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 Forschungsbericht für das Jahr 2018

Botanischer Garten

Plant Biomechanics Group

Schänzlestr. 1
79104 Freiburg i. Br.
Tel: +49 (0)761 203-2875 Fax: +49 (0)761 203-2880
Email thomas.speck@biologie.uni-freiburg.de
https://www.botanischer-garten.uni-freiburg.de/


Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

  • Prof. Dr. Thomas Speck, Lehrstuhl f. Botanik: Funkt. Morphologie u. Bionik, Direktor des Botanischen Gartens Freiburg
  • Dr. Friederike Gallenmüller, Kustodin des Botanischen Gartens, Gruppenleiterin, Akademische Oberrätin
  • Dr. Olga Speck, PI, Wiss. Koord. FIT (seit '14), Manag. Komp.Netz.
  • Dr. Tom Masselter, Gruppenleiter, Akademischer Rat
  • Dr. Georg Bauer, Gruppenleiter, Wissenschaftlicher Angestellter
  • Dr. Marco Caliaro, Post-Doc, Wissenschaftlicher Angestellter
  • Dr. Linnea Hesse, Wissenschaftliche Angestellte
  • Dr. Tim Kampowski, Wissenschaftlicher Angestellter
  • Dr. Simon Poppinga, Gruppenleiter, Wissenschaftlicher Angestellter
  • Katharina Bunk, Doktorandin
  • Charchit Kumar, Doktorand
  • Max Langer, Wissenschaftlicher Angestellter
  • Stefanie Schmier, Doktorandin
  • Amar Surapaneni, Doktorand
  • Anna Westermeier, Doktorandin
Einträge in der Rubrik "Who is Who"

Forschungsschwerpunkte

  • Bionik / Biomimetik: insbesondere: - Bio-inspirierte Materialien, Strukturen und Oberflächen (z.B.: selbst-reparierende Materialien, selbst-adaptive Materialen, Haft- und Antihaft-Oberflächen, Dämpfungs- und Isolationsmaterialien, verzweigte und unverzweigte Faserverbundmaterialien) - Bionik und Architektur (z.B. bionische Fassadenverschattungen, bio-inspirierter Leichtbau und bio-inspirierte elastische Architektur, bionische Konzepte für energiesparende bzw. energieautarke Gebäude, lebende Bauwerke) - Methoden der Bionik (Vorgehensweise bei bionischen Projekten, insbesondere Optimierung des Abstraktions- und Übertragungsvorgangs von den biologischen Ideengebern zu den bio-inspirierten technischen Produkten) - Bionik und Nachhaltigkeit
  • Biomechanik und Funktionsmorphologie der Pflanzen
  • Evolution pflanzlicher Wuchsformen und anderer funktionelle Parameter
  • Frühevolution der Landpflanzen in Silur und Devon
  • Funktionelle Aspekte der Bestäubungsbiologie (z.B. bei verschiedenen Salbeiarten (Gattung Salvia) und der Paradiesvorgelblume (Strelitzia sp.)), strukturelle und mechanische Aspekte der Koevolution zwischen Blüte und Bestäuber
  • Öko-Biomechanik von Pflanzen in tropischen Regenwäldern
  • Bewegungen bei Pflanzen (z.B. bei Blüten und karnivoren Pflanzen); insbesondere Analyse der elastischen Deformation von Pflanzenorganen sowie Hochgeschwindigkeitsanalysen schneller Pflanzenbewegungen (z.B. Saugfallenmechanismus beim Wasserschlauch und Klappmechanismus bei der Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa)
  • Bewegungen bei niedrigen Reynoldszahlen (z.B. Lokomotion von Käferspermien, Hapterenkinematik bei Schachtelhalmsporen, Schleudermechanismen bei Farnsporangien)
  • Didaktik der Bionik, Biomechanik und Funktionsmorphologie und Vermittlung aktueller Forschungsergebnisse in allgemeinverständlicher Form
  • Botanische Gärten (insbesondere Einbindung der Lebendsammlungen in Forschung, Bildung, Lehre) und Bionik in Botanischen Gärten

Wissenschaftliche Projekte und Forschungsvorhaben


  • 4D-Multimats - Personalisierter 3D- und 4D-Druck von programmier- und schaltbaren sowie selbstregulierend multifunktionalen Materialsystemen für Sport und Medizin
  • Adhäsion und Reibung auf strukturierten Oberflächen - Inspiration von Insekt-Pflanze-Interaktionen / DFG-Graduiertenschule "Soft Matter Science" (IRTG SoMaS)
  • AZ:7713.1-11/2.1.6 SmartSuS: Bio-inspired fibre-reinforced flap and scale structures for self-adaptive heat and humidity regulation – Phase 2
  • Bio-inspirierte selbstreparierende Werkstoffe für eine nachhaltige Entwicklung
    • Projektleitung: Speck Olga, Speck Thomas
    • Laufzeit: 01.02.2015 bis 31.01.2018
    • Details zum Projekt
  • Biomechanik und Funktionsmorphologie und -anatomie von Gattungen, die selbsttragende Arten und Lianen oder Spreizklimmer beeinhalten.
  • Biomimetische Entwicklung von struktur- und gewichtsoptimierten, dauerbelastbaren Materialien und Faserverbundstrukturen mit hochdämpfenden Eigenschaften
  • Bionik: Pflanzen als Ideengeber für innovative technische Materialien
  • Dauerhafte Etablierung bionischer Forschung in Botanischen Gärten und eine verstärkte Verbindung von grundlagenorientierter botanischer Forschung mit anwendungsbezogenen Fragestellungen.
  • PlaMatSu: Plant-inspired materials and surfaces / EU-FP8 Marie Skolodowska-Curie - Innovative Training Network
  • SFB-TRR141-A02: Plants and animals as source of inspiration for energy dissipation in load bearing systems and facades
  • SFB-TRR141-A03: Inspired by plants and animals: actively actuated rod-shaped structures exhibiting adaptive stiffness and joint-free continuous kinematics
  • SFB-TRR141-A04: Kinematics of planar, curved and corrugated plant surfaces as concept generators for deployable systems in architecture
  • SFB-TRR141-A06: Branchings and axes in selected plant species as concept generators for high load-bearing joints of branched building structures [PI: Dr. Tom Masselter]
  • SFB-TRR141-B01: Scaling of properties of highly porous biological and biomimetic constructions & SFB-TRR141-B03: Multifunctional simulation of complex biological and biomimetic designs and materials
  • SFB-TRR141-C01: The biomimetic promise: natural solutions as concept generators for sus-tainnable technology development in the construction sector
  • SFB-TRR141-Ö: Public Relations
  • Smart Materials: Biomimetische Entwicklung gewichtsoptimierter Strukturen mit variabler Steifigkeit und Selbstreparaturfunktion.
  • Strukturelle und mechanische Analyse ultraleichter, nicht verholzter pflanzlicher Tragorgane (z.B. Blattstiele von Bananen) und Übertragung in technische Anwendungen.
  • Verschiedene der Geheimhaltung unterliegende Industrieprojekte

Wissenschaftliche Publikationen

Originalarbeiten in wissenschaftlichen Fachzeitschriften:
  • Anandan S, Rudolph A, Speck T, Speck O: Comparative morphological and anatomical study of self-repair in succulent cylindrical plant organs. Floral, 2018; 241: 1-7. : http://DOI: 10.1016/j.flora.2018.02.008
  • Horn R, Dahy H, Gantner J, Speck O, Leistner P: Bio-inspired Sustainability Assessment for Building Product Development – Concept and Case Study. Sustainability, 2018; 10: 130. : http://10.3390/su10010130
  • Speck O, Schlechtendahl M, Borm F, Kampowski T, Speck T: Humidity-dependent wound-sealing in succulent leaves of Delosperma cooperi – An adaptation to seasonal drought stress Beilstein Journal of Nanotech, 2018; 9: 175-186. : http://10.3762/bjnano.9.20
Buchbeiträge:
  • Speck T, Thielen M, Speck O: What can be learnt from ageing in biology and damage tolerant biological structures for long-lasting biomimetic materials? In: K. van Breugel, D. Koleva, T. van Beek (Hrsg.): The Ageing of Materials and Structures Heidelberg, Berlin: Springer, 2018.: https://doi.org/10.1007/978-3-319-70194-3_3 (in Druck)

Besondere wissenschaftliche Aktivitäten

Invited Speech:
  • Prof. Dr. Thomas Speck: mehr als 30 pro Jahr (invited speech), seit 2005.
Vorsitze und Sprechertätigkeiten:
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Stellvertretender Vorsitzender der Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik, seit 1999.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Sprecher des baden-württembergischen Kompetenznetzes „Biomimetik - Pflanzen und Tiere als Ideengeber für die Entwicklung neuer Materialien und Technologien“ , seit 2006.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Vice-President of BIOKON International – The Biomimetics Association , seit 2009.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Stellvertretender Geschäftsführender Direktor des Freiburger Zentrums für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT), seit 2012.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Standortsprecher des SFB-Transregio 141 „Biological Design and Integrative Structures - Analysis, Simulation and Implementation in Architecture” der Universitäten Stuttgart, Freiburg und Tübingen , seit 2014.
Verbände und Fachgesellschaften:
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Fellow of the Linnean Society London , seit 2000.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Vorstandsmitglied des baden-württembergischen Kompetenznetzes „Biomimetik - Pflanzen und Tiere als Ideengeber für die Entwicklung neuer Materialien und Technologien“ , seit 2002.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Board member of the “Biomechanics Group” of the Society for Experimental Biology U.K. , seit 01.05.2002.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Verband Botanischer Gärten e.V., seit 2003.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Wissenschaftliches Mitglied des Freiburger Materialforschungszentrums (FMF) , seit 2007.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Jurymitglied für die Verleihung des „International Bionic-Award“ verliehen von der Schauenburg-Stiftung im Stifterverband für die deutsche Wissenschaft in Kooperation mit dem Verein Deutscher Ingenieure und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt , seit 2008.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats INM Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH Saarbrücken (seit 2011), seit 2011.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats B CUBE - Center for Molecular Bioengineering, Technische Universität Dresden , seit 2013.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Mitglied des Beirats der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg [Leichtbau BW GmbH] , seit 2014.
  • Prof. Dr. Thomas Speck: Mitglied des Koordinierungsausschusses des Kompetenznetzes Funktionelle Nanostrukturen - Baden-Württemberg , seit 2015.
  • Prof. Dr. Thomas Speck, Dr. Olga Speck: Mitglied im Fachbeirat „Bionik“ des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) - Aufgabe: Ausarbeitung von VDI-Richtlinien zum Thema Bionik [Leiter der AG: Bionische Konstruktionsmaterialien & Strukturen] , seit 2007.
Wissenschaftliche Beratung / Gutachtertätigkeiten:
  • Prof. Dr. Thomas Speck: vielfach Gutachtertätigkeit für: BMBF, DFG, EU, DBU, MWK, etc. sowie Reviewer für verschiedene Zeitschriften., seit 2005.
Andere administrative Tätigkeiten:
  • T. Speck: Co-Editor Paläontographica, Abt. B - Palaeophytologie. E. Schweitzerbart’sche Verlagsbuchhandlung, seit 2001.
  • T. Speck: Co-Editor Trees-Structure and Function, Springer Verlag, seit 2002.
  • T. Speck: Co-Editor Journal of Bionic Engineering, Elsevier, Amsterdam , seit 2007.
  • T. Speck: Co-Editor Bioinspiration and Biomimetics, IOP Publishing, Bristol, seit 2013.
  • T. Speck: Co-Editor Biomimetics - Open Access Journal MDPI - Open Access Publishing , seit 2016.

Abschlussarbeiten

Promotionen
  • Katharina Bunk: Branchings and axes in selected plant species as concept generators for high load-bearing joints of branched building structures. [Promotion im Rahmen des SFB/TRR 141 “Biological Design and Integrative Structures – Analysis, Simulation and Implementation in Architecture” – Förderung durch DFG / Promotion, Universität Freiburg, Betreuer: T. Masselter; voraussichtlicher Abschluss SS 2018], 2018.
  • Ruwen Kaminski: Nutzung von Schichtbauverfahren zur Entwicklung biomimetischer Konstruktionsprinzipen. [Promotion im Rahmen des Projekts „Wissenschaftlich-didaktischen Aufbereitung der Bionik für Aus- und Weiterbildung an Schulen und Hochschulen“ – Fördermaßnahme BIONA des BMBF / Promotion, Universität Freiburg; Betreuer: T. Speck & O. Speck; voraussichtlicher Abschluss: WS 2018]., 2018.
  • Stefanie Schmier: Plants as source of inspiration for energy dissipation in load bearing systems and facades. [Promotion im Rahmen des SFB/TRR 141 “Biological Design and Integrative Structures – Analysis, Simulation and Implementation in Architecture” – Förderung durch DFG / Promotion, Universität Freiburg, Betreuer: T. Speck; voraussichtlicher Abschluss SS 2018], 2018.
  • Tim Kampowski: Adaptive Mechanik krautiger Pflanzen als Ideengeber für neuartige Materialien: Vergleichende Analyse zur Funktionsmorphologie, Biomechanik und strukturellen Austrocknungstoleranz nahverwandter Gesneriengewächse, 2018.
Master
  • Tamara Ritter: 4DmultiMATS Personalisierter 3D- und 4D-Druck von programmier- und schaltbaren sowie selbstregulierend multifunktionalen Materialsystemen für Sport und Medizin [voraussichtlicher Abschluss: SS 2018]., 2018.
Staatsexamen
  • Pablo Schenk: Hygroskopische Bewegungen in der Lehre und Schule [Abgabe Februar 2018], 2018.