Materialsynthese und Design
FACHBEREICH 6.7
Der Fachbereich leistet einen Beitrag zur BAM-Mission “Sicherheit in Technik und Chemie”, indem er die Entwicklung neuer Materialien durch Automatisierung, Digitalisierung und Künstliche Intelligenz grundlegend transformiert und beschleunigt. Ziel ist es, Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften schneller, nachhaltiger und sicherer zu entwickeln – für Anwendungen, die Mensch und Umwelt schützen und gesellschaftliche Herausforderungen adressieren.
Im Mittelpunkt stehen automatisierte und KI/ML-gestützte Prozesse zur Entwicklung, Synthese, Optimierung und Charakterisierung neuartiger Materialien, v.a. Nano- und Advanced Materials, in „Self-Driving Labs“ und „Material Acceleration Platforms“. Der dafür erforderliche Technologie-Stack für die Laborautomatisierung wird kontinuierlich erweitert und praxisnah erprobt. Datengetriebenen Ansätze ermöglichen eine beschleunigte Entwicklung und Validierung neuer Funktionsmaterialien mit erhöhter Nachhaltigkeit und Sicherheitsrelevanz im Sinne des SSbD-Konzepts. So wird beispielsweise bereits während der Designphase darauf geachtet, dass kritische Rohstoffe so weit wie möglich vermieden werden. Anwendungsfelder umfassen funktionelle Beschichtungen und Additive, Sensorik, sowie mittelfristig Energiegewinnung, -speicherung und -übertragung.
Projekte:
STOP – Surface Transfer of Pathogens
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Kompetenzen
- Automatisierte Synthese und Charakterisierung von Nano- und Advanced Materials
- Entwicklung des gesamten Technologiestacks für Self-Driving Labs (SDLs) und Materials Acceleration Platforms (MAPs) [Video]
- KI/ML gestützte Syntheseführung, Materialoptimierung, und Datenanalyse
- Hardware- und Software-Lösungen für automatisierte Synthese- und Charakterisierungsmethoden und Arbeitsabläufe
- (Meta-)Datenmanagement, Wissensgraphen und Ontologien für SDLs und MAPs
- Entwicklung von Open Source Software zur KI-gestützten Bildanalyse, sowie zur LLM-basierten Generierung von Arbeitsabläufen und zur Hardware-Integration und Workflow-Orchestrierung in in MAPs/SDLs.
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Arbeitsschwerpunkte
- Entwicklung von Nano- und Advanced Materials mit Anwendungen als funktionelle Beschichtungen, als Additive, in der Sensorik, sowie als Referenzmaterialien
- Weiterentwicklung des Technologiestacks für MAPs/SDLs
- Automatisierungsansätze für Synthese, Charakterisierung, Versuchsplanung, Active Learning in Rückkopplungsschleifen und datengetriebene Materialentwicklung
- Fokus auf die Einrichtung und Nutzung von MAPs/SDLs zur Beschleunigung des Design-Experiment-Analyse-Zyklus sowie zur schnellen Überführung von Materialkonzepten in Prototypen
- Verknüpfung digitaler Methoden (Simulation, maschinelles Lernen, Workflow-Automatisierung, Digitalisierung, Synthetisierbarkeitsvorhersagen, Wissensgraphen) mit experimenteller Synthese und Charakterisierung um
- die Materialentwicklung zu beschleunigen
- Unsicherheiten zu minimieren
- die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen
- kritischer Rohstoffe durch gezieltes Materialdesign und prädiktive Modellierung von Eigenschaften, Nachhaltigkeitswirkungen und Synthesepfaden zu vermeiden (SSbD)
- hochwertige Transferleistungen für Forschung und Industrie zu erzielen
- Regulierung & Standardisierung im Bereich der Laborautomatisierung und von Nano- und Advanced Materials
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Publikationen
In der Datenbank PUBLICA finden Sie Veröffentlichungen von Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen der BAM.
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Dr. rer. nat. Bastian Rühle
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
