Belastbar, aber flexibel – Prof. Shan Shi arbeitet mit nanoporösen Metallen

Wenn von „metallischen Muskeln“ die Rede ist, denken viele wahrscheinlich an schwere, ungelenke Roboter. Nicht so Prof. Shan Shi, Leiterin der Forschungsgruppe „Integrierte metallische Nanomaterialsysteme” an der Technischen Universität Hamburg. Nanoporöse Metalle seien bemerkenswert flexibel, erklärt sie, und hätten daher ein großes Potenzial für den Einsatz in der Soft-Robotik. In diesem Bereich setzt man bisher vor allem auf Polymere, da sie sehr biegsam sind. Dabei mangelt es ihnen aber oft an mechanischer Festigkeit. Nanoporöse Metalle hingegen verbinden beides - Verformbarkeit und hohe Festigkeit und Haltbarkeit. Dadurch eröffnen sie neue Möglichkeiten für sogenannte „Aktuatoren“, die die Bewegung natürlicher Muskeln nachahmen und gleichzeitig metallische Robustheit haben.

Vor rund vier Jahren, im April 2022, kam Shi als Juniorprofessorin mit Tenure-Track an die TUHH. Nach Abschluss ihrer Promotion und ihrer Postdoc-Zeit am Helmholtz-Zentrum Hereon und an der TUHH hatte sie zwar ein Angebot der Tsinghua-Universität in ihrem Heimatland China, entschied sich aber, ihre Karriere in Deutschland fortzusetzen. „Es passte einfach perfekt zu meinen Interessen“, sagt sie. So konnte sie Forschungsthemen verfolgen, die ihr sehr am Herzen liegen, und mit Wissenschaftlern wie Prof. Jörg Weißmüller zusammenarbeiten, für den sie großen Respekt und Bewunderung empfindet.

Co-Leiterin im Exzellenzcluster

Shan Shi ist mittlerweile nicht nur kommissarische Leiterin des Instituts für Materialphysik und -technologie an der TUHH, sondern leitet zusammen mit Prof. Norbert Huber auch den Forschungsbereich „Mechanische Werkstoffe“ innerhalb des Exzellenzclusters „BlueMat – Wassergesteuerte Materialien“. BlueMat zielt darauf, nachhaltige und interaktive Materialsysteme zu entwickeln, die ihre einzigartige Funktionalität in Wasser oder wässrigen Umgebungen entfalten. Im Team arbeitet Prof. Shi an der Entwicklung benetzter nanoporöser Metalle mit autonomer Sensorik, Formänderungsfähigkeiten und schaltbarer Schallübertragung. Durch die Umwandlung elektrischer Signale in mechanische Bewegung wollen sie und ihr Forschungsteam neue Aktuatoren entwickeln, unter anderem die sogenannten „metallischen Muskeln“.

Experimente lieben

Sie habe sich kein einfaches Thema ausgesucht, gibt Shi zu. Die Herstellung robuster und rissfreier nanoporöser Metalle erfordert aufwendige und zeitintensive Tests vieler Parameter. Doch Shi stellt sich dieser Herausforderung und auch den unvermeidlichen Durststrecken: „Wenn man experimentiert, sollte man es lieben und Spaß daran haben. Wenn man keine Zuversicht verspürt, wird das Experiment nicht funktionieren.“ Sie erinnert sich, dass während ihrer Promotion ein sehr wichtiges Experiment mehrere Monate lang nicht funktionierte. Doch dann fuhr sie in den Urlaub, kam völlig entspannt zurück – und hatte plötzlich Erfolg.

Mutter sein in der Wissenschaft

Mittlerweile experimentiert Shi selbst nicht mehr so viel im Labor wie früher, genießt es aber, dort ihre derzeit sieben Doktorand*innen zu betreuen. Vor ein paar Wochen, Ende März, hat ihr erster Doktorand seine Dissertation erfolgreich verteidigt. Eine „Doktorandenmutter“ zu sein, sagt sie, sei ähnlich wie eine normale Mutter: „Man muss viel Zeit investieren, bekommt aber auch viel zurück.“

Doch Zeit sei für Wissenschaftler*innen entscheidend, gibt sie zu. Das habe sie besonders gespürt, als ihre Tochter gerade geboren war. Plötzlich wurde ihr klar, dass sie nicht mehr so lange im Labor bleiben konnte, wie sie wollte, und es war schwierig, an Konferenzen im Ausland teilzunehmen. „Zum ersten Mal Mutter zu werden – sowohl in der Wissenschaft als auch im Leben – hat mich an meine Grenzen gebracht“, erinnert sie sich. Es habe nur dank der großen Unterstützung ihres Mannes geklappt, der ebenfalls Elternzeit nahm, sowie dank ihrer Mutter und ihrer Schwiegermutter, die für mehrere Monate aus China nach Hamburg kamen, um sie zu unterstützen.

Netzwerken unter Frauen

Shis Rat an junge Frauen in der Wissenschaft: „Kommuniziert mehr mit euren Angehörigen und Kolleginnen.“ Während ihrer Promotion dachte sie zeitweise ernsthaft darüber nach, die Wissenschaft aufzugeben. Die Ermutigung durch ihren Mann und ihre Kollegen – insbesondere durch einige etwas ältere Wissenschaftlerinnen, die ähnliche Erfahrungen gemacht hatten – habe ihr sehr geholfen. „Zu sehen, dass andere Ähnliches durchgemacht und es geschafft hatten, hat mir Selbstvertrauen gegeben“, sagt sie. Rückblickend ist sie sehr dankbar, dass sie durchgehalten und es geschafft hat.

Eine weitere wichtige Säule in Shis Karriere ist ihre Leidenschaft. Selbst nach vielen Jahren mit nanoporösen Metallen spricht sie nach wie vor voller Begeisterung von ihnen. Obwohl diese nur mit hochauflösenden Mikroskopen sichtbar sind, erfreut sie sich an der wunderschönen Nanoarchitektur ihrer metallischen Schwämme: „Sie sind filigran und gleichzeitig unglaublich belastbar und multifunktional.“ Und das trifft eigentlich auch auf Shi selbst zu, denn diese Balance zwischen Stärke und Anpassungsfähigkeit verfolgt auch sie in ihrer Karriere und ihrem Familienleben.