Sehen, hören und fühlen in der Nanowelt

Mit einem Rasterkraftmikroskop können die Form einer Oberfläche und ihre lokalen mechanischen Eigenschaften sehr detailliert auf der Nanometerskala erfasst werden. Das Verständnis dieser sehr umfangreichen, mehrdimensionalen Daten steckt jedoch in den Kinderschuhen.

Vor allem biologische Gewebe haben eine räumlich sehr komplexe Struktur, und ihre mechanischen Eigenschaften sind auf der Nanometerskala weitgehend unerforscht. Gleiches gilt für einzelne Atome und Moleküle auf Oberflächen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte.

Bei solch komplexen Daten stoßen Analyseverfahren, die mit statistischer Datenreduktion arbeiten, bislang an ihre Grenzen.

Prof. Dr. Robert Magerle (Professur für Chemische Physik) und Prof. Dr. Alexandra Bendixen (Professur für Struktur und Funktion kognitiver Systeme) von der Technischen Universität Chemnitz möchten den Zugang zur Datenanalyse grundlegend verändern, indem sie die komplexen Daten den menschlichen Sinnen und damit den kognitiven Fähigkeiten des Menschen zugänglich machen.

Die mit dem Rasterkraftmikroskop gemessenen Kraftfelder sollen mit einer haptischen Schnittstelle in vom Menschen fühlbare Kräfte übersetzt werden. Gleichzeitig sollen die Form der Oberfläche und weitere Oberflächeneigenschafen visuell und akustisch dargestellt werden.

So können die auf der Nanometerskala gemessenen Kräfte interaktiv und mit mehreren menschlichen Sinnen gleichzeitig erkundet werden. Diese Darstellungsart der Daten erscheint besonders geeignet, mittels menschlicher Sensorik und Kognition bislang unbekannte Strukturen in räumlich komplexen Daten zu entdecken.

Im Projekt sollen verschiedene Arten der Kraftdarstellung erprobt und das Zusammenwirken der menschlichen Sinne bei der multisensorischen Erfassung nanomechanischer Eigenschaften biologischer Gewebe erforscht werden. Die VolkswagenStiftung fördert das Forschungsprojekt im Rahmen ihrer Förderinitiative „Experiment!“ mit 120.000 Euro für 18 Monate.

Stichwort: Förderinitiative „Experiment!“

Die Förderinitiative „Experiment!“ richtet sich an Forscherinnen und Forscher aus den Natur-, Ingenieur-, und Lebenswissenschaften, die eine radikal neue Forschungsidee verfolgen möchten. Beim Auswahlverfahren werden ebenfalls neue Wege erprobt. Aus den 594 Projektanträgen der Antragsrunde 2017 wählte die Stiftung die 119 passendsten Anträge aus.

Eine achtköpfige externe Jury aus dem Ausland bewertete nur diese anonymisierten Ideen, sortierte qualitativ nicht überzeugende Anträge aus und wählte 17 Projekte zur Förderung aus. Zusätzlich gab es in diesem Jahr einen Losentscheid aus allen qualitativ überzeugenden Anträgen. Auf diese Weise erhalten auch Ideen eine Chance, die ansonsten leicht übersehen werden, so dass insgesamt 29 Projekte neu gefördert werden.