten, die sich von hellem Licht angezogen fühlen, können an der heißen Lichtquelle verbrennen. Die Reduzierung dieser Lichtverschmutzung hilft also, Tiere zu schützen und dafür zu sorgen, dass weniger Insekten sterben. 

Die Lampe als Multitalent

Bis die intelligenten Straßenbeleuchtungen in jeder Stadt installiert werden, dauert es wohl noch eine Weile, aber es ist ein riesiger Schritt in der Wissenschaft. Einige deutsche Städte, zum Beispiel Brilon oder Göppingen, haben bereits Testprojekte mit intelligenten Straßenlaternen gestartet. Solche sogenannten Pilotprojekte sind wichtig, um die Auswirkungen neuer Technologien genau zu beobachten.

Neben ihrer Leuchtkraft hat die Straßenlaterne sogar noch mehr Talente auf Lager! So gibt es bereits smarte Straßenlampen, die als WLAN Hotspot genutzt werden, sodass man in ihrer Nähe ganz einfach im Internet surfen kann. Als Notrufsäule kann die Lampe sogar dabei helfen, Menschen zu retten. Außerdem bieten einige der Laternen die Möglichkeit, E-Autos an ihrem Mast zu laden. Super praktisch, oder?

Strom für Autos aus der Straßenlaterne. Foto: Adobe Stock // Stephen

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Petair

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: November 2022

divider

In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zum Thema „Intelligente Technik“

 

Riesiges Potential

Solarstraßen
In Zukunft sollen Solarzellen nicht mehr nur auf Dächern zu finden sein

Die Grundidee klingt eigentlich erstmal ziemlich unkompliziert: Man baut Solarzellen, die du bestimmt von vielen Hausdächern kennst, einfach in Straßen ein. Das wären kilometerweite Strecken, die in vielen Fällen sogar direkt der Sonne ausgesetzt sind. Würde man beispielsweise in den Amerika alle vorhandenen Straßen durch Solarzellen ersetzen, könnte man allein dadurch drei Mal so viel Strom erzeugen, wie aktuell im Land verbraucht wird. Auch in Deutschland gibt es insgesamt etwa 18.000 Quadratkilometer an Straßen und anderen Verkehrsflächen, die fast fünf Prozent der Gesamtfläche der Bundesrepublik ausmacht. Entsprechend viel Energie könnte also auch hier erzeugt werden.

Mosaik aus Solarzellen

Solarstraße
Das amerikanische Tüftler-Paar Brusaw hat bereits einen Parkplatz mit ihren eigenen Solarmodulen ausgestattet /Bild: Solar Roadways

Bei den Solarstraßen soll die Technik von ganz normalen Solarzellen übertragen werden. Dabei treffen die unzähligen winzigen Energieträger im Sonnenlicht auf eine Zelle aus Silizium und werden durch mehrere Schichten in Strom umgewandelt. Um diese Technologie nun straßentauglich zu machen, gibt es verschiedene Ansätze.

Ein Ansatz stammt von einem Ehepaar aus den USA, das bereits über eine Millionen Dollar an Fördergeldern für die Entwicklung gewinnen konnte. Bei ihren Einzelmodulen in Form von Sechsecken besteht die Oberfläche aus einer Art Glas, das so hart wie Stahl, aber gleichzeitig nicht glatt ist – für die Verwendung im Straßenbau eine enorm wichtige Eigenschaft. Direkt darunter befinden sich die eigentlichen Solarzellen sowie LED-Leuchten und eine Heizung. Darunter folgt eine weitere Schicht, die alles kontrolliert und auch mit den anderen Modulen kommunizieren kann. Die unterste Schicht ist schließlich dafür zuständig, den gewonnenen Strom weiterzuleiten – an Häuser oder Ladesäulen für Elektroautos. Die einzelnen Module lassen sich zu einem kompletten Straßennetz verknüpfen.

Verschiedene Ansätze

Solarstraße
In Frankreich werden bereits Straßen mit besonders dünnen Solarzellen bedeckt /Bild: Wattway, COLAS, Joachim Bertrand

Die Alleskönner aus den USA könnten natürlich alle deine Vorstellungen wahr machen und würden sogar komplett als Asphaltersatz dienen. Doch die Technik ist kompliziert und der Preis hoch. Daher existiert bislang nur ein Parkplatz, der mit den Solarmodulen als Pilotprojekt ausgestattet wurde.

Einen Schritt weiter ist man in Frankreich. Dort wird bereits die erste Solarstraße gebaut – allerdings unter der Verwendung einer deutlich einfacheren Technik. Die Module bestehen hier nur aus den Solarzellen und sind so dünn, dass sie direkt auf den Straßenbelag aufgebracht werden können. Bis 2020 sollen eintausend Straßenkilometer mit ihnen bedeckt werden. Auch in Deutschland arbeitet man bereits an einer eigenen Technologie für Solarstraßen: Die Hochschule Aachen steckt mitten in der Entwicklung eines Prototyps. Ihr Modell orientiert sich jedoch eher an dem der Amerikaner.

SONNIGE AUSSICHTEN?

Die Erfindung der Solarstraße existiert also bereits. Doch noch gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen. Vor allem der Aufwand und die extrem hohen Kosten für eine wirklich flächendeckende Verwendung ist den Experten aktuell noch ein Dorn im Auge – auch weil auf vielen Straßen vermutlich gar nicht so viel Strom gewonnen werden kann. Vor allem Autobahnen sind die meiste Zeit von Autos bedeckt. Somit ist die Sonneneinstrahlung entsprechend gering. Daher macht der Einsatz der Module auf weniger befahrenen Landstraßen oder Parkplätzen aktuell mehr Sinn.

Letztlich wird man dem Projekt jedoch ein bisschen Zeit geben müssen. Sind die ersten Pilotprojekte erfolgreich, könnte der Ausbau schon schnell zu einem Selbstläufer werden. Wenn wir zurückdenken, waren auch Solaranlagen mal ein Experiment. Heute sind sie ein wichtiger Energielieferant. In Form von Straßen könnten sie vielleicht schon bald einen extrem positiven Einfluss auf unsere gesamte Umwelt haben.

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: August 2016

Beitragsbild: Solar Roadways