Strukturwissenschaft & 3D-Code

Forschungsthema

Mit den heutigen bildgebenden Techniken ist ein animierter Gang durch heterogene Strukturniveaus längst möglich und in den Bereich direkter Beobachtung gerückt. Nach dem langen 20. Jahrhundert mit den großen Strukturrevolutionen und Formalisierungen in den Ingenieur- und Naturwissenschaften, den Strukturalismen der Geisteswissenschaften, den informatischen Strukturen der Datenverarbeitung, Elektronik und Genetik sowie dem Eintritt in die Nanowelten, haben Strukturen und in der Konsequenz des neuen Konzepts Active Matter – insbesondere dynamische materiale Strukturen eine Bedeutung gewonnen, die weit über die Vorstellungen des klassischen Strukturdenkens hinausgehen. Diese Elemente stehen gegenwärtig zur Etablierung eines interdisziplinären oder sogar neuen disziplinären Zusammenhangs zur Verfügung. Dieses Projekt soll daher eine zukunftsorientierte Forschung über Strukturen mit historischen Perspektiven verbinden, um daraus Kriterien für eine neue Verbindung unterschiedlichster Wissenschaften im Zeichen der Strukturen zu gewinnen.

Das führt zu einem neuen Verständnis von Materie als mehrdimensionalem Code. Disziplinäre und interdisziplinäre Experimente und Studien zu Active Matter sowie ein weiterzuentwickelnder Code-Materie-Dualismus stehen gegenwärtig zur Etablierung einer neuen Strukturwissenschaft als einer Geistes- und Materialwissenschaft zur Verfügung. 

Das Schwerpunktprojekt verbindet eine zukunftsorientierte Forschung mit historischen Perspektiven, um Kriterien für eine Verbindung unterschiedlicher Disziplinen im Zeichen der dynamischen Strukturen bzw. des Code-Materie-Dualismus zu gewinnen und somit die Umrisse einer neuen Strukturwissenschaft zu erstellen. 

In dem Video »Powers of Ten« (1968) haben C. und R. Eames ausgehend von einem 1:1 Maßstabs-Szenario einen optischen Zoom in kosmische und mikrokosmische Dimensionen in 10er-Potenz-Schritten vorgeführt. Mit den neuen bildgebenden Techniken ist diese Spannweite als Gang durch heterogene hierarchische Strukturniveaus längst in den Bereich direkter Beobachtung gerückt. 

Zielsetzung

• Ein vorrangiges Ziel ist es, die Strukturuntersuchungen der Projekte zu sichten und die Strukturen quer durch die Bereiche von Artefakten und Naturobjekten disziplinenübergreifend zu analysieren. Verknüpfungsformen von Strukturen und Funktionen sollen exemplarisch studiert werden. Auf dieser Basis sollen Typologien von elementaren Struktur-Funktionsbeziehungen und damit Grundlagen für ein Strukturen-Datenrepositorium entwickelt werden.
• Es soll an historische und nicht eingelöste Projekte angeknüpft werden: R. Buckminster Fuller hat in diesem Sinne angelehnt an E. Haeckel und D’Arcy Thompson eine natürlich-artifizielle Geometrie als »Synergetics« entwickelt, die in den letzten Jahren von C. Alexander auch als Bauformen einer »Order of Nature« untersucht wurde. Vor diesem Hintergrund einer transdisziplinären Strukturenanalyse wurde auch die Frage nach einer materialen Strukturenwissenschaft aufgeworfen. Es gibt kaum Wissenschaften, die unter dieser Perspektive nicht relevant wären. Architektur, Strukturingenieurwesen oder Nanowissenschaften sind hier von besonderer Bedeutung, aber in zweiter Linie auch Disziplinen, die im Rahmen des klassischen Strukturalismus eine Rolle spielten (Soziologie, Psychologie).
• Eine Strukturwissenschaft in diesem Sinne könnte für eine interdisziplinär organisierte Gestaltung des Wissens eine theoretisch wie praktisch integrative Basis darstellen. Eine Wende zur Gestaltung würde sich elementar mit der Frage nach der Materialisierbarkeit von Strukturen und deren Handhabbarkeit verbinden. Ähnlich wie die Informatik, die sich in den 1960er Jahren als Disziplin formierte, würde hier der analoge Code von Strukturen eine homogene Dimension liefern, die quer zu allen klassischen Disziplinen kohärente Fragestellungen etablieren könnte. Im Unterschied zum Strukturalismus (Dosse 1991) würde es sich hier um ein klar konturiertes Forschungsfeld handeln, das auf der neuen interdisziplinären Ebene der Universität als Strukturwissenschaft eine disziplinäre Dynamik entfalten könnte.
• Die Struktur des Clusters bildet als operatives Gefüge selbst einen zentralen Untersuchungs- und Gestaltungsgegenstand. Strukturen als raumzeitliche, materielle und »architektonische« Elemente sind ebenso konstruktiv wie dynamisch. Der Cluster als »Schwarm« und Interaktionsgruppe setzt sich nicht nur aus den beteiligten Personen zusammen, sondern auch durch die Linked Data Cloud, in der die Forscher_innen, ihre Instrumente, Bilder und Dokumente als Akteure operieren. Das Labor des Labors soll daher auf formaler und inhaltlicher Ebene auch als Laborstruktur und Strukturenlabor entwickelt werden.
• Ausgehend von Elementarstrukturen im Sinne der geometrischen Elemente sollen Struktur-Funktionszusammenhänge analysiert werden. Wenn solche Beziehungen zeigen, dass Strukturen unter gleichen Bedingungen immer spezifische Funktionen erfüllen, kann dieser Beziehung ein Informationswert zugeschrieben werden. D.h., die Struktur transportiert unter eben diesen Bedingungen die Funktion als Information. Deshalb soll untersucht werden, inwiefern Strukturen als analoge räumliche 3-D-Formen Code-Elemente darstellen können, die ihre Funktion nicht nur als Operationscharakteristik enthalten, sondern sie auch als solche realisieren. Räumliche Gestaltung und ihre Strukturen könnten somit als Realisierung von spezifischen 3-D-Code-Elementen betrachtet werden.

Durchführung

Konkrete Studien setzen an exemplarischen Gegenständen an:

• Kieselalgen (Diatomeen), deren vielfältige und hochkomplexe Struktur seit jeher fasziniert, sollen in ihren bislang kaum verstandenen Entstehungsmechanismen analysiert werden.
• Die Mikrostrukturen, die bei geeigneten Materialien durch Verzerrung der Kristallstruktur entstehen können, sind mathematisch und ingenieurwissenschaftlich viel untersucht, von einer Klassifikation aber ebenfalls noch weit entfernt. 
• Es soll untersucht werden, welche topologisch bedingten Eigenschaftsprofile biologischer und biomimetischer makromolekularer Strukturen sich daraus ableiten lassen, dass ihre elementaren 3-D-Strukturen (coiled coil-Strukturen, Mehrfachhelizes) mit Hilfe kovalent verknüpfter Atomketten, also biegsamen quasi 1-D-Molekülstrukturen realisiert werden, deren generische Sekundärstruktur helikal ist. In ähnlicher Weise stellt sich die Frage, welche 3-D-Strukturen mit kovalent verknüpften Atomgittern, d.h. biegsamen – und auch dehnbaren – quasi 2-D-Strukturen wie im Graphen realisiert werden können.
• In Verbindung damit sollen geometrische Elemente medienhistorisch und gestalterisch als analoger Code untersucht und in operative Modelle umzusetzen versucht werden.