Der DGM-Preis richtet sich an exzellente Wissenschaftler*innen, die entweder beeindruckende Durchbrüche in ihrem Fachgebiet erzielt oder neue Forschungsfelder erschlossen haben. In diesem Jahr zeichnet die DGM Prof. Dr.-Ing. Dr. mont. Daniel Kiener, für seine beispiellosen Beiträge in der Mikro- und Nanomechanik der Werkstoffe mit dem DGM-Preis 2025 aus.
1) Sie gelten heute als einer der führenden Köpfe in der Mikro- und Nanomechanik. Was hat Sie ursprünglich an diesem Forschungsfeld fasziniert – und was hält Ihre Begeisterung bis heute wach?
Kurz vor Beginn meines Doktorates erschien ein Artikel im Journal Science, der einen ausgeprägten bis dahin unbekannten Größeneffekt im Bereich mechanischer Eigenschaften dokumentierte. Meine Neugier und Begeisterung waren geweckt, und der Plan gefasst selbst derartige Untersuchungen durchzuführen. Aber mein Ansatz war, diese Experimente in situ in einem Elektronenmikroskop zu realisieren, um so den zugrundeliegenden Mechanismen auf die Spur zu kommen. Das hatte zum Glück gut geklappt. Und bis heute begeistern mich die Möglichkeiten, mit Hilfe von Defekten und Grenzflächen die Eigenschaften von Werkstoffen zu beeinflussen oder im Umkehrschluss deren fundamentale Einflüsse auf die strukturellen und funktionalen Eigenschaften moderner Werkstoffe mit Hilfe von hochaufgelöster Mikroskopie zu visualisieren.
2) Ein Teil Ihrer Forschung hat den Weg in technologische und industrielle Anwendungen gefunden, anderes bleibt bewusst im Bereich der Grundlagenforschung. Was entscheidet für Sie, ob ein Thema in Richtung Anwendung weiterverfolgt wird – und was darf ‚nur‘ Forschung bleiben?
Meiner Ansicht nach braucht es eine gute Mischung aus beidem. Die Grundlagenforschung eröffnet die Möglichkeiten, seinen Intuitionen zu folgen, völlig Neues zu entdecken und sich so auch einen internationalen Wissensvorsprung zu erarbeiten. Oder einfach ein etwas verrücktes Hobbyprojekt zu verfolgen. Spaß macht das immer, und wer weiß, vielleicht ergibt sich sogar einmal ein nicht vorhersehbarer Nutzen. In der angewandten Forschung gilt es dann, dieses Wissen oder diese Möglichkeiten vorteilhaft in die industrielle Umsetzung zu integrieren und so zur Sicherung des Wirtschafts- und Innovationsstandortes Europa beizutragen.
3) Sie setzen sich dafür ein, schon Kinder für die Materialwissenschaft zu begeistern – etwa, indem Sie Bruchmechanik mit Schokolade erklären. Warum ist Ihnen diese frühe Vermittlung so wichtig, und woher nehmen Sie die Ideen für solche anschaulichen Beispiele?
Man kann gar nicht früh genug mit der Begeisterung unserer Jugend für technische Fächer beginnen. Meine Generation wird die globalen Probleme nicht mehr alle lösen können, das wird zu einem guten Teil die nachfolgenden Generationen betreffen. Ich bin überzeugt, dass die erforderlichen Lösungen technologischer Natur sein werden. Und dazu brauchen wir die besten Köpfe! Warum soll sich ein junger Mensch für eine technische Ausbildung oder ein technisches Studium entscheiden, wenn er bis dahin nicht viel davon gehört hat? Darum müssen wir hier früh ansetzen und Begeisterung wecken!
Die Ideen dazu kommen zum Teil beim Spielen mit den Kindern, durch den Austausch mit gleichgesinnten Eltern, aber auch internationalen akademischen Kollegen. Die haben ja auch Kinder ;-) Oder schauen Sie sich doch bitte die Sendung mit der Maus an: Meine Kinder lieben das, und der Papa schaut gerne mit. Also es gibt genug Inspiration, auch für nicht pädagogisch gebildete Menschen, um Jugendliche für technische Fächer wie die Materialwissenschaft zu begeistern. Und wenn es dabei kracht, raucht und Schokolade im Spiel ist, stellt sich der Erfolg automatisch ein.
4) Sie nutzen auch moderne Methoden wie maschinelles Lernen für die Analyse komplexer Daten. Welche neuen Möglichkeiten eröffnen sich dadurch für die Mikro- und Nanomechanik – und wie verändert das Ihre eigene Forschungspraxis?
Ich erinnere mich noch gut an die Zeit meines Doktorates, wo ich ein Video eines Experimentes nach einigen aussagekräftigen Einzelbildern durchsucht habe. Diese wurden dann manuell ausgewertet und die gewonnenen Daten landen als Abbildung in einer Veröffentlichung. Das hat typischer Weise einen Tag gedauert. Heute nutzen wir Methoden des maschinellen Lernens für diese Tätigkeiten. Das bedeutet, dass nicht einige Bilder, sondern das gesamte Video, sprich tausende Einzelbilder, analysiert werden. In typischen Zeiträumen von Minuten bis Stunden. Daraus ergibt sich eine viel bessere Statistik, aber in manchen Fällen auch der Zugriff auf bis dato nicht zugängliche Messgrößen. In Summe erwarte ich mir neben neuen Einsichten vor allem eine viel bessere statistische Signifikanz und mehr Zeit für meine Mitarbeiter, um über die Implikationen ihre Ergebnisse nachzudenken anstelle Stunden oder Tage über deren Analyse zu sitzen.
5) Sie haben Ihre Forschung in den letzten Jahren weit über Metalle hinaus auf Keramiken, Polymere, Verbundwerkstoffe und sogar bio-inspirierte Materialien ausgedehnt. Was reizt Sie daran, so unterschiedliche Werkstoffwelten zu bearbeiten – und wie ähnlich oder verschieden sind diese Materialklassen in Bezug auf die Fragestellungen und Methoden Ihrer Arbeit?
Ich komme aus dem Bereich der Metalle, das ist sicher meine starke Seite. Aber ein klassisches technologisches Anwendungsgebiet der Mikromechanik ist die Mikroelektronik. Und in jedem mikroelektronischen Bauteil findet man neben Metallen auch keramische Komponenten und Polymere. Das verdeutlicht schon eine gewisse Notwendigkeit, sich materialtechnisch breiter aufzustellen. Die bio-inspirierten Materialien sind eines der vorher angesprochenen Hobbyprojekte, und auch hier erzielt man oft unglaubliche Materialeigenschaften aus der Kombination einer harten Keramik mit einem weichen Polymer, denken sie nur an Knochen, Zähne, oder Muschelschalen. Generell kann man vielleicht sagen, dass man mit einer Materialklasse früher oder später an Grenzen im Eigenschaftsspektrum stoßen wird, welche sich nur durch eine Kombination verschiedener Materialien überwinden lassen.
Methodisch lassen sich Keramiken und Metalle ähnlich gut mit meinen bevorzugten Methoden untersuchen. Mit Polymeren ist es herausfordernder, da diese beispielsweise empfindlich gegenüber einem Elektronenstrahl sein können. Da ich sehr gerne Elektronenmikroskopie einsetze, muss man hier besonders aufpassen, um unerwünschte Materialveränderungen zu verhindern.
6) Sowohl Sie als auch Ihre Frau sind wissenschaftlich in Leoben tätig – und Sie haben zudem Familie. Wie lässt sich der Alltag zwischen Forschung, Lehre und Familienleben gestalten, welche Herausforderungen bringt das mit sich und inwiefern können Sie sich in Ihrer wissenschaftlichen Arbeit gegenseitig unterstützen?
Das stimmt, wir sind ein Professoren-Pärchen in Leoben, das regelmäßig seine kleinen Kinder zu Meetings oder Konferenzen mitbringt. Das ist leider nicht besonders üblich, und wir wollen hier Vorbildwirkung für junge Wissenschafter*innen übernehmen. Der Alltag an der Universität bietet natürlich gewisse zeitliche Flexibilität, wenn man nicht gerade im Hörsaal stehen muss. Umgekehrt ist bei der Kinderbetreuung leider noch Luft nach oben. Und in der Wissenschaft ist es schon recht üblich, nachts und am Wochenende zu arbeiten oder zu reisen. Das ist natürlich nicht besonders familienfreundlich. Umgekehrt gibt es auch gelegentlich die Möglichkeit, eine Konferenz gemeinsam mit den Kindern zu besuchen und sie internationale Erfahrungen sammeln zu lassen. Damit wachsen unsere Kinder zu weltoffenen Menschen heran, was wir in diesen schwierigen Zeiten als besonders wichtig erachten.
In unserer Arbeit können wir uns natürlich teils unterstützen, weil wir unterschiedliche Expertise in ähnlichen Arbeitsfeldern haben. Da wird schon das eine oder andere Problem abends vor dem Fernseher oder während der gemeinsamen Fahrt in den Urlaub gelöst.
Wir gratulieren Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. mont. Kiener nochmals herzlich zu dieser besonderen Auszeichnung und freuen uns darauf, ihn und alle Preisträger*innen beim DGM-Tag 2025 zu ehren und persönlich kennenzulernen.