Kollaboration aus der Vogelperspektive – das Material Demo Lab startet durch

Dresden bedient als Forschungsstandort speziell im Bereich der Materialwissenschaft ein breites Spektrum verschiedener Disziplinen. Um diese Vielfalt stärker in den Fokus zu rücken und die interdisziplinäre Kollaboration gezielt zu fördern, wurde das Material Demo Lab (MDL) ins Leben gerufen. Träger ist der Materialforschungsverbund Dresden e.V. (MFD), in dem die Kompetenzen von 14 universitären und außeruniversitären Forschungsinstituten gebündelt werden. Methodisch werden sie von der Fachhochschule Dresden und der Professur für Technisches Design der TU Dresden (td) begleitet. Sie sind Experten in der Konzeption von Workshops zur erlebens- und nutzerzentrierten Entwicklung technischer Produkte und Systeme.

Im MDL entwickeln Materialwissenschaftler:innen verschiedener Fachrichtungen Demonstratoren, um ihre Forschungsarbeit für die Öffentlichkeit und Industrie erfahr- und begreifbar zu machen. Im ersten Programmdurchlauf nehmen acht Wissenschaftler:innen teil. Sie erarbeiten innovative Lösungskonzepte für die Überwachung von Industrieanlagen, öffentlichen Infrastrukturen und Gewässern mittels autonom agierender Flugobjekte. Die Herausforderung besteht darin, die einzelnen Forschungskompetenzen gezielt auf die Anforderungen von Kunden und Nutzern auszurichten, um damit einen bestmöglichen Transfer in die Industrie zu erzielen.


Das Konzept des MDL

Das Konzept beruht auf fünf Präsenzworkshops zur praktischen Demonstrator-Entwicklung. Ergänzend dazu gibt es virtuelle Formate, in denen die Forschenden einen tieferen Einblick in die angewandten Methoden erhalten. Hierbei können sie ihre bisherigen Ergebnisse gemeinsam evaluieren und ergänzen.


WS 1: Discover – Horizonte erweitern

Im ersten Workshop (WS 1) entickelten die Wissenschaftler:innen mit besonderem Blick auf ihre Kompetenzen Szenarien, in denen ihre materialwissenschaftlichen Forschungsergebnisse und Innovationen zukünftig Anwendung finden können.

So stellten sich gleitfliegende Drohnen, die besonders energiesparend und mit verschiedener Sensorik zum Gefahrstoffmonitoring ausgestattet sind, als interessantes Gebiet heraus, das die Teilnehmenden nun weiterentwickeln werden.

Das Technischen Design (td) visualisierte diese Szenarien. Die Teilnehmenden ergänzten sie und identifizierten unter Beachtung des Technology Readyness Levels der einzelnen Forschungsgebiete im virtuellen Format die Stakeholder, die die Entwicklung der Technologien am stärksten beeinflussen. Diese konnten sie dann anschließend mit Hilfe der „Persona“-Methode vertieften, um erste Bedarfe an den Demonstrator zu ermitteln.

Im kommenden Workshop unter dem Gesichtspunkt „Define“ werden die Wissenschaftler:innen die Anforderungen an den Demonstrator erarbeiten und die Umsetzbarkeit prüften.




-> Material Demo Lab im Profil


WS 2: Define – Den Weg finden

Wenn im Herbst die Zugvögel gen Süden fliegen, kennen sie ihren Weg bereits genau. Die Wissenschaftler:innen im Material Demo Lab (MDL) nutzten nun den zweiten Workshop, um ihren Weg und ihre Rolle hin zum Demonstrator zu definieren.

Am 30.9.2020 trafen sie die Wissenschaftler:innen das MDL unter Berücksichtigung der Hygienemaßnahmen im Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF). Gemeinsam erarbeiteten sie die Teilfunktionen des Demonstrators. Sie definierten die Spezifikationen der wissenschaftlichen Entwicklungen (bspw. neue Leichtbaustrukturen und innovative Sensorprinzipien für die Detektion von Gefahrstoffen), damit sie Innovation und Mehrwert bestmöglich veranschaulichen können. Anhand von Beispielen, die das Technische Design bereitstellte, erfuhren die Teilnehmenden die Herausforderungen auf dem Weg zu einem finalen Demonstrator – ebenso wie das erfolgreiche Endergebnis. Sie entwickelten Roadmaps mit einzelnen Arbeitsschritten hin zu diesen Teilfunktionen und clusterten diese nach Innovationsgrad und Umsetzbarkeit.

Zwischen den Teilnehmenden der unterschiedlichen MFD-Mitgliedsinstitute kristallisierten sich bereits Ansatzpunkte für gemeinsame Weiterentwicklungen der eigenen Forschungsarbeiten heraus, die zu möglichen bilateralen Kollaborationen führen. Die Define-Phase wird Anfang November fortgesetzt. Dann geht es um die konkrete Ausgestaltung der Demonstratoren für den Einsatz.



WS 3: Develop auf dem Weg zum Prototyp

Die Wissenschaftler:innen diskutierten am 11.1.2021 über konstruktive Lösungsansätze zur Integration neuartiger Sensormaterialien in Leichtbaustrukturen. Da die Arbeit und Weiterentwicklung der Konzepte an realen Prototypen nicht möglich waren, griffen die Beteiligten auf digitale Formate zurück. Anhand von 3D-CAD-Modellen eruierten sie die Vor- und Nachteile verschiedener Konzepte. Es bedarf beispielsweise neuer Fertigungsansätze des Leichtbaus, um eine modulare Funktionsintegration umzusetzen. Gleichwohl müssen die Forschenden Aspekte der Strömungsmechanik betrachten, um eine geeignete Stelle zum Einbau der Sensoren im Flügel oder im Rumpf zu identifizieren. Dafür diskutierten sie mit Herrn Frey, einem Experten aus der Arbeitsgruppe für experimentelle Aerodynamik am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden, und konnten so die geeignetsten Stellen für die Sensoren klären.

In den nächsten Schritten wird es für die Beteiligten darum gehen, die neuartigen Sensormaterialien für ihre Verwendung im Sensor fit zu machen und die Flügel auszulegen.

©Material Demo Lab: Virtuelles Modell einer "Vogeldrohne" für das Gefahrstoffmonitoring zur Sicherheit industrieller Anlagen.
©Material Demo Lab: Virtuelles Modell einer „Vogeldrohne“ für das Gefahrstoffmonitoring zur Sicherung industrieller Anlagen.


Infobox: „SIMPROMAT“ und MDL

Projekt „SIMPROMAT“Der Materialforschungsverbund Dresden e. V. (MFD) und der Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteile MATERIALS entwickeln im Projekt „SIMPROMAT“ neue Formen für Kooperationen und Transfer.

Unter Koordination des Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) erarbeiten der MFD und Fraunhofer Materials in SIMPROMAT neue Tools und Formate, um interdisziplinäre Projekte effizienter durchzuführen.
Kernpartner in SIMPROMATLeibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF), Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Leibniz-Institut für Werkstoffforschung Dresden (IFW), Fraunhofer-Institut für Chemische Technologien ICT, Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS.
Material Demo Lab (MDL)Das MDL bietet einen virtuellen Raum, in dem Anwender aus der Industrie und Öffentlichkeit gemeinsam Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen entwickeln.

Nach der Bedarfsdefinition suchen die Projektpartner unter den mehr als 30 Mitgliedern der beiden Verbünde eine geeignete Lösung. So stehen das Wissen, die Technologien und die Infrastruktur von 14 regionalen Instituten des MFD und 16 Instituten von Fraunhofer MATERIALS für materialübergreifende Fragen zur Verfügung.
Science ConnectorEin Science Connector in jedem Verbund identifiziert die verschiedenen Kompetenzen, koordiniert die Zusammenarbeit und bereitet den Transfer der Ergebnisse vor.
Rotation Connect Das Teilprogramm Rotation Connect legt den Grundstein für ein tieferes Wissen der Forschungseinrichtungen untereinander, in dem ausgewählte Austauschprogramme unter den Wissenschaftlern initiiert werden.
ProjektleitungStefan Schwurack, Leibniz IPF Dresden
ProjektkoordinationAnne-Katrin Leopold, Leibniz IPF Dresden
Martin Kunath, Fraunhofer IKTS
ProjektförderungDas Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert „SIMPROMAT“ mit 2,5 Mio. Euro innerhalb von 3 Jahren.