Über die Forschung von Prof. Dr. Raphael Wittkowski
Prof. Dr. Raphael Wittkowski forscht auf dem Gebiet der Aktiven weichen Materie – ein neues Feld, das an der Schnittstelle von Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften, Biologie und Medizin angesiedelt ist. Im Zentrum seiner Arbeit stehen insbesondere Mikrosysteme mit eigenem Antriebsmechanismus, die mit Ultraschall gesteuert werden. Das Ziel besteht darin, neue Perspektiven für Anwendungen in Medizin und Technik zu finden.
Aktive weiche Materie besteht aus einem flüssigen oder weichen Material und darin eingebetteten aktiven Teilchen, die über einen Antriebsmechanismus verfügen. Diese Teilchen entziehen ihrer Umgebung Energie, setzen sie in gerichtete Bewegung oder Kräfte um und ermöglichen dadurch neuartige Effekte. Das Besondere an Aktiver weicher Materie ist, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Materialien außergewöhnliche Eigenschaften aufweisen kann. Die Forschung von Raphael Wittkowski hat dazu beigetragen, dass Konzepte, die lange undenkbar waren, etwa ferngesteuerte Mikro-U-Boote zur gezielten Wirkstoffabgabe oder programmierbare Materialien, die sich autonom an ihre Umgebung anpassen, zu realen wissenschaftlichen Fragestellungen geworden sind.
Die von Prof. Wittkowski untersuchten Systeme – insbesondere schallangetriebene Mikropartikel, Mikromaschinen und Mikroroboter – haben Relevanz für visionäre Anwendungen in Medizin und Technik. Akustisch angetriebene Mikrosysteme besitzen entscheidende Vorteile: Ultraschall durchdringt Gewebe und andere Materialien, der Antrieb funktioniert in Flüssigkeiten und biologischem Gewebe, die Aktivität lässt sich über die Schallintensität fernsteuern. Ein konkretes Beispiel der Arbeit von Prof. Wittkowski ist die 2025 in Nature veröffentlichte Arbeit „Ultrasound-driven programmable artificial muscles“: Darin entwickelte er zusammen mit Kollegen künstliche Muskeln, die sich durch Ultraschall mit Energie versorgen und präzise steuern lassen. Diese Systeme könnten künftig als feinfühliger weicher Greifer, programmierbar verformbares Gewebepflaster zur Unterstützung der Herzmuskelbewegung oder für die gezielte Abgabe von Wirkstoffen eingesetzt werden.
Ebenfalls hat Prof. Wittkowskis Gruppe mit AcoDyn die bisher leistungsfähigste Simulationssoftware für schallangetriebene Mikrosysteme entwickelt und damit die weltweit komplexesten Simulationen dieser Systeme durchgeführt. Dies ermöglichte es ihm, wichtige Eigenschaften dieser Systeme vorherzusagen und so eine Lücke in der Forschung zu schließen. Er hat zudem eine Methode entwickelt, mit der eine große Anzahl akustisch angetriebener Mikropartikel an ein vorgegebenes Ziel gesteuert werden kann. Mit diesen Fortschritten hat Prof. Wittkowski eine Basis für künftige medizinische Anwendungen akustisch angetriebener Mikropartikel gelegt, etwa zum Transport von Wirkstoffen an ein bestimmtes Ziel im Körper, um die Nachteile einer systemischen Wirkstoffverteilung zu vermeiden. Denn wenn aktive Partikel in Zukunft bei Patienten eingesetzt werden, lassen sich dadurch unerwünschte Nebenwirkungen wie die Schädigung von gesundem Gewebe minimieren oder unnötig hohe Wirkstoffdosierungen vermeiden. Ein Beispiel ist die herkömmliche Chemotherapie, deren Nebenwirkungen primär aus der systemischen Verteilung der Wirkstoffe im Körper resultieren, die auch gesundes Gewebe angreifen.
„Der Alfried Krupp-Förderpreis 2026 würdigt in seinem Jubiläumsjahr Prof. Raphael Wittkowski und seine ambitionierte Arbeit auf dem noch jungen Gebiet der Aktiven weichen Materie. Raphael Wittkowski hat grundlegende Effekte Aktiver weicher Materie entdeckt, bedeutende Modelle entwickelt und Methoden der Statistischen Physik vorangetrieben. Dank seiner Forschung haben utopistische Ansätze, die bislang allenfalls in Science-Fiction abgebildet wurden, Einzug in die Wissenschaft gehalten, mit dem Ziel, neue innovative Anwendungen in Medizin und Technik zu etablieren. Die Krupp-Stiftung freut sich sehr, Raphael Wittkowski auf seinem Weg der Entwicklung autonomer schallangetriebener Mikrosysteme und programmierbarer Materialien beim Transfer von der Theorie in die Anwendung zu begleiten.“
Prof. Dr. Dr. h.c. Dr. h.c. Ursula Gather, Vorsitzende des Kuratoriums der Krupp-Stiftung