Nachhaltig fahren Energie vom Autodach 3 2 | 1 So machen Daten gesund KI in der Medizin: mehr Tempo für schnellere Heilung Sina Mackay, Data Scientist am Fraunhofer IAIS Billiger bauen Hohe Kosten, fehlende Fachkräfte – bereit für Robotik? »Wir brauchen mehr Investitionen in die Digitalisierung!« Judith Gerlach, Deutschlands erste Digitalministerin, im Interview

Forschergeist für die Mobilitätswende Die Mobilitätswende ist Grundvoraussetzung für das Er- reichen der nationalen Klimaschutzziele. Bis 2030 will die Bundesregierung die Verkehrsemissionen um 40 bis 42 Pro- zent senken und nach dem Autogipfel im Januar die Anzahl der zugelassenen vollelektrischen Fahrzeuge auf 15 Millio- nen erhöhen. Eine zentrale Schlüssel rolle spielt in diesem Kontext die Batteriezellfertigung. Für eine effizientere und günstigere Produktion im industriellen Maßstab bündeln 14 Fraunhofer-Institute ihre Expertise in der Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) in Münster. Ziel ist es, den Innovations- und Kommerzialisierungsprozess von Produktionstechnologien für Zellformate zu beschleunigen. Insbesondere bei der Entwicklung von Stromspeichertechno- logien leistet die Fraunhofer FFB einen wichtigen Beitrag, um die deutsche und europäische Industrie für eine ökonomische und ökologische Produktion von Batteriezellen zu befähigen. Für die Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs stellen hingegen Brennstoffzellen, die CO2-neutralen Wasserstoff in Strom umwandeln, eine geeignete Antriebsalternative dar. Diese wirtschaftlich und im industriellen Maßstab zu pro- duzieren, daran arbeiten 19 Fraunhofer-Institute mit 80 Mil- lionen Euro Bundesförderung im Projekt H2GO. Die erarbei- teten Produktionslösungen werden den beteiligten Partnern als digitale Abbilder zur Verfügung gestellt und ermöglichen so den synergetischen Zusammenschluss in einer virtuellen Referenzarchitektur für die Brennstoffzellen-Produktion. Nicht nur auf der Straße, sondern auch in der Luft gilt es, die Umweltauswirkungen steigender Transport- und Passa- gierzahlen dauerhaft zu senken. Nachhaltige Treibstoffe mit einem bis zu 80 Prozent geringeren CO2-Ausstoß gelten hier als zentrale mittelfristige Lösung für die Dekarbonisierung der Luftfahrt. Um die Produktionskapazität für nachhaltige Kraftstoffe rasch auszubauen, forscht die Fraunhofer-Gesell- schaft technologieoffen an verschiedenen Ansätzen. Einer davon ist das To-Syn-Fuel-Projekt, welches im Oktober 2022 erfolgreich abgeschlossen wurde. Hier ist es erstmals gelun- gen, im großtechnischen Demonstrationsmaßstab Kraftstoffe aus Biomassereststoffen herzustellen. Mehr als 500 Tonnen Klärschlamm wurden auf diese Weise zu 50 000 Litern Öl umgewandelt, aus denen sich 40 000 Liter Benzin, Diesel und Kerosin gewinnen lassen. 1 | 23 Editorial Prof. Reimund Neugebauer Die Herausforderungen, vor denen Deutschland und Euro- pa mit der Energie- und Mobilitätswende stehen, verlangen Pionier- und Forschergeist sowie den Willen, Innovationen schnell in die Anwendung zu führen. Gesellschaftliche Ak- zeptanz ist dabei ebenso bedeutend wie das enge Zusammen- spiel von Wissenschaft, Industrie und Politik. Lassen Sie uns gemeinsam diese Wende gestalten, damit Deutschland auch in Zukunft ein attraktiver Wirtschaftsstandort mit hoher Lebensqualität bleibt. Ihr Reimund Neugebauer Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft — Mehr zu den großen Forschungsthemen der Fraunhofer-Gesellschaft: Prof. Reimund Neugebauer auf LinkedIn 3 r e i e m r e b O n a f e t S / r e f o h n u a r F : o t o F

32 Nachhaltig behaglich Das Fraunhofer ISE räumt mit Vor- urteilen auf: Auch ältere und Mehr- familienhäuser lassen sich mit Wärmepumpen effizient heizen 35 Staffellauf des Wissens, Folge 7 Wie gestaltet sich New Work in der Wissenschaft, Herr Prof. Wilhelm Bauer? 38 Das Penicillin von heute Wie Daten gesund machen 48 Schöne neue Klinikwelt So könnte die Klinik der Zukunft aussehen 50 »Ökosystem für Künstliche ministerin Judith Gerlach Intelligenz« Im Interview: Bayerns Digital - 54 Umgebungsenergie ernten Dank Energy Harves ting lassen sich Sensoren ganz ohne Kabel oder Batterien mit Strom versorgen 32 Nachhaltig behaglich Wirtschaftsminister Robert Habeck will sechs Millionen neue Wärmepumpen bis 2030 – ehrgeizig, aber machbar. 1 | 23 76 Gefahr im Anflug? Drohnen in 3D erkennen und verfolgen. 68 Fraunhofer international 70 Großbaustelle Baubranche Der Fachkräftemangel ist auf Bau- stellen besonders groß. Können Roboter die Arbeit übernehmen? 74 Foto & Fraunhofer Für die perfekte Lackierung haben sich Fraunhofer-Forschende die entscheidende Idee bei der Fleder- maus abgeguckt 76 Gefahr im Anflug? Ein innovatives Radarsystem er- kennt Drohnen in Echtzeit und 3D 78 Dolmetscher im Ohr Die nächste Generation der In-Ear- Kopfhörer kann viel mehr als nur Musik 79 Fraunhofer vor Ort Unsere Mobilität ist im Umbruch. Nach den Zahlen des Kraftfahrtbun- desamtes wurden im vergangenen Jahr 2,65 Millionen Autos neu zugelassen. Damit gilt 2022 als historisch schlechtes Jahr. Allerdings: Batterieelektrisch angetrieben rollten 470 559 Pkw neu auf die Straßen – ein Plus von 32,2 Prozent. 32 66 »Entscheidend ist die kollektive menschliche Intelligenz« Dr. Philine Warnke vom Fraunhofer ISI im Interview über Zukunft und gesellschaftliche Verständigung. 56 Fresszellen aus dem Reaktor Maßgeschneiderte Stammzellen für neue Arzneimittel problemlos im großen Stil produzieren 58 Starthilfe für Herzensprojekte Die Fraunhofer-Zukunftsstiftung lässt Bürgerinnen und Bürger mit- entscheiden 60 Vom Reststoff zum Rohstoff In Industrieabwässern steckt noch viel Wertvolles 62 Via VR-Brille in den Hörsaal Die Revolution der Online-Lehre 64 3 x 3 Fragen zu 3 Jahren Corona Drei Fraunhofer-Experten ziehen Bilanz 66 »Entscheidend ist die kollektive menschliche Intelligenz« Wie lässt es sich in einer Welt leben, in der Unsicherheit zum ständigen Begleiter geworden ist? ; h c a l r e G h t i d u J o r ü b s i e r k m m i t S / l l o n K e i s u S , o t o h p k c o t s i / n a A e v a D l , t r e b u o K y r é l l a V : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F k c o t S e b o d A / c e n u Ž k i r E , a p d / s s e r P c i f i c a P / v e s u G r d n a s k e A l , s e g a m i s u i t i r u a m / s o t o h P k c o t S y m a A / t r e b l l i G f f e J , g n u t i e Z - D L I i B / k n d u R n a i t s i r h C , d n a l l ü G p p i l i h P , t r e b u o K y r é l l a V : t l a h n I s o t o F 5

1 | 23 Das Schlaflabor für zu Hause sichtsbereich und hinter dem Ohr platziert. Für möglichst aussagekräftige Daten können zusätz- lich zum EEG auch Augenbewegungen durch ein Elektrookulogramm (EOG) und Muskelbewegun- gen im Gesicht durch ein Elektromyogramm (EMG) in einer Anwendung erfasst werden. Ob die Atmung im Schlaf aussetzt, lässt sich jetzt bequem im eigenen Bett überprüfen. Ein komfortables Sensorsystem macht Schlaf- monitoring jetzt auch außerhalb des Schlafla- bors möglich – mit ebenso hoher Datenqualität. Entwickelt wurde es von Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT im Projekt REMUS. Die Sensoren überwachen Atmung, Herzfrequenz und weitere Vitalparameter mithilfe von Radartech- nologie. Geräusche wie Schnarchen oder Husten können selbst unter der Bettdecke erkannt wer- den. »Das Verfahren ermöglicht Messungen über lange Zeiträume hinweg – ohne Einschränkung der Bewegungsfreiheit im Bett oder großen Desin- fektions- und Wartungsaufwand«, erklärt Dr. Insa Wolf, Gruppenleiterin Mobile Neurotechnologien am Oldenburger Institutsteil. Die zentrale Komponente einer ausführlichen Untersuchung im Schlaflabor ist das EEG, denn die Messung der Hirnaktivität mithilfe von Elek- troden ermöglicht entscheidende Rückschlüsse auf die Schlafphasen und spezifische Charakte- ristika im Schlaf. Dazu werden leicht anlegbare, diskrete und flexible Elektrodenpatches im Ge- Geringeres Risiko nach Herz-OPs Nach herzchirur­ gischen Eingriffen bringen häufig externe Schritt­ macher und auf der Herzoberflä­ che aufgenähte Schrittmacher­ sonden das Herz wieder in Takt. Selbstauflösende Schrittmachersonden entwickelt ein Team am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden. Sie bestehen größtenteils aus dem Metall Molybdän, das mehrere Vorteile in sich vereint: Es wird nicht nur gleich- mäßig im Körper abgebaut, sondern ist auch biokompati- bel, elektrisch leitfähig und hat eine hohe mechanische Festigkeit. Um die Sonde vom umgebenden Gewebe zu isolieren, beschichten die Forscherinnen und Forscher das Metall mit sich ebenfalls zersetzenden Biopolymeren. Das Team untersucht und optimiert die verwendeten Ma- terialien hinsichtlich ihrer mechanischen, elektrischen und Degradationseigenschaften. Erste Demonstratoren werden in präklinischen Studien beim Projektpartner, der medizinischen Fakultät der TU Dresden, erprobt. Die innovativen Schrittmachersonden könnten her- kömmliche Sonden ersetzen, mit denen bisher Herzrhyth- musstörungen nach herzchirurgischen Operationen behandelt werden. Diese werden vorübergehend auf der Herzoberfläche aufgenäht, was mehrere Risiken birgt: Manchmal verwachsen sie mit dem umliegenden Gewe- be, was später das manuelle Herausziehen erschwert und zu Komplikationen führen kann. Werden die Sonden ge- kappt und bleiben im Körper, steigt die Infektionsgefahr, oder die Reste wandern im Körper, was oft weitere Ope- rationen erforderlich macht. 7 o t o h p k c o t s i e l l a / z u h t r e N , t o b o r D n a e D , n o s b G e i l l e h c i M , t e n . z z n e t e p m o k / s r e t l e W n o d r o G : s o t o F

Impressum Fraunhofer. Das Magazin, Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation. ISSN 1868-3428 (Printausgabe) ISSN 1868-3436 (Internetausgabe) Herausgeber: Fraunhofer-Gesellschaft Hansastraße 27c, 80686 München Redaktionsanschrift wie Herausgeber Telefon +49 89 1205-1301 magazin@zv.fraunhofer.de www.fraunhofer.de/magazin Kostenloses Abonnement: Telefon +49 89 1205-1301 publikationen@fraunhofer.de Redaktion: Roman Möhlmann (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Kerstin Beckert, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Dr. Monika Offenberger, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Valéry Kloubert Fotografie Artikel Mobilität der Zukunft: Philipp Gülland Druck: Zeitfracht Medien GmbH, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2023 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/ fraunhofer 1 | 23 Auch Kräuter wachsen in den neuen Elementen, die für die Fassaden- begrünung genutzt werden können. Es grünt so grün Stürme, Starkregen, Dürre – wie können Städte dem Klimawandel trotzen? Eine Möglichkeit: durch flexible Begrünungssysteme, entwickelt am Fraunhofer UMSICHT. S eit rund acht Jahren forschen die Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler an den innovativen Systemen, die auch CO2 aus der Luft filtern und Lärm reduzieren können. Nun werden sie in den Markt eingeführt und vom Part- nerunternehmen, der Biolit Green Systems GmbH, vertrieben. »Gemeinsam haben wir spezielle Elemente entwickelt, die wir für den Bau von bodenungebundenen begrün- ten Wänden nutzen«, erklärt Holger Wack, stellvertretender Abteilungsleiter Produkt- entwicklung am Fraunhofer UMSICHT. »Auf Basis eines mineralischen Werkstoffs bieten wir Privatpersonen genauso wie Städten und Garten-, Landschafts- oder Sportplatzbauern die Möglichkeit, bei- spielsweise Fassaden oder Garagen flexibel klimaschonend zu gestalten.« Die Systeme verschönern nicht nur das Stadtbild, sondern sorgen auch für eine bessere Qualität des Aufenthaltes. Unter- stützend wirken dabei Lärmminderung, Feinstaubbindung und die psychische so- wie physische Gesundheitsvorsorge. Weil die Begrünung darüber hinaus Gebäude dämmt, kühlt und Schatten spendet, spart sie auch Energie. Um die Elemente zu optimieren, for- schen die Wissenschaftler und Wissen- schaftlerinnen an einer eigenen Wand am Fraunhofer UMSICHT. Die verwendeten Pflanzsteine bestehen aus einer Pflanzen- und einer integrierten Bewässerungsrinne. Mit diesem System baut die Biolit Green Systems GmbH frei skalierbare Lösungen für Fassaden, Vorsatz-, Trenn-, Schallschutz- und Vertical-Farming-Wände sowie kom- plett neue Architektur. »Die Resonanz ist bisher sehr positiv«, erklärt Berthold Adler, Gründer von Biolit Green Systems. »Für schnelle grüne und kostengünstige Ergeb- nisse säen wir die Wände mit Gräsern und Blumen ein. Aber auch die Bepflanzung mit Kräutern, Erdbeeren, Tomaten und Chi- lis ist ohne Probleme möglich.« Das Fraun- hofer UMSICHT begleitet währenddessen die weiterführende Forschung. »Wir schau- en aktuell insbesondere auf den positiven Einfluss der vertikalen Begrünung auf das Mikroklima und die Wechselwirkung zur Umgebung«, erläutert Holger Wack. 9 T H C I S M U r e f o h n u a r F , d n e n a t e H i . K i r a J , b i r a H a t t i i R , l a n a e r e G o c i r n E , a a a m n e m m u N i r u a L y b s n o i t o m e f o s p a m y l i d o B / g r o . s a n p w w w . : s u A , o t o h p k c o t s i / k e l e D i h s a T : s o t o F

1 | 23 Was bewegt das Auto von morgen? Verbrenner-Aus für Neuwagen von 2035 an: Es muss sich etwas tun auf Deutschlands Straßen. Wohin geht die Reise? Von Dr. Janine van Ackeren, Fotografie: Philipp Gülland 11

1 | 23 »Wir hoffen, durch Kompression der Zelle die Lebensdauer einer Batterie um bis zu zehn Prozent zu verlängern.« Dr. Luciana Pitta Bauermann, Fraunhofer ISE ISE. Langfristig könnte der Fahrer eines PV-Autos dann die Route wählen, die am meisten Solarstrom vom eige- nen Autodach liefert. Auch an einem weiteren Versuch, die Energie dort zu erzeugen, wo sie auch verbraucht wird, ist das Fraunho- fer ISE beteiligt. Die österreichische Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft ASFI- NAG arbeitet im Projekt PV-SÜD gemeinsam mit Partnern – darunter auch das Fraunhofer ISE – daran, Autobahn- flächen stellenweise mit Photovoltaikmodulen zu über- dachen. Sinnvoll ist das besonders dort, wo die Verbrau- cher nicht weit sind, etwa an Raststätten mit ihren Ladesäulen für E-Autos. Das Konzept ist bereits erstellt, der Aufbau eines Demonstrators an der Raststätte »Im Hegau« an der A 81 soll im Frühjahr 2023 starten. »Um die Kosten niedrig zu halten und weitere Aufbauten zu erlauben, haben wir bewusst auf kommerziell erhältliche PV-Module gesetzt«, sagt Martin Heinrich. Allerdings stel- len sich sehr spezielle Herausforderungen. Um den Auto- verkehr nicht zu gefährden, dürfen die Module bei einem Bruch beispielsweise nicht splittern. In einem weiteren Schritt werden die Fraunhofer-Forschenden unter ande- rem untersuchen, welche Energieerträge die Anlage er- wirtschaftet und ob die Photovoltaik-Konstruktion Wind und Wetter, darunter auch Schnee, standhält. Neben der Autobahn lassen sich Photovoltaikmodule gleichfalls an- bringen: auf Lärmschutzwänden. Die Forschenden des Fraunhofer ISE untersuchen bereits, unter welchen Be- dingungen dies sinnvoll ist, wie sich die Module auf be- reits bestehenden Wänden montieren und schallabsor- bierende Flächen und PV-Module beim Bau neuer Wände miteinander kombinieren lassen. Längeres Leben für Pouch-Batterien Sichere, zuverlässige und hocheffiziente Batterien sind der Kern und Knackpunkt der Elektromobilität. Wer ein Smartphone besitzt, erlebt jedoch immer wieder: Lithi- um-Ionen-Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer. Der Akku funktioniert zuverlässig, doch plötzlich sinkt seine Kapazität rapide. Bei Pouch-Zellen, einer verbrei- teten Bauform der Lithium-Ionen-Batterie, die vielfach auch in Elektroautos zum Einsatz kommt, ist einer der Gründe für diese Zellalterung die ungleiche Belastung, die während des Beladens auf die Batterie einwirkt. Die Zellbereiche, die nah an der elektrischen Kontaktierung liegen, dehnen sich tendenziell stärker aus als weiter ent- fernte Bereiche. Auch werden sie deutlich heißer und altern dadurch schneller. Eine gleichmäßigere Belastung beim Laden könnte also die Lebensdauer der Batterie verlängern – so die Theorie von Forschenden am Fraun- hofer ISE. Ob dies tatsächlich der Fall ist, untersuchen sie gemeinsam mit Partnern im Projekt OrtOptZelle. »In einem ersten Schritt wollen wir die lokalen Volumen- änderungen und Druckverteilungen in der Batteriezelle besser verstehen. Dazu klemmen wir die Zelle zwischen zwei Metallplatten, in denen Drucksensoren verbaut sind, und untersuchen die Effekte, die beim Beladen auftre- ten«, erklärt Dr. Luciana Pitta Bauermann, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. »Anhand der Daten der Drucksen- soren komprimieren wir die Zelle mechanisch so, dass sich die gesamte Batterie gleichmäßig ausdehnen muss. Dazu nutzen wir Metallplatten, in die Stufen gefräst sind – hinten wird die Batterie also stärker gepresst als vor- ne, um eine lokale Verringerung des ionischen Wider- stands zu erreichen, damit die ungleiche Ausdehnung beim Beladen kompensiert wird.« Um herauszufinden, ob die gestuften Metallplatten den gewünschten Effekt hervorrufen, be- und entlädt das Forscherteam die Zellen so lange, bis sie versagen, und misst dabei stets die Lade- kapazitäten, um die Alterung der Zellen bestimmen zu können. Darauf folgen sogenannte Post-Mortem-Analy- sen: Die Zellen werden zerlegt, chemische Untersuchun- gen verraten, was sich in den verschiedenen Bereichen 13

abgespielt hat. »Derzeit können wir noch nicht genau quantifizieren, wie stark sich die Profil-Platten auf die Lebensdauer der Batterien auswirken. Wir hoffen jedoch, die Lebensdauer um bis zu zehn Prozent zu verlängern. Ein Vorteil der Kompression soll ab einem Verlust von fünf Prozent der Zellkapazität schon erkennbar sein«, fasst Bauermann zusammen. Aktuelle Ergebnisse des Projekts zeigen schon eine deutlich höhere Lebensdauer für allgemein verpresste Zellen im Vergleich zu unver- pressten Zellen. In einem Nachfolgeprojekt planen die Forschenden, die starren, schweren Metallplatten mit einem Industriepartner durch leichtere und somit all- tagstauglichere Kunststofffolien zu ersetzen. Höhere Energiedichten, mehr Sicherheit Einer der Hauptkritikpunkte an E-Autos gilt noch immer der begrenzten Reichweite: Wie, bitte, soll man mit so einem Wagen von Norddeutschland in den verdienten Italienurlaub kommen? Das Thema Reichweite greifen Forschende des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Industrie- partnern im Projekt FliBatt auf, kurz für »FLiBatt-Feste Lithiumbatterien mit Vliesstoffen« – und sie verbinden es mit der Suche nach mehr Sicherheit. Dafür ersetzen sie die üblichen Lithium-Ionen-Batterien, die auf einem Flüssigelektrolyten beruhen, durch Festkörperbatterien. Dies erleichtert den Einsatz von metallischem Lithium als Anodenmaterial anstelle des derzeit üblichen Graphit. Auf diese Weise steigen die volumetrischen Energiedich- ten der Gesamtzelle um etwa 85 Prozent. Mehr noch: In Batterien mit Flüssigelektrolyt kann es zum Kurzschluss kommen, der sich ausweiten, den flüssigen Elektrolyten mit seiner Hitzeentwicklung verdampfen und entzünden kann. Zwar ist ein solcher »Thermal Runaway« unwahr- scheinlich, doch bleibt ein Restrisiko. Bei Festkörper-Bat- terien ist ein solcher Batterie-GAU ausgeschlossen. Noch sind viele Fragen offen im Herstellungsprozess von Festkörperbatterien. So sind beispielsweise die Alu- minium- und Kupferfolien, auf denen die Elektroden ab- geschieden werden, sowie der Separator zwischen Katho- de und Anode zwar bautechnisch nötig, im Hinblick auf die Energiespeicherung aber teurer Ballast. Derzeit sind der Schichtdicke aus produktionstechnischen Gründen Grenzen gesetzt: Zu dünne Folien reißen schnell. »Wir lösen das Problem, indem wir den üblichen Fertigungs- prozess umkehren«, sagt Dr. Andreas Georg, Projektleiter am Fraunhofer ISE. »Statt die Elektroden auf den metal- lischen Folien abzuscheiden und dann über einen Sepa- rator zu einer Zelle zu verbinden, beginnen wir mit der Fertigung des Separators und beschichten diesen mit den Elektroden.« Zum Schluss werden die metallischen Ab- leiterfolien aufgedampft, prinzipiell genügen dabei Dicken in der Größenordnung von einem Mikrometer. Zum Ver- 1 | 23 gleich: Bisher sind 10 bis 20 Mikrometer dicke Folien nö- tig. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Material und Kosten, sondern auch Gewicht einsparen. Belastungstests für Batterien Zwar erlauben die Festkörper-Batterien künftig noch ein Quäntchen mehr an Sicherheit, doch sind auch die bisher üblichen Lithium-Ionen-Batterien kein Sicherheitsrisiko – schließlich bauen Hersteller Schutzmechanismen ein. Nun müssen diese jedoch nicht nur im Normalbetrieb für Sicherheit sorgen, sondern auch im Falle eines Un- falls. Entsprechende Crashtests ermöglicht das Fraunho- fer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI. »Wir führen Crashtests mit Elektromobil-Batterien auf allen drei Ebenen durch: auf der Zellebene, also den kleinsten Komponenten der Batterie, auf der Modulebe- ne und künftig auch für ganze Batteriepacks«, sagt Dr. Sebastian Schopferer, Gruppenleiter Messtechnik am Fraunhofer EMI. Auf Zellebene testen die Forschenden vor allem das dynamische Materialverhalten. Dabei fan- den die Fraunhofer-Forschenden heraus: Eine Zelle ver- hält sich grundlegend anders, wenn sie in einem Unfall »Bei einem Crash reicht eine geringere Verformung aus, um kritische Zustände hervorzurufen.« Dr. Sebastian Schopferer, Fraunhofer EMI schnellen Verformungen unterworfen wird, als bei einer langsamen Belastung. »Bei einem Crash reicht eine gerin- gere Verformung aus, um kritische Zustände hervorzu- rufen«, konkretisiert der Experte. Für die Untersuchungen rammt das Forscherteam Stempel unterschiedlicher Geo- metrie und Geschwindigkeit in die Zellen und vermisst präzise deren Widerstand und Verformung. So lässt sich ermitteln, unter welchen Bedingungen ein »Thermal Runaway« entsteht, bei dem die Zellen in einer chemi- schen Kettenreaktion unter starker Hitze- und Gasent- wicklung versagen und es zu Flammbildung oder 15

»Wir wollen Erfahrung mit der Massen produktion von Batteriezellen sammeln und – das Wichtigste – als offene Forschungs plattform Erfahrungen austauschen.« Dr. Thomas Paulsen, Fraunhofer FFB Mobilität zurückerobern: Die Massenproduktion von Batteriezellen nach Deutschland zu verlagern, hält Dr. Thomas Paulsen von der Fraunhofer FFB für essentiell. 1 | 23 Mit Künstlicher Intelligenz zu mehr Verkehrssicherheit Geht es um die Mobilität der Zukunft, ist im- mer wieder das Stichwort »Autonomes Fah- ren« zu hören. Sitzt statt des Menschen die Künstliche Intelligenz am Steuer, muss dies allerdings ausreichend abgesichert sein – und im Idealfall sogar ein Plus an Sicherheit bringen, als dies bei menschlichen Fahrern der Fall wäre. Bisher werden die Daten, die man für das Etablieren neuer Fahrfunktio- nen und gegebenenfalls das Training der Künstlichen Intelligenz benötigt, größten- teils von Testfahrern generiert. Doch die Fahrfunktionen werden stetig umfassender: Abschätzungen zufolge wären mehr als 2,5 Milliarden Testkilometer allein für die Absi- cherung des autonomen Autobahnverkehrs nötig. Eine vielversprechende Lösung, um die Absicherung effizienter zu gestalten, bietet die realistische Simulation von Stra- ßenverkehr. Dazu muss nicht nur der übliche Verkehr valide abgebildet werden, sondern auch seltener vorkommende Unfälle und ih- re Entstehungsszenarien. Um dies sicherzu- stellen, müssen solche Simulationen daten- basiert optimiert werden. Doch gerade zur Entstehung von Unfällen und kritischen Sze- narien ohne Unfallfolge existieren kaum Da- ten – kritische Szenarien lassen sich noch nicht valide identifizieren. Forschende des Fraunhofer EMI adressieren beide Aspekte. Im Projekt KIsSME entwickeln sie einen Filter, der in der Lage ist, kritische Szenarien gezielt zu identifizieren und ent- sprechende Daten aufzunehmen. Dabei bezieht sich die Kritikalität auf verschiedene Aspekte des Verkehrs. Dazu wollen sie einzelne Metriken unterschiedlicher Kom- plexität, Eigenschaften und Skalen zu szena- riobasierten Sets von Metriken zusammen- führen und diese über einen einzelnen Kritikalitätswert abbilden. Prominente Ver- treter sind Metriken der Zeitskala, wie die Time-to-Collision oder der räumlichen Skala wie der Distanz zwischen Verkehrsteilneh- mern. Im Projekt AVEAS entwickelt das Fraunhofer EMI unter anderem Verfahren zur datenbasierten Optimierung von Ver- kehrsflusssimulationen. 17

1 | 23 Fab stehen: mit einer Grundfläche von 20 000 Quadrat- metern und einer theoretischen Produktionskapazität von 6,8 Gigawattstunden. Nur noch einen Schritt vor der Produktion im Gigafactory-Maßstab Während die Forschungsfertigung Batteriezelle die hohen Technologiereifegrade im Blick hat und daher Batterietechnologien wählt, die bereits recht weit ent- wickelt sind, geht es im Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS der Fraunhofer-In- stitute für Keramische Technologien und Systeme IKTS, für Schicht- und Oberflächentechnik IST und für Ferti- gungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM um neuere Batterietechnologien: »Wir wollen Festkör- perbatterien vom Laborlevel auf einen Technikumslevel bringen, in Technology-Readyness-Leveln von drei auf sechs heben«, erläutert Dr. Julian Schwenzel, Leiter des Fraunhofer ZESS. »Wir sind also noch einen Schritt vor der Produktion im Gigafactory-Maßstab: Es geht darum, die Prozesstechnologie zunächst einmal zu entwickeln.« Denn: Die Herstellungsschritte von Festkörper- und Flüs- sigbatterie unterscheiden sich stark. So muss beispiels- weise der Elektrolyt bei der Herstellung einer Festkörper- zelle von Beginn an mitverarbeitet werden, während er bei Flüssigzellen erst am Ende der Zellfertigung hinzu- gegeben wird. »Generell arbeiten wir am ZESS an drei verschiedenen Festkörper-Batterie-Technologien: den Polymer-Batterien, den Thiophosphat-basierten Batte- rien und den Oxidbatterien«, sagt Schwenzel. Die Poly- mere punkten vor allem bei der einfachen Verarbeitung. Die Forschenden arbeiten mit neuartigen Polymeren, die temperaturstabiler und leitfähiger sind. Auch haben sie bereits ein Polymer zum Patent angemeldet. »Den Allrounder haben wir bei den Polymeren jedoch noch nicht entdeckt – vielmehr muss man genau schauen, welches Polymer für welche Anwendung geeignet ist«, sagt Schwenzel. Hochspannend findet Schwenzel die Thiophosphat- basierten Batterien: »Sie sind die Champions in Richtung Leitfähigkeit.« Auch hier gibt es jedoch offene Punkte. So sind die Thiophosphate sehr feuchteempfindlich und müs- sen in einem Trockenraum verarbeitet werden – heraus- fordernd für eine mögliche Großproduktion. Die Forschen- den arbeiten daher daran, diese Produktionsschritte zu reduzieren und die Nachhaltigkeit voranzutreiben. Die dritte Schiene, die Oxide, stehen noch ganz am Anfang. Die erforderlichen Hochtemperaturprozesse sind schwer zu kontrollieren. Die Forschenden des ZESS müssen also noch einiges an Arbeit leisten, bevor die Festkörperbat- terien den etablierten Flüssigbatterien den Markt streitig machen können. 19

1 | 23 und Wärme, Wasser und Strom abtransportiert werden. »Der Clou: Statt das GDL aus Kohlenstoff zu fertigen, stel- len wir es komplett aus Metall her«, sagt Dr.-Ing. Olaf Andersen, Abteilungsleiter am Fraunhofer IFAM. »Auf diese Weise können wir die Fertigung leichter in Rich- tung Großserie bringen und die Komponenten kosten- günstiger produzieren. Auch lassen sich die Metall-Kom- ponenten besser montieren und recyceln.« Denn die Forschenden nutzen massentaugliche Prozesse aus der Papiertechnik – neben Zellulosefasern, Füllstoffen und Additiven verarbeiten sie jedoch auch Metallpulver. He- raus kommt etwas, das einem Blatt Papier ähnelt, durch das enthaltene Metallpulver jedoch eine graue Farbe hat. Auch ist es mit bis zu 200 Mikrometern dicker als Papier, das üblicherweise nur auf 80 Mikrometer kommt. In ei- nem weiteren Schritt verbrennen die Forschenden die Zellulose bei bis zu 600 Grad Celsius – unter einer spe- ziellen Schutzgas-Atmos phäre, damit das Metall nicht oxidiert. Ziel: Die rückstandsfreie Entfernung aller orga- nischen Bestandteile, sodass nur noch die metallischen Anteile zurückbleiben. Diese werden anschließend bei 1250 Grad Celsius gesintert, wobei sich die Metallteilchen fest miteinander verbinden. Da sich die Eigenschaften des metallischen GDL in weiten Bereichen einstellen las- sen, indem die Forschenden beispielsweise andere Fasern einsetzen oder aber eine andere Größenverteilung der Poren in dem entstehenden Metall-GDL wählen, erhoffen sie neben der günstigen massentauglichen Produktion auch, die Leistungsparameter des GDL zu verbessern und damit den Bauraum der Brennstoffzellen reduzieren zu können. Neue Hoffnung also für die Brennstoffzelle als alterna tiver E-Antrieb. Mobilität braucht Digitalisierung, finden Florian Maier, Prof. Kai Peter Birke und Joachim Montnacher vom Fraunhofer IPA (v.l.n.r.). 21

D ie Emissionen von Personenkraft- wagen machen heute 15 Prozent aller weltweiten Treibhausgas- emissionen aus. Vielversprechend ist, dass wir im Gegensatz zu vielen anderen Branchen eine bestehende, skalierbare Lösung für das Klima haben: das Elektrofahrzeug. Bis- her hat sich die Automobilindustrie vor allem auf die Elektrifizierung und die schnellere Ver- breitung konzentriert. Aber wenn wir ernst- haft etwas für das Klima tun wollen, müssen wir zugeben, dass die Elektrifizierung noch nicht das Ende ist, sondern nur ein Anfang. Nach dem Pathway-Bericht, von Polestar und dem US-Elektroauto-Hersteller Rivian mit der globalen Unternehmensberatung Kearney erstellt, wird die Autoindustrie ihr globales Kohlenstoffbudget bis 2035 aufgebraucht ha- ben und ab diesem Zeitpunkt die 1,5-Grad- Grenze massiv übersteigen – wobei bis 2050 eine Überschreitung um 75 Prozent zu erwar- ten ist. Bei der Modellierung eines hypothe- tischen »Well-to-Wheel«-Szenarios, das von einer aggressiven Einführung batteriebetrie- bener Elektrofahrzeuge ausgeht, die zudem hypothetisch komplett mit Strom aus erneu- erbaren Energien betrieben werden, kommt es immer noch zu einer Überschreitung der Treibhausgasemissionen, wenn nicht gleich- zeitig die Emissionen in der Fertigungsliefer- kette angegangen werden. Die schockierenden Ergebnisse des Path- way-Berichts hat Polestar gemeinsam mit Rivian und Kearney vor der Veröffentlichung einigen der weltweit führenden Automobil- herstellern zur Verfügung gestellt, und wir laden die Branche weiterhin ein, zusammen- zukommen, die Daten zu prüfen und mit der Arbeit an Bereichen kollektiver Klimaschutz- maßnahmen zu beginnen. Die Daten zeigen einen Weg auf, der auf drei wichtigen Hebeln basiert. Hebel 1 betrifft die Geschwindigkeit, mit der mit fossilen Brennstoffen betriebe- ne Autos durch Elektroautos ersetzt werden müssen. Hebel 2 ist der Ausbau erneuerbarer Energien in Stromnetzen, Hebel 3 die Verrin- gerung der Treibhausgasemissionen in der Fertigungslieferkette. Nur durch sofortiges, gemeinsames Han- deln aller Automobilhersteller haben wir noch eine Chance: Erstens muss die Branche den Übergang zu Elektrofahrzeugen beschleuni- gen, indem sie in Produktionskapazitäten in- vestiert und ein festes Datum für das Ende des r a t s e o P l : o t o F »Unser Ziel ist es, bis 2030 ein wirklich klima- neutrales Auto zu bauen.« Thomas Ingenlath verantwortet seit 2017 als CEO die Geschäfte des Elektroauto-Herstellers Polestar, der seit Juni 2022 an der Nasdaq gelistet ist. wurde 2017 mit dem »De- sign Hero« ausgezeichnet. Der Preis würdigte seine Verdienste um die Gestal- tung eines skandinavi- schen Designs für Volvo, wo er seit 2012 als »Senior Vice President Design« tätig war. hat zuvor mehr als 20 Jah- re Design-Erfahrung in der deutschen Automobil- industrie gemacht: bei Audi von 1991 bis 1994, bei Volkswagen von 1995 bis 2000 und bei Skoda von 2000 bis 2006. Von da an war Ingenlath Direktor im Volkswagen Design Center in Potsdam, das Projekte für alle Marken der Volkswagen- Gruppe betreut. wurde 1964 in Krefeld ge- boren und hat nach dem Abitur an der Fachhoch- schule für Gestaltung in Pforzheim und am Royal College of Art in London studiert. 1 | 23 weltweiten Verkaufs von Autos mit fossilen Brennstoffen festlegt. Zweitens muss die Ver- sorgung mit erneuerbarer Energie für globale Netze ausgebaut werden, damit Elektrofahr- zeuge ihr volles Potenzial durch grünes Laden ausschöpfen können. Drittens müssen die Fer- tigungslieferketten für die Herstellung dieser Fahrzeuge dekarbonisiert werden, indem auf kohlenstoffarme Materialien umgestellt und in Lösungen für erneuerbare Energien für Lie- ferketten investiert wird. Um die große Herausforderung des dritten Hebels anzugehen und die Lieferketten zu dekarbonisieren, ist Zusammenarbeit der Schlüssel. Gemeinsam können wir ein kla- res Signal an die Zulieferer senden, indem wir unsere kollektive Kaufkraft nutzen und Nach- fragekoalitionen bilden sowie gemeinsam auf ehrgeizige Ziele hinarbeiten. Im April 2021 haben wir das Polestar-0-Projekt ins Leben gerufen. Unser Ziel ist es, bis 2030 ein wirk- lich klimaneutrales Auto zu bauen, indem wir die Art und Weise, wie Autos hergestellt werden, ändern, anstatt uns auf irreführen- de Kompensationsprogramme zu verlassen. Das bedeutet, dass wir alle CO2e-Quellen in der gesamten Lieferkette eliminieren wollen, von der Rohstoffgewinnung über die Material- und Fahrzeugproduktion bis hin zur Ausliefe- rung und zum Ende des Lebenszyklus. Bislang haben wir mit mehr als 20 der welt- weit führenden Automobilzulieferer aus ver- schiedenen Bereichen der Lieferkette For- schungsvereinbarungen unterzeichnet, dar- unter deutsche Marktführer wie das globale Technologieunternehmen ZF, mit Vitesco, einem Anbieter von Antriebs- und Kraftüber- tragungstechnologien für die Automobilindus- trie, und Schlötter, einem Spezialisten für Gal- vanotechnik. Wir freuen uns, dass inzwischen so viele unsere Vision teilen und sich an diesem Pro- jekt beteiligen wollen, aber die Suche geht wei- ter. Es werden noch weitere Partner aus dem akademischen Bereich und aus der Wirtschaft benötigt, und wir konzentrieren uns auf Part- ner für Rohstoffe, biobasierte Chemikalien, Polymere, elektrische Komponenten, Edelga- se und die Produktion anderer Grundstoffe. Autohersteller und Industrie müssen über den Wettbewerb hinausschauen – die Klima- krise ist eine gemeinsame Verantwortung. Be- trachten Sie dies als einen Aufruf zur Zusam- menarbeit. 23

M orgens zwischen 7 und 8 le- ben Kinder in Deutschland gefährlich. Diese Stunde ist, so sagt es die Statistik, die gefährlichste des Tages. Vor allem, wenn der so neblig und nasskalt beginnt wie an diesem Wintermorgen im sächsischen Hartha. Die Schülerinnen und Schüler, die hier zum Martin-Luther-Gymnasi- um streben, tragen meist dunkle Parkas und blicken aus fellbesetzten Kapuzen wahlweise auf ihre Füße oder auf das Handy-Display. Andere radeln auf der Straße nebeneinander, gerne freihändig. In zweiter Reihe parken Autos; Türen wer- den unversehens aufgerissen und wieder zugeworfen. Ein kurzes Winken, schon brausen Vater oder Mutter davon. Haben sie zuvor über die Schulter und in den Sei- tenspiegel geschaut? Rund 22 000 Kinder zwischen 6 und 15 Jahren wurden 2021 im Straßenver- kehr verletzt. Die große Mehrheit verun- glückte in der Morgenstunde auf dem Weg zur Schule; weitere statistische Spitzen gab es um die Mittagszeit und zwischen 15 und 17 Uhr. Mit 38 Prozent waren die meisten der jungen Unfallopfer auf dem Rad unterwegs, 21 Prozent zu Fuß. Zahlen, die das mulmige Gefühl der Eltern statis- tisch untermauern, mit dem sie ihren Nachwuchs Richtung Schule verabschie- den: »Sei vorsichtig!« Die vergessene Altersgruppe Knapp 90 Kilometer von Hartha entfernt, im Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktur IVI in Dresden, arbeiten drei Forschende daran, diese Unfallstatistik zum Besseren zu verändern. Die Zehn- bis 15-Jährigen seien »die vergessene Alters- gruppe«, sagt Unfallforscherin Maria Poh- le. »Radfahrende Jungen in diesem Alter haben das allerhöchste Risiko, im Stra- ßenverkehr zu verunglücken«, ergänzt Dr. Christian Erbsmehl, Gruppenleiter Fahr- zeug- und Verkehrssicherheit. Trotzdem legt die schulische Verkehrserziehung – nach diversen Programmen für Vor- und Grundschüler sowie Fünftklässler – aus- gerechnet bei den Teenagern eine Pause ein. Genau in der Phase, in der Jugend- liche zunehmend selbstständig unter- wegs sind. Hinzu kommt, dass in diesem v i h c r a s e d n u B / g r e b r e t n U f l o R , ) k r o w t e N e l y t s d l i W ( I V I r e f o h n u a r F : s o t o F Lebensabschnitt »das Gehirn wegen Um- bau geschlossen ist«, wie Verkehrspsycho- login Nora Strauzenberg scherzt: Pubertät ist, wenn der Fahrradhelm zum Problem- Accessoire wird und die rote Verkehrsam- pel zur Challenge. Die drei Wissenschaftler haben in ei- nem vom Bundesverkehrsministerium geförderten Projekt die Fraunhofer IVI Accident Prevention School (FAPS) ent- wickelt – einen speziell auf Jugendliche ausgerichteten Präventionskurs, der durch echte Unfalldaten aus dem Schulumfeld der Kinder und den Einsatz neuer Tech- nologien nachhaltig wirksame Aha-Erleb- nisse provozieren soll. »FAPS«, erklärt Erbsmehl, »will nicht belehren, sondern überzeugen.« 2017 mit dem Deutschen Mobilitätspreis des Bundesverkehrsmi- nisteriums ausgezeichnet, wird FAPS der- zeit sachsenweit unter anderem vom Ko- operationspartner ADAC Sachsen in den 8. und 9. Klassen durchgeführt. »Unsere Methode will nicht belehren, sondern überzeugen.« Dr. Christian Erbsmehl, Unfallforscher am Fraunhofer IVI 1 | 23 schen sieben und zehn. Alles easy, kein Problem? Auf den Straßen gilt das Recht des Stärkeren Auch das nächste Modul findet auf dem Papier statt: In Kleingruppen sollen die Schülerinnen und Schüler Grafiken de- chiffrieren, in denen es um Rad- und Fuß- gängerunfälle geht: Wer waren die Betei- ligten, wer die Unfallverursacher – und wer hat welche Schäden davongetragen? Während eine Gruppe nach der anderen ihre Analyse vorträgt, kristallisiert sich jene Erkenntnis heraus, die FAPS-Mitbe- gründer Christian Erbsmehl als eine der Kernbotschaften des Programms bezeich- net: Rad- oder Fußgänger sind bei gut der Hälfte der Unfälle nicht die Verursacher. Doch in nahezu 100 Prozent der Fälle sind sie es, die verletzt oder gar getötet wer- den. In der Verkehrserziehung gehe es bislang »zu sehr darum, was ich richtig mache – und nicht, was mich schädigen kann«, findet Verkehrspsychologin Nora Strauzenberg. FAPS hingegen will genau dafür sensibilisieren: Dass man sich auch dann nicht sicher fühlen darf, wenn man die Straßenverkehrsordnung einhält. Was auf der Straße zählt, ist letztendlich das Recht des Stärkeren, oder zumindest das Recht des Größeren: Lkw gegen Fahr- rad, Auto gegen Fußgänger, Erwachsener gegen Kind. Die Unfalldaten, auf die FAPS aufbaut, basieren auf Datensätzen der polizeilichen Software EUSKa (Elektronische Unfall- steckkarte), die eine Auswertung »Für wie sicher haltet ihr euren täg- lichen Schulweg?« Das will Michael Prel- ler, Verkehrserzieher des ADAC Sachsen, jetzt von den Achtklässlern des Martin- Luther-Gymnasiums in Hartha wissen. Einhelliger Tenor in der Klasse: alles easy, kein Problem. Anschließend lässt Preller die Jugendlichen auf einer Straßenkarte ihren Schulweg einzeichnen. An vielen Kreuzungen in Hartha sind rote und grü- ne Punkte zu sehen. Sie stehen für Rad- und Fußgängerunfälle, die dort passiert sind – je größer der Punkt, desto mehr Ver- kehrstragödien. Anschließend zählen die Kinder die unfallgefährdeten Stellen ent- lang ihres Schulwegs. Meist sind es zwi- 22 000 Kinder zwischen 6 und 15 Jahren wurden 2021 im Straßenverkehr verletzt, die meisten davon auf dem morgendlichen Weg zur Schule. 25

1 | 23 Knapp 12 000 Jugendliche zwischen 10 und 15 Jahren verunglückten 2020 in Deutschland im Straßenverkehr (prozentuale Aufteilung nach Art der Verkehrsbeteiligung). Mitfahrer im Auto 21,1 % Fußgänger 15,9 % Radfahrer 56,8 % Sonstige 6,2 % Zu diesen Uhrzeiten verunglückten Radfahrer zwischen 6 und 15 Jahren 2020 im Straßenverkehr (Zahl der Unfallopfer). 00 – 06 Uhr: 2 06 – 07 Uhr: 31 07 – 08 Uhr: 1088 08 – 09 Uhr: 262 09 – 10 Uhr: 137 10 – 11 Uhr: 205 11 – 12 Uhr: 300 12 – 13 Uhr: 518 13 – 14 Uhr: 984 14 – 15 Uhr: 724 15 – 16 Uhr: 957 16 – 17 Uhr: 1025 17 – 18 Uhr: 886 18 – 19 Uhr: 725 19 – 20 Uhr: 433 20 – 21 Uhr: 202 21 – 24 Uhr: 89 Quelle: Stat. Bundesamt 27 Den Schulweg prüfen: Realdaten aus der Umgebung zeigen die Gefahrenpunkte auf. abbiegen ruckelt der Wagen erst, dann stoppt er abrupt. Eine Schrecksekunde, in der man die Angst des Menschen am Lenk- rad erahnt: Habe ich gerade jemanden überfahren? Balance zwischen Spaß und Ernst »Wir wollen die Lernerfahrung so gestal- ten, dass sie tatsächlich verhaltensver- ändernd wirkt«, betont Steve Nitzschner. Dafür muss diese so real wie möglich sein. »Virtual Reality bietet die Möglichkeit, ei- nen Unfall emotional zu erleben, ohne da- bei Leib und Leben zu riskieren«, ergänzt Nora Strauzenberg. Allerdings, so Erbs- mehl, dürfe man gerade bei Jugendlichen die Idee der Gamification nicht überrei- zen. »Wir wollen, dass sie das Thema ernst nehmen und nicht – ähnlich wie in einem Computerspiel – virtuell Unfälle provozie- ren.« Dass diese Sorge begründet ist, sieht man in der 8. Klasse des Martin-Luther- Gymnasiums: Dort lassen einige Jungs be- reits den Tablet-Lkw mit dem Finger über die Kreuzung schleudern und testen, wann er den Radfahrer maximal erwischt. Die große Vision ist allerdings, die Idee der interaktiven und immersiven Verkehrs- erziehung nicht nur deutschlandweit in weiterführenden Schulen zu implemen- tieren, sondern im Web und als App all- gemein verfügbar zu machen – ohne dabei auf den individuellen Aspekt zu verzichten. Dafür müsse man allerdings »ganz Deutschland unfalldigitalisieren«, erklärt Christian Erbsmehl: Nur so könnten bei- spielsweise Eltern mit ihren Kindern den realen Schulweg digital abgehen und kri- tische Situationen einüben. Voraussetzung dafür ist, dass das Fraunhofer IVI die Un- falldaten aus allen Bundesländern nutzen darf. Bislang ist dies nur in Sachsen, Bran- denburg, Hessen, Sachsen-Anhalt, Ham- burg, Bremen und Bremerhaven der Fall. Denn auch wenn die Daten komplett an- onymisiert sind, haben sie doch stets mit dem Leid einzelner Menschen zu tun, was einen besonders verantwortungsbewuss- ten Umgang erfordert. »In jedem Bundes- land muss es also einen Menschen geben, der die Nutzung dieser Daten zugunsten der Sicherheit im Verkehr befürwortet und die Verantwortung für die Datenweiter- gabe übernimmt«, erklärt Unfallforscher Erbsmehl. »Daran scheitert es mitunter.« Das allerdings hält die Forschenden des Fraunhofer IVI nicht davon ab, die Vision von »Collision Zero« unermüdlich weiter zu verfolgen. Die Vorstellung, dass Kinder sich morgens um 7 Uhr nur noch Sorgen um vergessene Hausaufgaben machen müs- sen, ist zu schön, um sie aufzugeben. — Hier geht’s zum Podcast: ) 3 ( o t o h p k c o t s i , ) 2 ( I V I r e f o h n u a r F : s o t o F

1 | 23 Aus Biomüll wird Fliegenfutter Die gelieferten organischen Reststoffe werden zerkleinert und weiterverarbei- tet, sollen so die Fliegenlarven ernähren. »Wir suchen nach einer Futtermischung, auf der unsere Tiere optimal wachsen«, er- klärt Christian Schmidle, Doktorand am Institut für Grenzflächenverfahrenstech- nik und Plasmatechnologie IGVP der Uni- versität Stuttgart. Der Chemiker und an- gehende Verfahrenstechniker ist seit April 2022 an der Planung der Anlage beteiligt. Die richtige Zusammensetzung der Nahrung ist wichtig. Denn die zunächst nur wenige Millimeter großen Larven müs- sen ihr Gewicht innerhalb von 14 Tagen vervielfachen, um zu etwa zwei Zentime- ter großen Tönnchen zu werden. Dazu le- ben sie anfangs in einem wahren Herme- tia-illucens-Paradies. Das besteht aus blauen Wannen, die randvoll mit Futter- mittel sind. Die Larven fressen sich erst einmal satt und rund, ans Ausbüxen den- ken sie eher nicht. »Das wäre wohl mög- lich«, so Christian Schmidle. »Die Tiere könnten flüchten, wenn es ihnen schlecht geht, wenn die Futtermittelzusammen- setzung nicht optimal ist.« Doch dazu scheinen sie keine Lust zu haben. Lieber graben sie sich in das warme Substrat ein – und wachsen. Aus einem Gramm frisch geschlüpfter Larven werden in zwei Wochen rund acht Kilogramm sogenannte Larvenmasse. Die Wanne verlassen die Tiere erst kurz bevor sie sich verpuppen. Der perfekte Zeitpunkt, um sie einzusammeln. Danach werden die Tiere bei erhöhter Temperatur schnell in- aktiviert. Das Verfahren ähnelt jenem, mit dem Nordseegarnelen auf Kuttern behan- delt werden, bevor man sie pult. Das in den Larven enthaltene Fett soll- te möglichst nachhaltig vom Protein ge- trennt werden. Zunächst werden die Lar- ven getrocknet und in eine Ölpresse gefüllt, wie sie auch für die Sonnenblumen- oder Rapssamen verwendet wird. In einem Rohr wird die Larvenmasse durch eine Förder- schnecke zerkleinert und zusammenge- presst. Dadurch erhöhe sich im Inneren des Rohrs der Druck, erklärt Chemiker Schmidle. Das in den Larven enthaltene Fett wird herausgepresst und könne so ab- getrennt werden. Übrig bleibt der soge- nannte Presskuchen mit Proteinen und Chitin aus den Larvenhäuten. Restfette sind ebenfalls enthalten. Sie werden mit- hilfe eines Lösungsmittels extrahiert. Der gewonnene Fettanteil ließe sich, ähnlich wie Pflanzenöle, zu Biodiesel, Gly- cerin und Schmierstoffen weiterverarbei- ten. Die Herstellung von Seifen wäre eben- falls eine Möglichkeit. Allerdings seien diese dann natürlich nicht mehr vegan, sagt Schmidle. Bevorzugt sei das Larven- fett für Tenside geeignet – also etwa für Waschmittel, da hier oft Kokosfett und Palmkernöl aufgrund der mittelkettigen Fettsäuren genommen werden. Diese fin- det man auch im Larvenfett. Eine nach- haltige Alternative zu den aus den Tropen importierten Fetten wäre es daher allemal. Auch für das gewonnene Protein gibt es eine breite Palette von Anwendungs- möglichkeiten. So könnte das Insekten- Eiweiß zu Haarmasken, Bindemitteln, bio- logisch abbaubaren Verpackungsfolien und Klebstoffen (etwa für Holz) weiterverarbei- tet werden. Weitgehend geschlossener Kreislauf Die Reststoffe aus den Wannen werden gesondert behandelt. Dazu gehören die Larvenhäute. Sie enthalten etwa 40 Pro- zent Chitin, aus dem sich chemisch zum Beispiel wasserundurchlässige Beschich- tungen für Textilien herstellen lassen. Bisher gibt es erste Ansätze mit Chitin beziehungsweise Chitosan aus Krabben- schalen. Selbst Lebensmittelreste aus der Fut- termischung und der Larvenkot sollen später verwertet, nichts weggeworfen wer- den. Sie könnten sich für die Herstellung von Düngemittel oder Biogas eignen. Denn die Insekten-Bioraffinerie stellt laut Schmidle nur einen Zwischenschritt auf dem Weg des Mülls von der Abfalltonne zum Biogas dar. Mit dem Ziel, »aus Lebens- mittelresten höherwertige Nachfolgepro- dukte« zu produzieren. Upcycling halt. 29 a p d / e c n a i l l a e r u t c i p / t r e d e D e n r A : o t o F Nicht schön, aber nützlich: die Schwarze Soldatenfliege

schule Hannover an RNA-basierten Medikamenten gegen Viruserkrankungen. Die Forscherinnen und Forscher nehmen zunächst das Parainfluenzavirus ins Visier. Es zirkuliert vor allem unter Kleinkindern, die häufig ihre Eltern und andere Kontaktpersonen infizieren. Erkrankte leiden an grippa- len Symptomen wie Fieber, Schnupfen oder Husten. Bei Kindern und älteren Menschen mit geschwächtem Im- munsystem entzündet sich oft auch der tiefere Atemwegs- trakt. Es kommt zur Bronchitis, bei Kindern entwickelt sich manchmal Pseudokrupp: Die Infektion führt zu einer Schwellung der Schleimhäute am Kehl- kopf und der oberen Luftröhre, das Luft- holen fällt schwer. In seltenen Fällen wird die Atemnot so groß, dass Erstickungs- gefahr droht. Besonders gefährlich ist das Parainfluenzavirus für Organ- oder Kno- chenmarktransplant-Patientinnen und -Patienten, deren Immunsystem künst- lich geschwächt wurde, damit es das frem- de Gewebe nicht abstößt. Sie sind dem Virus schutzlos ausgeliefert, denn bisher gibt es weder ein Medikament noch eine Impfung. 40 Prozent der Infizierten ster- ben. Auch für Menschen mit chronischen Atemwegserkrankungen wie Asthma oder COPD ist das Virus eine ernsthafte Be- drohung. Eine Infektion löst einen akuten Krankheitsschub aus, der eine kostspie- lige stationäre Behandlung notwendig macht. »RNA-basierte Wirkstoffe ließen sich in wenigen Wochen an neue Virus- varianten adaptieren.« Prof. Armin Braun, Fraunhofer ITEM Braun und seinem Team ist es gelungen, ein RNA-Therapeutikum zu entwickeln, das den Prozess der Virenreproduktion im Körper blockiert. »Viren vermehren sich nicht selbst. Sie lassen sich vermeh- ren. Dafür nutzen sie die Maschinerie der Zellen, in die sie eindringen«, erklärt er. Die Proteinfabriken der Zellen, die Ribo- somen, stellen dann nicht mehr Proteine für den Körper her, die zum Beispiel als Baumaterial für Muskeln, Orga- ne, Blut, Enzyme oder Hormone zur Verfügung stehen, sondern Protein-Bausteine, aus denen sich das Virus neu zusammensetzt. »Wir machen dem Virus einen Strich durch die Rechnung, indem wir dafür sorgen, dass der Bauplan für einige seiner Proteine unleserlich wird«, sagt Braun. Dafür bringen er und sein Team eine speziell auf das Virus abgestimmte RNA in die Zelle ein, die dort den sogenannten RISC-Komplex aktiviert – einen körpereige- nen Abwehrmechanismus. Er führt vereinfacht gesagt dazu, dass eine komplementäre RNA an der Viren-RNA M E T I r e f o h n u a r F : s o t o F 1 | 23 bindet und so das Auslesen der Protein-Bauanleitungen unmöglich macht. »Es ist im Grunde wie ein Puzzle, in dem wir zwei oder drei Teile entfernen. Das Virus kann sich nicht mehr zusammenfügen. Damit ist die komplette Infektionskette unterbrochen.« Je mehr Viren-Proteine fehlen, desto geringer das Risiko, dass das wandelbare Virus lernt, ohne diese zu leben. Doch die Forscherinnen und Forscher gehen weiter. Sie können gezielt besonders wichtige Viren-Proteine aus- schalten und so das Risiko einer erfolgreichen Mutation weiter senken. »Bestimmte Viren-Pro- teine können nur sehr schwer verändert oder ersetzt werden. Das gilt zum Bei- spiel für das Protein, das es dem Virus ermöglicht, sich an die Zelle anzuheften und in sie einzudringen«, erklärt Braun. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz ge- lang es den Kooperationspartnern um Schambach von der Medizinischen Hochschule Hannover, in Gen-Daten- banken diese bedeutenden Proteine und die entsprechenden RNA-Sequenzen im Virus zu identifizieren. »Das Besondere ist, dass wir unsere RNA darauf abstim- men und damit genau auf die Achilles- ferse der Viren zielen können«, so Braun – mit großem Erfolg: Die Virenvermeh- rung in Zell- und Gewebekulturen konn- te um über 90 Prozent reduziert werden. Die Anwendung des RNA-Therapeu- tikums soll inhalativ als Aerosol erfolgen. So können alle respiratorischen Viren auf dem Atemwegsepithel problemlos erreicht werden. Die therapeutische RNA wird zu diesem Zweck in liposomale Formulie- rungen, also in Fetttröpfchen, verpackt. Sie sorgen dafür, dass die instabile RNA im Körper nicht zerfällt und in die Zelle eindringen kann. An der perfekten For- mulierung arbeiten die Forscherinnen und Forscher zur- zeit noch. Im nächsten Schritt wollen sie testen, wie gut das RNA-Therapeutikum im Tiermodell funktioniert. Im Rahmen einer klinischen Studie könnte es 2025 erstma- lig an Patientinnen und Patienten verabreicht werden. Fraunhofer-Forscher Braun: »Wenn wir erfolgreich sind, kann das Verfahren zukünftig auf neue, pandemische Viren angewendet werden.« Die Technologie hat auch die Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND über- zeugt. Sie fördert das Projekt nun bereits in der zweiten Runde. Schlechte Nachrichten für das Virus. Gute Nach- richten für uns Wirte. 31

1 | 23 M it dem massiven Ausbau klimascho- nender Heizsysteme will die Bundes- regierung die Energiewende vorantrei- ben. Sechs Millionen Wärmepumpen bis 2030 lautet der Plan von Klimaschutzminister Robert Habeck, vorgestellt auf einem virtuellen Wär- mepumpen-Gipfel im Juni 2022. Ein nicht minder ehrgeiziges Ziel hat der Grünen-Politiker für den Be- trieb jeglicher Heizgeräte gesteckt: Bis 2024 sollen sie zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden. »Schon damit ist die Wärmepum- pe gesetzt. Denn es gibt kaum andere Systeme, die diese Anforderung erfüllen können«, sagt Dr. Ma- rek Miara, der diese Technologie seit 20 Jahren am Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energie- systeme ISE vorantreibt. Wärmepumpen nutzen Umweltwärme – also in der Luft, im Wasser oder im Boden gespeicherte ther- mische Energie –, um damit Gebäude zu heizen. An- ders als bei Holz-, Öl- und Gasheizungen werden die Energieträger nicht verbrannt und erzeugen folglich keine klimaschädlichen Abgase. Vielmehr heben Wär- mepumpen die Umweltwärme in einem Kreislauf- prozess mit geeigneten Kühlmitteln und wechselnden Drücken auf ein höheres Temperaturniveau an und geben die so erzeugte Wärme direkt ans Heiz- und Brauchwasser ab. »Noch vor 15 Jahren musste man ständig erklären, dass es wirklich funktioniert, mit kalter Luft Häuser zu heizen. Später stellte man in- frage, ob Wärmepumpen effizient genug sind. Heute sind allein in Deutschland mehr als 5000 verschie- dene Geräte auf dem Markt«, sagt Miara. Habecks Offensive folgt genau der Strategie, die zahlreiche wissenschaftliche Studien schon lange zur Erreichung der Klimaziele angemahnt hatten. Für die Heizungsbranche war der Sechs-Millionen- Plan zunächst ein Schock. Nach etlichen Workshops und einem weiteren Wärmepumpen-Gipfel stellt man sich nun der Herausforderung: Führende Hersteller wollen zusammen mehrere Milliarden Euro in neue Produktionskapazitäten investieren. »Solche Sum- men hat man früher nicht für möglich gehalten«, betont Miara und verweist auf die dynamische Ent- wicklung der jüngsten Zeit: Derzeit laufen in Deutsch- land rund 1,6 Millionen Anlagen, 2022 wurden gut 200 000 neue installiert, in diesem Jahr sollen weitere 350 000 produziert, verkauft und eingebaut werden. Wenn das Tempo anhält, erscheint auch die ab 2024 jährlich angestrebte Marke von 500 000 Stück rea- listisch. Dennoch ist das Ziel hochgesteckt. Um es zu erreichen, braucht es keine weitere Effizienzsteige- rung von Wärmepumpen. Vielmehr geht es darum: Wie bekommt man die Anlagen schnell in möglichst viele Häuser? Dabei hilft ein Blick auf das bereits Erreichte. Das Fraunhofer ISE ist für seine umfangreichen Monito- ring-Projekte bekannt, die mittlerweile mehr als 350 mit Wärmepumpen beheizte Gebäude umfassen. In einer 2020 abgeschlossenen Studie haben Miara und sein Team 56 Modelle unterschiedlicher Hersteller messtechnisch analysiert, darunter solche, die Außen- luft, Raumluft oder Erdwärmesonden als Energie- quelle nutzen. Damit wurden Ein- bis Vierfamilien- häuser beheizt, die alle mindestens 15 und überwiegend älter als 40 Jahre waren. Die Ergebnis- se widerlegen weit verbreitete Vorurteile, betont Stu- dienleiter Miara: »Erstens haben wir gezeigt, dass al- le Systeme auch im Bestand gut arbeiten und ausreichend Wärme liefern. Das wird ja ständig an- gezweifelt. Zweitens funktionieren sie auch effizient in Häusern, die minimal oder überhaupt nicht saniert waren und daher einen sehr hohen Heizenergiebedarf haben. Die dritte Erkenntnis ist, dass Wärmepumpen mit gewöhnlichen Heizkörpern gut arbeiten können. Natürlich sind Fußboden- und andere Flächenhei- zungen in der Regel besser, weil sie mit niedrigeren Vorlauftemperaturen auskommen. Aber Heizkörper sind per se kein Ausschlusskriterium für eine Wär- mepumpe.« Fazit: Auch bei Bestandsgebäuden ist durch eine richtig dimensionierte Wärmepumpe eine aus- reichende Heizleistung garantiert. Anderswo hat man ebenfalls gute Erfahrungen mit Wärmepumpen gemacht, auch und gerade in Mehr- familienhäusern. Das zeigen Analysen in acht euro- päischen Ländern, die von der Internationalen Ener- giebehörde IEA beauftragt wurden. »Aber wir sehen auch, dass es zu viele unterschiedliche Lösungen gibt«, betont Miara, der das IEA-Projekt geleitet hat. »Über- spitzt gesagt: Wenn jedes der vielen tausend am Markt angebotenen Modelle an einem anderen Ort in seinem Gehäuse Öffnungen zum Anschließen der Rohre hat, dann müssen sich die Installateure jedes Mal neu ein- arbeiten. Hier brauchen wir dringend mehr Standar- disierung«, fordert der Fraunhofer-Forscher. »Und das gilt nicht nur für die Produkte, sondern vor allem für die Konzepte und Anlagenschemata.« Denn komple- xer als die Wärmepumpen selbst ist ihre Kopplung mit der im Haus vorhandenen oder geplanten Infra- struktur für Wärmeverteilung, Wärmeübergabe 33 Die Heizung aufdrehen mit ökologisch gutem Gewissen? Mit einer Wärme- pumpe ist das leichter möglich.

1 | 23 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Wilhelm Bauer, wie gestaltet sich New Work in der Wissenschaft? 35

1 | 23 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Wilhelm Bauer, wie gestaltet sich New Work in der Wissenschaft? 35

1 | 23 wirtschaftsbezogenen Bedarfen orientier- ten Forschungsthemen auszeichnen und hierdurch Talente faszinieren und binden. Ein solches Modell ist auch erforderlich, um eine ausreichende »kritische Masse« an Forschungskapazitäten zu bilden, die auch in Konkurrenz zu den teils riesigen Forschungseinheiten in großen asiatischen und amerikanischen Digitalunternehmen bestehen kann. Ergänzend gilt es aber auch, attraktive »Hardware-Hubs« zu etablieren, die in Nähe zu und innerhalb von wirt- schaftsräumlichen Clustern wirken. Solche Hubs und deren Organisation müssen zu- dem niederschwellige Angebote für Mo- bilität, Zusammenarbeit und Wohnen bie- ten. Hier denke ich insbesondere an Co-Living-Angebote, um die projekthafte und phasenweise physische Zusammen- arbeit zwischen den Menschen zu fördern. Zu all diesen Fragestellungen forschen wir am Fraunhofer IAO. Anforderungen an örtliche und zeitliche Souveränität Wissenschaftsarbeit lebt vom engen Austausch genauso wie von intensiver Denk- und Konzeptionsarbeit. Sie findet in Projektzyklen, eng getakteten Arbeits- spitzen, aber auch in längeren Phasen der konzeptionellen und experimentellen Arbeit statt. Das bedingt zwangsläufig Anforderungen an die örtliche und zeit- liche Souveränität der Mitarbeitenden, wobei gleichzeitig arbeitszeitgesetzliche und arbeitsmedizinische Rahmenbedin- gungen beachtet werden müssen. Wis- senschaftlerinnen und Wissenschaftler haben überdies spezifische Erwartungen an Führungsarbeit, die in einer guten Mischung aus fachlicher Betreuung, per- sönlicher Förderung und gutem Team- management bestehen muss. Zugleich sind wissenschaftlich Tätige häufig in ihrem Spezialgebiet so versiert, dass sie als anerkannte Koryphäen große fach- liche Autorität und damit auch eigene Ideen sowie Gestaltungswillen einbrin- gen können und wollen. Die daraus re- sultierenden Anforderungen sind mit dem Sammelbegriff »New Work« recht gut beschrieben. Die Fraunhofer-Gesell- schaft setzt diese Arbeitsprinzipien seit Jahren um und ist dabei sehr erfolgreich. Wir stoßen hier aber auch an Grenzen des Arbeitsrechts und der tarifvertraglichen Vorgaben, die wir daher gerne etwas aus- weiten würden. Gerade dafür ist derzeit ein »Experimentierraum Wissenschafts- arbeit« in Kooperation mit anderen Groß- forschungsorganisationen in Vorberei- tung. Unsere Vision ist eine hochflexible, produktive und kreative Arbeitsumge- bung, die alle modernen Möglichkeiten der Informationstechnologie nutzt, unse- re Mitarbeitenden intensiv vernetzt und eine möglichst konzentrierte, kunden- orientierte und selbstbestimmte Arbeit ermöglicht. Prof. Wilhelm Bauer leitet das Fraunhofer-Institut für Arbeits- wirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart. diese mit ihren Kompetenzen durch räum- lich verteiltes und vernetztes Arbeiten zu themenspezifischen »Power Houses« zu bündeln. Ich erwarte, dass wir perspekti- visch anstelle von klassischen, eher lokal geprägten Forschungsinstituten zukünftig verteilte Forschungsnetzwerke und virtu- elle Forschungsökosysteme in Koopera- tion mit europäischen und internationalen Hubs sehen werden. Diese werden sich durch exzellente Führungsarbeit und Pro- jektmanagement und zugleich durch sinn- stiftende, weil an gesellschaftlichen und Unsere Vision ist eine hoch- flexible, produktive und kreative Arbeitsumgebung, die alle modernen Möglich- keiten der Informations- technologie nutzt. O A I r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F In der nächsten Ausgabe: Wann werden auto- nome Fahrzeuge auf deutschen Straßen zum Alltag gehören? 37

1 | 23 Titel Das Penicillin von heute Nur neun Prozent aller deutschen Kliniken nutzen bisher Künstliche Intelligenz. Dabei könnte sie die Medizin revolutionieren und das Personal erheblich entlasten. Von Dr. Sonja Endres und Beate Strobel, Fotografie: Valéry Kloubert »Die Gesundheitsbranche ist so unendlich komplex, ähnlich wie die Mathematik. Daher hat sie mich direkt fasziniert«, schwärmt Dario Antweiler. Der Mathematiker und Informatiker leitet das Geschäftsfeld Healthcare Analytics am Fraunhofer IAIS. 39

71 Prozent der Ärztinnen und Ärzte sind davon über- zeugt, dass strenge Datenschutzvor- gaben den medizini- schen Fortschritt erschweren. Es frisst nicht nur unglaublich viel Zeit, diese Texte zu er- stellen, sondern auch, sie zu lesen und auszuwerten«, so Antweiler. Klinikärztinnen und -ärzten fehlen jedoch die Kapazitäten, um beispielsweise eine dicke Patientenakte aus 20 Jahren Krankengeschichte zu studieren. Mögli- cherweise bedeutsame Informationen bleiben da schnell unbeachtet. Arztbriefe endlich schnell erstellen Im Projekt SmartHospital.NRW arbeiten Antweiler und sein Team jetzt daran, per KI auto- matisch die wichtigsten Dia- gnosen, Vorbehandlungen, Medikationen und Allergien zu extrahieren und in struk- turierter Form übersichtlich für das medizinische Perso- nal darzustellen. Ab 2024 soll das KI-basierte »Text-Mining« beim Projektpartner, der Uni- klinik Essen, zum Einsatz kommen, die deutschlandweit als Vorreiter in der Digitalisie- rung gilt. Auch das KI-basier- te Spracherkennungssystem wird sich dort bald bewähren dürfen, ebenso wie der Arzt- brief-Generator, eine weitere Innovation aus dem Fraunho- fer IAIS. Ärztinnen und Ärzte benötigen bisher durchschnitt- lich drei Stunden, um das Do- kument zu erstellen, das jeder Patient bei seiner Entlassung aus der Klinik ausgehändigt bekommt und das als zentrales Kommunikationsmittel zwischen Praxen und Kliniken fungiert. Es enthält unter anderem die Anamnese und die Verdachtsdiagnose, mit der der Patient stationär auf- genommen wurde, Medikamente, die verabreicht, und Maßnahmen, die in der Klinik durchgeführt wurden. Bis- her muss sich das ärztliche Personal diese Informationen mühsam aus verschiedenen IT-Systemen zusammensu- chen. Eine KI soll sie in Zukunft automatisch extrahieren und in den Arztbrief einfügen. Nur die Epikrise, also die Zusammenfassung des gesamten Aufenthalts, Fazit und Behandlungsempfehlung, muss noch im Volltext ver- fasst werden. Prof. Jochen Werner, ärztlicher Direktor und Vor- standsvorsitzende des Uniklinikums Essen, will sein Haus zum ersten »Smart Hospital« Deutschlands machen – und 1 | 23 ist hier, unterstützt vom Fraunhofer IAIS, bereits auf ei- nem guten Weg. »Daten sind das heutige Penicillin«, ist Werner überzeugt. Auf seinem Youtube-Kanal wirbt er für die Digitalisierung in der Medizin und will dem me- dizinischen Personal ebenso wie den Behandelten Ängs- te nehmen. Bereits vor zehn Jahren hat das Uniklinikum Essen damit begonnen, sein Krankenhausinformationssystem, das bisher vor allem zur Abrechnung medizinischer Leis- tungen diente, zum Datenmanagementsystem umzubau- en. Heute werden alle Details, die über eine Patientin oder ei- nen Patienten verfügbar sind, und alle Daten, die während des Klinikaufenthalts entstehen – beispielsweise Blutwerte, Kör- pertemperatur, Medikation –, in der »Smart Hospital Informa- tion Platform« (SHIP) gespei- chert. Alle Apparate sind mit der Plattform verbunden. Wird etwa der Blutdruck gemessen, hinterlegt das Gerät den Wert automatisch im System. Voraus- setzung hierfür ist ein offener Standard, also Software, die Schnittstellen zu SHIP ermög- licht. »Mittlerweile etabliert sich im Gesundheitswesen interna- tional ein offener Standard, der sich FHIR nennt. Gearbeitet wird hier nicht mit Textfeldern, sondern mit fixen Codes, die dann weltweit ausgelesen wer- den können und zum Beispiel ›Blutdruck abgenommen‹ be- deuten, erklärt Antweiler. Bestmögliche Suche nach den richtigen Personen für klinische Studien Doch bisher liegen Patientendaten in Deutschland meis- tens weder in strukturierter Form vor noch in interope- rablen IT-Systemen, die sich miteinander verbinden las- sen – ein Problem unter anderem für klinische Studien zu verschiedenen Erkrankungen. Bereits die Suche nach passenden Studienteilnehmerinnen und -teilnehmern ist immens aufwendig. Kliniken und Praxen überprüfen ihren Patientenstamm manuell und gleichen ihn mit dem Anforderungskatalog der Studie ab. »Am Anfang wird lediglich geschätzt, wie viele Patienten infrage kommen. Nicht selten liegen diese Schätzungen daneben. Wird die erforderliche Studiengröße unterschritten, scheitert 41

1 | 23 die Studie im schlimmsten Fall. Das kann mehrere Mil- lionen Euro kosten«, führt Sabine Kugler aus, Data Scien- tist am Fraunhofer IAIS. Im Projekt PARIS arbeitet sie daran, die für die klini- schen Studien notwendigen Informationen per KI aus Fließtexten zu ziehen und mit den Anforderungsprofilen abzugleichen. In einem ersten Anwendungsfall verwen- dete sie als Datengrundlage Akten von Psoriasis-Arthri- tis-Patienten. Rund ein Drittel der Menschen, die an Pso- riasis (Schuppenflechte) leiden, entwickeln später diese spezielle Form, die mit der Entzündung von Strukturen des Bewegungsapparates einhergeht. Gemeinsam mit Rheumatologinnen und Rheumatologen des Universitäts- klinikums Frankfurt und Forschenden am Fraunhofer- Institut für Translationale Medizin und Pharmakologie ITMP markierte sie Informationen, die als Auswahlkri- terien für klinische Studien von Bedeutung sind, beispiels- weise der Zeitpunkt der Diagnose, Schmerzintensität, Dauer der Schmerzen oder Morgensteifigkeit. »Auf dieser Grundlage trainieren wir unser KI-Modell. Aus den Bei- spieldaten, mit denen wir es füttern, lernt es selbstständig und kann auch Regeln ableiten. Je mehr Daten, desto bes- ser das Ergebnis«, erklärt Kugler. Die extrahierten Infor- mationen sollen später automatisch strukturiert und über- sichtlich in einer Datenbank gespeichert werden. Warum die Digitali- sierung im Gesund- heitswesen noch nicht weiter fortge- schritten ist? Wegen der Komplexität des Gesundheitssystems, glauben 91 Prozent der befragten Ärztinnen und Ärzte. Die Effizienz klinischer Studien mittels KI verbessern: Das will Data Scientist Sabine Kugler vom Fraunhofer IAIS. 43

1 | 23 »Wir brauchen diagnos tische Tools, die in der Praxis eine verlässliche Früh diagnose ermöglichen.« Dr. Michaela Köhm, Fraunhofer ITMP Dank großer Datensätze dem einzelnen Menschen besser helfen können: Darauf hofft Rheumato- login Dr. Michaela Köhm, Abteilung klinische For - schung am Frankfurter Fraunhofer ITMP. 45

1 | 23 Tools, die in der Praxis eine verlässliche Frühdiagnose er- möglichen«, erklärt Rheumatologin Dr. Michaela Köhm, die am Frankfurter Fraunhofer ITMP in der Abteilung Klinische Forschung eine wissenschaftliche Gruppe lei- tet, die eng mit dem Uniklinikum verzahnt ist. Neidvoller Blick nach Skandinavien HIPPOCRATES führt die Datensätze und Kohorten der größten europäischen PsA-Studien zusammen, um mit- tels KI nach belastbaren Mustern zwischen klinischen, bildgebenden und molekularen Patientenmerkmalen zu fahnden. So soll ein passender Kriterien-Katalog entwi- ckelt werden, mit dessen Hilfe die Krankheit und ihr Ver- lauf besser prognostiziert werden können. »Im klinischen Bereich schätzt man sich ja bereits glücklich bei einem Datensatz von 1000 Patienten«, sagt Sina Mackay, Data Scientist am Fraunhofer IAIS. »Bei HIPPOCRATES liegt uns aber ein Vielfaches davon vor. Diese jetzt erst ein- mal zu harmonisieren, ist ein ziemlicher Kraftakt, der sich aber schnell auszahlen wird.« Nicht nur die Einheit- lichkeit, sondern auch die Vollständigkeit der Datensätze wird vermutlich zu wünschen übrig lassen. »Wir suchen deshalb nach Methoden des Maschinellen Lernens, die auch mit fehlenden Werten gut umgehen können«, er- klärt Sina Mackay. Mit leichtem Neid blicken Mackay, Köhm, Kugler und Antweiler nach Skandinavien, wo die Forschung regel- mäßig auf sehr viel größere Mengen an Patientendaten zurückgreifen kann, um diese für Projekte wie HIPPO- CRATES zu verwenden. Finnland beispielsweise hat alle seit 1960 gesammelten Gesundheitsdaten digitalisiert und gewährt der Forschung auf diese anonymisierten medi- zinischen Daten Zugriff. Auch in Estland werden Gesund- heitsdaten an zentraler Stelle gesammelt, anonymisiert und auf Antrag Wissenschaftlerinnen und Wissenschaft- lern zur Verfügung gestellt. »Wir müssen in Deutschland dringend Wege finden, innerhalb des rechtlichen Rah- mens medizinische Forschung mit großen Mengen an Gesundheitsdaten zu ermöglichen«, fordert Köhm. »An- dernfalls vergeben wir die Chance, Muster zu erkennen, die beispielsweise Rückschlüsse auf das individuelle Ri- siko für Krankheiten, Komorbiditäten oder Nebenwir- kungen von Medikamenten zulassen und verlieren in der Forschung international den Anschluss.« Erst die Vielzahl ermöglicht es, das Einzelne zu verstehen. Quelle: Alle hier verwendeten Prozentangaben zur Nutzung von KI in der Medizin entstammen der Studie »Digitalisierung in Praxis und Klinik« des Digitalverbandes Bitkom und des Hartmannbundes (Oktober 2022). Befragt wurden 535 Ärztinnen und Ärzte aller Fachrichtungen in Kliniken und Praxen. — Prof. Frank Behrens, stellvertretender Insti tutsleiter des Fraunhofer ITMP, stellt im Fraunhofer-Podcast neue Wege für Patientinnen und Patienten, Medizin und Forschung vor: das Konzept der 4D-Klinik. 47 IT-Kraftakt für eine bessere Medizin: Data Scientist Sina Mackay vom Fraunhofer IAIS fahndet in Tausenden Datensätzen nach pas - senden Algorithmen zur Frühdiagnose von PsA. 74 Prozent der Ärztinnen und Ärzte fordern eine verbesserte Erschließung versorgungsnaher Daten für mehr Evidenz und inno- vative Therapien. 61 Prozent sehen darin sogar eine ethische Verpflichtung. o t o h p k c o t s i / n g i s e D o z n o A l : e m m a r g o t k i P

1 | 23 s t i v e K i l e h c i M / d n o H e t r a w Z e D : o t o F So könnte die Klinik der Zukunft aussehen: Das Zuyderland Medisch Centrum ist das erste papierlose Krankenhaus der Niederlande mit ausschließ- lich Einbettzimmern. 49

Amazon, Google, Meta, Microsoft: Alle bauen Stellen ab. »Come to Bavaria« rufen Sie gerade sehr laut und werben um Digital- Fachleute. Frau Gerlach, haben Sie für die Möchte- gern-Bayern zum Laptop schon Lederhose und Dirndl vorbereitet? Wir wollen die klügsten IT-Spezialisten nach Bayern holen, wofür der Freistaat beste Voraussetzungen bietet. Es gibt hier zahlreiche attraktive Job-Mög- lichkeiten dank eines hochinnovativen Forschungs- umfelds und vieler interessanter Wirtschaftspartner – vom Start-up über Mittelständler bis zum DAX- Konzern. Und on top: ein traumhaftes Umfeld mit großem Freizeitwert. Wer nach einer spannenden Aufgabe mit hohem Impact sucht und auf Sicherheit Wert legt, ist im öffentlichen Dienst genau richtig. Der Freistaat selbst bietet als Arbeitgeber Kündi- gungsschutz, Überstundenausgleich und die höchst attraktive Mission, die digitale Zukunft des Frei- staats für 13 Millionen Menschen zu gestalten. Da sind wir ja schon in der Arbeitswelt. Sie selbst hatten »den besten Job der Welt«. Das war leider schon 2013, da sind Sie als jüngste Parlamentarierin in den Bayerischen Landtag ein- gezogen. Zehn Jahre später: Ist Deutschlands erste spezialisierte Digitalministerin ein Abstieg zum zweitbesten Job? Ich komme aus der Sozialpolitik und war in meiner ersten Legislaturperiode im Sozialausschuss. Das hat mich geprägt, weil es so unmittelbar ist. Ich will Politik nah am Menschen für die Menschen machen. Diese Linie verfolge ich mit großer Leiden- schaft bis heute als Digitalministerin. Ich möchte Digitalpolitik machen, die den Menschen in diesem Land eine unmittelbare Verbesserung zum Status quo bringt. Und ja, es ist immer noch der beste Job der Welt, wenn auch mit anderen Themen. Wir erleben den Fluch des Superlativs. Riskieren wir es noch einmal: Digital betrachtet – wo ist Bayern am besten? Wir haben in Bayern die modernsten Behörden Deutschlands. Das zeigt ganz offiziell das Di- gital-Ranking des Bundesinnenministeriums. Nirgendwo können die Menschen so viele Behör- den-Services digital aufrufen wie in Bayern. Und nirgendwo wird so viel in Zukunftstechnologien investiert wie bei uns. Wir unterstützen allein den Forschungsbereich im Rahmen unserer Hightech Agenda mit insgesamt 3,5 Milliarden Euro und bauen allein im Bereich KI 100 neue Lehrstühle auf. Damit setzen wir wichtige Impulse, um etwa ein europaweit einzigartiges Ökosystem für Künstliche Intelligenz in Bayern zu etablieren. 1 | 23 »Wir brauchen eine klare Strategie und mehr Investitionen in die Digitalisierung.« Judith Gerlach Mit dem Munich Quantum Valley hat Bayern seine eigene Quantencomputing-Initiative geschaffen. Was versprechen Sie sich davon? Damit hat Bayern ein europaweit einmaliges Netz- werk aus Politik, Wirtschaft und renommierten Wissenschaftspartnern wie der TU München, der Fraunhofer- und der Max-Planck-Gesellschaft ge- schaffen. Wir müssen bei dieser Schlüsseltechno- logie ganz vorne dabeibleiben. Hier werden gerade technisch die Voraussetzungen geschaffen für ganz viele Bereiche, vom Finanzsektor über Sicherheits- und Verteidigungslösungen bis zum Energiema- nagement. Deshalb ist es so wichtig, dass wir den Fortschritt der Quantentechnologie selbst mitge- stalten. Das ist die Zukunft. Die Gegenwart sieht ganz anders aus. In einem EU-Ranking von 2021 steht Deutschland in Sachen Digitalisierung auf dem vorletzten Platz. Was können Sie besser als Volker Wissing, der Bundesminister für Digitales und Verkehr? Ich kann in Berlin niemanden erkennen, der sich um Digitales kümmert. Herr Wissing ist zuständig für Mobilfunk- und Breitbandausbau, Frau Faeser macht Digitale Verwaltung, und bei Herrn Habeck liegen Innovation und Start-ups. Es herrscht ein Wirrwarr von Kompetenzen, und die Zuständigkei- ten sind völlig zerfasert. Kein Wunder, dass da nichts vorangeht. Anders bei uns im bayerischen Digital- ministerium. Wir treiben über alle Ressorts hinweg die Digitalisierung für die Staatsregierung voran, bei uns laufen die Fäden der Digitalpolitik zusam- men. Deshalb hätte ich mir auch auf Bundesebene ein eigenständiges Digitalministerium gewünscht. Wir müssen bei der Digitalisierung deutlich an Ge- schwindigkeit gewinnen! Wir stehen im harten in- ternationalen Wettbewerb mit China und den USA. Wir brauchen in Deutschland eine klare Strategie und mehr Investitionen in die Digitalisierung. Im D16-Digitalministertreffen haben Sie gerade den Vorsitz bis zum Sommer übernommen. Wie bringen Sie die Kollegen auf Trab? Bei D16 kämpfen wir alle mit großer Energie für ein gemeinsames Ziel: Deutschland muss digital 51 g n u t i e Z - D L I i B / k n d u R n a i t s i r h C : o t o F

»Es war richtig, 3,5 Milliarden Euro in Forschung und Universitäten zu investieren und den Transfer von KI in die Wirtschaft aktiv zu gestalten.« Judith Gerlach Prüfungsvorgaben ändern. Es sollte künftig aus meiner Sicht in der Schule noch mehr darum gehen, Sachzusammenhänge auf den Punkt zu bringen und Informationen kritisch zu hinter- fragen, statt Inhalte wiederzugeben oder über Themen zu referieren. Entscheidend ist, dass wir unsere Kinder auf den künftigen Umgang mit solchen Technologien vorbereiten. Der pas- sende Umgang mit ChatGPT und Co. könnte in der Schule künftig so normal sein wie das ABC. Sie arbeiten an einer eigenen KI- Strategie. Wohin will sich Bayern entwickeln? Wir müssen Zukunftstechnologien wie KI nicht nur verstehen, sondern auch gestalten. Deswe- gen war es richtig, mit der bayerischen Hightech Agenda 3,5 Milliarden Euro in Forschung und Universitäten zu investieren, 100 neue KI-Lehr- stühle aufzubauen und den Transfer von KI in die Wirtschaft aktiv zu gestalten. Denn wir können uns nicht wegducken. Sonst zieht der Rest der Welt an uns vorbei, während wir in Deutschland nur Bedenken haben. Bayern ist dabei auf dem besten Weg, zum modernsten Digitalstaat zu werden. Und auch im Bereich der Künstlichen Intelligenz setzen wir uns mit unserer KI-Strategie an die Spitze. Sie saßen kürzlich in einer TV-Talkshow Seite an Seite mit dem Roboter Pepper. Der digitale Kollege hat auf die Frage, ob Künstliche Intelligenz zu einer Revolution führen werde, schlicht geantwortet: »Ja!«. Worin bestehen die großen Chancen? Die Einsatzmöglichkeiten von KI sind zahl- reich, nehmen Sie zum Beispiel den bayerischen Mittelstand. Wir helfen hier konkret dabei, dass Unternehmen im Freistaat ihre Geschäftspro- zesse effektiver und kostengünstiger gestalten können. Im Rahmen unseres Programms »KI- Transfer Plus« arbeiten wir beispielsweise mit einem Landmaschinenhersteller zusammen, dessen Maschinen künftig dank KI punktgenau erkennen, ob es sich auf dem Acker um die an- gebaute Pflanze oder um Unkraut handelt. So lassen sich Pestizide sparsamer und zielgenauer einsetzen. KI löst Ängste aus: Unbestimmte Ängste, aber auch sehr bestimmte Sorgen, dass Arbeitsplätze überflüssig werden könnten. Welche Jobs sehen Sie in Gefahr? In der Debatte werden schnell Horrorszenarien entwickelt, die mit der Realität nichts zu tun haben. Wir haben es doch selbst in der Hand, wie wir die großen Chancen neuer Technologien für uns nutzen. Der Einsatz von Robotern in der Pflege ist zum Beispiel sinnvoll. Das heißt aber nicht, dass jetzt nur noch Roboter in Senioren- heimen eingesetzt werden. Das will niemand! Wenn wir uns bei einigen Aufgaben aber von Robotern unterstützen lassen, dann haben die Pflegekräfte, die wir ja auch händeringend su- chen, mehr Zeit für das eigentlich Menschliche. Ganz zum Schluss die Frage zum Ab- schalten: Kann man es sich als Digitalministerin noch leisten, auch mal offline zu sein? Natürlich! Die schönsten Dinge auf dieser Welt sind analog. Das Zusammensein mit der Familie oder ein persönliches Gespräch mit Freunden kann keine App ersetzen. 1 | 23 2021: Bienenfleiß im Ministerium Eine Webcam beobach- tet den Einflug in den Hightech-Bienenstock auf dem Dach des Digitalministeriums. Und die Ministerin be- sichtigt das Datensam- meln, das dem Schutz der Umwelt dienen soll. 2021: Förmlich zum Fasching Mit Zylinder zeigt sich die Digitalministerin startklar für die Prunk- sitzung des Fastnacht- Verbandes Franken: »Fliege richten und los!« 2022: Zwei Generatio- nen beim Parteitag Skeptisch schaut Digital ministerin Gerlach hinüber zu Bayerns Innenminister Joachim Herrmann. 2022: KI zum Niederknien Im Würzburger Center for Artificial Intelligence und Robotics beobach- tet Judith Gerlach zu- sammen mit Minister- präsident Söder einen KI-Roboter. 53 a p d e l l i a / f f o k n M y m m a S , r e k c e B n e i l u J , l e f f e n K r e t e P , i k s w e j l e o G s s e r p t n e v E , e s a H s a b o T i , ) 3 ( t a v i r p , g n u t i e Z - D L I i B / k n d u R n a i t s i r h C : s o t o F

1 | 23 Grüne Lösung: Dank Energy Harves- ting lassen sich Sensoren im IoT ganz ohne Kabel oder Batterien über einen Thermogenerator oder Vibrations- wandler mit Strom versorgen. Anlagen. »All das setzt Energie frei, die wir kaum spü- ren, die sich aber für kurze Aktionen wie der Über- mittlung von Zustandsdaten einer Maschine oder In- frastruktur nutzen lässt«, erläutert Spies. So erzeugen etwa schon drei Grad Kelvin Temperaturdifferenz 100 Mikrowatt an elektrischer Leistung. Temperaturquel- len wie Maschinen, Motoren oder Versorgungsleitun- gen sind nahezu in allen Industrieanlagen vorhanden. Selbst der menschliche Körper könnte als Energie- quelle dienen. Strom aus Vibration ist ebenso sehr vielversprechend: Sogenannte piezoelektrische Ge- neratoren erzeugen bei einer Frequenz von 50 Hertz und einer Beschleunigung von 0,1 Gramm etwa drei Milliwatt elektrischer Energie. Die kleinen Erntemaschinen bestehen aus einem Generator als Energiewandler, einer Speichereinheit und einer Power-Management-Schaltung und lassen sich flexibel an die Anlagen anbringen. Die neueste Entwicklung von Spies und seinem Team ist ein ener- getisch optimiertes NarrowBand-IoT-Modul, das im 5G-Netz Versorgungsdaten erfasst und übermittelt. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, nicht nur sogenannte Low Power Wide Area Networks (LPWAN) energieautark mit Strom zu versorgen, sondern auch Funksysteme mit größeren Datenraten und einem entsprechend höheren Energieverbrauch. »Zum Bei- spiel könnte künftig auch eine bidirektionale Kom- munikation energieautark funktionieren. Das ermög- licht perspektivisch auch den Betrieb in einem öffentlichen Netz«, erklärt der Elektroingenieur. Bis es so weit ist, gilt es noch einige Herausforde- rungen zu lösen: Aktuell arbeitet das Fraunhofer IIS an effizienteren Power-Management-Schaltungen und Zwischenspeichern für die Energie sowie an einer weiteren Miniaturisierung der Generatoren. »Wäh- rend es für Thermo-Harvester schon massentaugliche Produkte gibt, müssen Piezogeneratoren noch spezi- fisch für den Anwendungsfall und die dort vorhan- denen Energiequellen maßgeschneidert werden. So wird eine Versorgung aus Vibrationsenergie immer an die vor Ort auftretenden Schwingungsamplituden und Frequenzen angepasst.« Langfristig wollen die Forschenden dies vereinfachen. Das Potenzial ist groß – nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Lo- gistik, der Gebäudetechnik oder im Smart Home. Nicht zuletzt erhöhen zudem die gestiegenen Energiepreise die Relevanz von Energy Harvesting – und die Anzahl der Anfragen aus der Wirtschaft. »Der Strom- hunger neuer Funktechno- logien und Mikroelektro- nikbauteile wird hingegen immer kleiner, sodass Energy- Harvesting- Module nun eine echte energieautarke Alternative zu Batterien oder Kabeln sind.« Dr. Peter Spies, Fraunhofer IIS 55 der Sensoren und der Geräte. Und davon sollen bis 2030 mehr als 25 Milliarden weltweit im IoT vernetzt sein, prognostizieren die Analysten. Zudem wird der Strom aus der Steckdose immer teurer. Warum also die Energie nicht gleich aus der unmittelbaren Um- gebung ernten – aus minimalen Temperaturunter- schieden, Vibrationen, Luftströmungen? Die Idee von Energy Harvesting, so der Fachbegriff, ist nicht neu. Kaum einer weiß das besser als Dr. Peter Spies, der schon seit vielen Jahren am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg daran forscht. »Frühere Mobilfunkmodule haben so viel Energie verbraucht, dass der Bedarf mit Energy Harvesting nur schwer zu decken war. Da hätten wir riesige Wand- ler gebraucht. Der Stromhunger neuer Funktechno- logien und Mikroelektronikbauteile wird hingegen immer kleiner, sodass Energy-Harvesting-Module nun eine echte energieautarke Alternative zu Batte- rien oder Kabeln sind.« Strom generieren aus Vibrationen Sein Augenmerk richtet der Forscher auf Vibrationen an Maschinen, Geräten oder Bauwerken sowie auf Temperaturunterschiede an Rohren, Leitungen oder k c o t S e b o d A / h c a e P : o t o F

S tolz hält Prof. Nico Lachmann einen Glaszylinder in den Hän- den, in dem eine Art Schneege- stöber tobt. Die Flocken bestehen aus sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC). Ihre ganz besondere Superkraft: Sie können sich unbegrenzt tei- len und in ganz unterschiedliche Zelltypen weiterentwickeln. Diese Eigenschaft nutzen der Forscher und sein Team am Fraunhofer- Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Hannover. »Wir regen die Stammzellen im Reaktor so an, dass sie eine bestimmte Art von Immunzellen ausbilden, die sogenannten Makrophagen«, erklärt Prof. Lachmann. Makrophagen, auch Fresszellen genannt, haben ihren Beinamen von ihrem Vorgehen gegen Eindringlinge: Sie umschlie- ßen die Keime oder Viren, zersetzen sie dann mittels eines Enzyms und machen sie so un- schädlich. Die Nachfrage nach solchen Designer-Im- munzellen in der Medizin und Pharmaindus- trie ist ebenso riesig wie ihr Potenzial: Mit ihrer Hilfe könnten die Wirksamkeit und Si- cherheit von Arzneimittelkandidaten direkt an menschlichen Zielstrukturen getestet wer- den. Dadurch wären Tierversuche, die nur als ungefährer Indikator für eine menschliche Reaktion dienen, künftig überflüssig. Gleiches gilt für die Kosmetikherstellung: Würde man Immunzellen zum Beispiel in künstliche Haut- gewebe einbringen, könnten sie noch präziser als bisher abbilden, wie ein menschlicher Or- ganismus auf einen Wirkstoff reagiert – ganz ohne Tierversuche. Auch die Qualitätskontrolle von Medika- menten können die vielseitigen Zellen ver- einfachen. Denn sie lassen sich genetisch so verändern, dass sie leuchten, wenn sie Ver- unreinigungen in Arzneimitteln oder Impf- seren aufspüren. Nico Lachmann, der sowohl die Arbeits- gruppe Angewandte Stammzell- und Trans- lationale Makrophagen-Forschung an der Me- dizinischen Hochschule Hannover MHH leitet als auch – im Rahmen des Fraunhofer-Förder- programms Attract – die Projektgruppe am Fraunhofer ITEM, blickt noch weiter in die Zukunft: »Es wäre sogar denkbar, die Luftqua- lität in geschlossenen Räumen mithilfe von Immunzellen zu prüfen, denn beim Einatmen sind es Makrophagen und andere Immunzel- len, die zuerst auf Schadstoffe in der Luft re- agieren.« Das wohl größte Potenzial liegt al- lerdings in ihrer therapeutischen Wirkkraft: Künstlich hergestellte und spezifisch an Pa- tientinnen und Patienten angepasste Immun- zellen könnten bald auch Krankheiten wie Krebs heilen. Um all dies weiter zu erforschen und zur Anwendungsreife zu bringen, ist der Bedarf an Designerzellen groß. Erstmals kontinuierliche, skalierbare Produktion von Immunzellen Doch sind maßgeschneiderte Immunzel- len bisher nur sehr begrenzt verfügbar. Der Grund: Lange konnte man die Makrophagen nur in 2D züchten, etwa am Boden einer Petri- schale. Das von Lachmann und seinem Team entwickelte, bislang einmalige Verfahren hin- gegen ist nach dem Schneekugel-Prinzip in 3D konzipiert. »Damit sind wir erstmals in der Lage, kontinuierlich größere Mengen der spe- zifischen, reifen Immunzellen herzustellen«, freut sich der Mediziner, der drei Jahre daran gearbeitet hat, den Prozess zu optimieren und zu standardisieren. »Die Stammzellen wer- den in der Lösung im Reaktorgefäß ständig in Bewegung gehalten, wobei Geschwindig- keit und Anstellwinkel des Mechanismus entscheidend sind. Mithilfe besonderer Bio- prozesse produzieren sie dann fortwährend die avisierten Immunzellen. Erst nach etwa drei Monaten erneuern wir die iPSC, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.« Die Methode funktioniert im Kleinen ge- nauso wie im großen, industriellen Maßstab so erfolgreich, dass die Forschenden bereits an weiteren Immunzellprodukten und zell- basierten Immuntherapien arbeiten, um neue Anwendungen zu erschließen. Aufgrund des großen Interesses von Pharmaunternehmen, Kosmetikherstellern und Forschungsinstitu- ten eruieren sie derzeit, wie sich die Techno- logie praktisch und wirtschaftlich verwerten lässt. Denn: »Eine Idee wird zur Innovation, wenn sie in die Anwendung gelangt«, ist Nico Lachmann überzeugt. »Mir ist es wichtig, dass meine Forschung den Weg in die Klinik zum Patienten findet.« M E T I r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i / O e h s o T : s o t o F 1 | 23 Stellt in seinem Schneekugel- Reaktor beliebig skalierbar Immunzel- len aus induzierten pluripotenten Stammzellen her: Prof. Nico Lachmann. Pioniere der Stammzell- forschung 2006 gelang es den Stamm- zellforschern Shin’ya Yama- naka und Sir John Bertrand Gurdon, reife Hautzellen in ursprüngliche embryonale, sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) umzuwandeln. Diese können sich anschließend wieder zu verschiedenen Zelltypen weiterentwickeln, zum Beispiel zu Immun- zellen. Dafür erhielten der Japaner und der Brite 2012 den schnellsten Nobelpreis der Medizingeschichte. 57

1 | 23 Platz 1: 2detect Fieber, Husten, Schnupfen – was steckt dahinter? Wenn im Herbst und Winter Grippe- und Corona- wellen aufeinandertreffen, ist es nahezu unmög- lich, die beiden Viruserkrankungen nur anhand der Symptome auseinanderzuhalten. Doch die optimale Therapie setzt eine schnelle Diagnose voraus. Ein fünfköpfiges Forschungsteam vom Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und An- gewandte Oekologie IME will im Projekt 2detect das für das Coronavirus bereits vorhandene und sehr zuverlässige LAMP-Testverfahren erweitern, sodass ein Nasenabstrich zeitgleich auf Corona- und Grippeviren hin untersucht werden kann: zwei Virentests in einem. Das spart Material, Kos- ten und Zeit – und ermöglicht so den frühzeitigen Start der richtigen Therapie. Auf dem Weg zum 2-in-1-Testverfahren: Lena Freund vom Projekt 2detect. Platz 3: Müllberge ade! 3,5 Millionen Tonnen Kunststoff-Abfall pro Jahr: Nicht erst seit der Coronakrise sind Krankenhäuser der fünftgrößte Müllproduzent in Deutschland. Denn egal, ob Spritzen, Tests, Verpackungen, Be- cher – meist werden in Kliniken Einweg-Produkte verwendet. Aus hygienischen Gründen werden diese Abfälle in der Regel nicht recycelt, sondern vollständig verbrannt. Susanne Kroll und Marc Luginsland vom Fraunhofer-Institut für Werkzeug- maschinen und Umformtechnik IWU planen, Kunststoffabfälle aus der Klinik erst zu dekonta- minieren und dann so aufzubereiten, dass das Rezyklat zur Herstellung neuer Produkte verwen- det werden kann. Zweite Chance für Einweg-Ware: Auch Klinikmüll muss nicht verbrannt werden. 59 Wasser wieder sauber machen: Forscher und Hobby-Taucher Steffen Roth hat da eine Lösung entdeckt. U W I , B G I , E M I r e f o h n u a r F , s e g a m i y t t e g : s o t o F Platz 2: Phosphatfänger Phosphat zählt zu den Nährstoffen, die die Was- serqualität stark belasten und im Extremfall dazu führen können, dass Gewässer schließlich kippen. Andererseits wird das Salz als wichtiger Dünge- mittel-Bestandteil in der Landwirtschaft dringend benötigt. Steffen Roth, Wissenschaftler am Fraun- hofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfah- renstechnik IGB in Straubing, will deshalb über biobasierte Proteine das Phosphat aus belasteten Gewässern ziehen und diese als Rohstoffquelle für die Landwirtschaft nutzbar machen. Mit diesem Vorgehen soll der Phosphatkreislauf geschlossen und gleichzeitig Gewässer geschützt werden.

1 | 23 10 Milliarden Kubikmeter Abwasser werden in Deutschland von mehr als 9000 öffentlichen Kläranlagen pro Jahr geklärt, gefiltert, gereinigt. Eine etwas andere Quelle für Rohstoffe: Der Blick auf industrielle Abwässer hat sich geändert. 61

1 | 23 »Besonders wichtig ist das Gefühl einer Echtzeit- Kommunikation, da jede Verzögerung für den Nutzer als störend empfunden wird.« Dr. Cornelius Hellge, Leiter der Gruppe »Multimedia Communications« am Fraunhofer HHI über mobile 5G-Netze arbeitet das Fraun- hofer HHI daher aktuell gemeinsam mit dem Projektpartner Deutsche Telekom AG. Ein großer Vorteil der Software ist laut Hilsmann die Omnipräsenz. Diese sei im Bereich der Lehre von besonderer Bedeu- tung. »Informationen sind durch die An- wendung für die Studierenden rund um die Uhr abrufbar. Gleichzeitig kann jeder- zeit eine Interaktion mit der lehrenden Person stattfinden, beispielsweise, wenn bei der Nachbereitung der Vorlesung noch Fragen auftauchen.« Umständliche E-Mail- Korrespondenz oder gar der Besuch von Sprechstunden könnte damit eines Tages der Vergangenheit angehören. Was die technischen Aspekte betrifft, befindet sich das Projekt auf einem sehr guten Weg. »Die Grundfunktionalität und die Einzelkomponenten sind bereits vor- handen. Jetzt geht es darum, diese in das Gesamtsystem zu integrieren«, erklärt Hell- ge. Anschließend wird sich das Team um die Detailoptimierung wie die bestmög- liche Qualität das Avatars und die Gesamt- latenz kümmern. Ziel ist es, bis Ende des Projekts 2024 den Use Case auf Demons- trator-Ebene zeigen zu können. Dieser wird dann nicht nur im Labor, sondern bereits über echte Netze laufen. Bis der Lehr-Avatar auch wirklich in der Studentenbude steht, müssen allerdings noch ein paar ethische Fragen beant- wortet werden, um die sich vor allem die Universität Rostock als Projektpartner kümmert. »Hier geht es zum Beispiel da- rum, sicherzustellen, dass der Professor im virtuellen Raum die Kontrolle behält«, erklärt Hellge. «Vielleicht möchte er ja nicht, dass man hinter ihn läuft. Solche Punkte müssen wir noch klären.« Und auch andere datenrechtliche Aspekte gilt es zu beachten. »Wir müssen beispiels- weise absichern, was mit den Bilddaten gemacht wird«, so Hilsmann. Der Daten- schutz spiele eine wichtige Rolle, da man zwar einerseits mit den Daten arbeiten, aber die Privatsphäre aller Beteiligten dennoch zu jeder Zeit schützen müsse. Laufende User Tests der Universität Rostock sollen die Nutzungsfreundlichkeit der Anwendung sicherstellen. Wird das Projekt gut angenommen, könnte es auch andere Bereiche des Alltags revolutionie- ren. »Die virtuelle Repräsentanz von Men- schen ist eine intuitive Schnittstelle der Kommunikation. Sie wird besonders span- nend in Bereichen, wo Interaktion not- wendig, aber nicht ausreichend mensch- liche Kapazität vorhanden ist«, konstatiert Hilsmann. Dies gelte zum Beispiel für das Therapiefeld oder auch für die Echtzeit- Kommunikation. Das Fraunhofer HHI setzt bereits Projekte zu diesen Themenberei- chen um. Müssen sich Menschen sorgen, dass der virtuelle Raum persönliche Kontakte in der Realität oder eines Tages auch ech- te Lehrende vollständig ersetzen wird? Auf keinen Fall, so Hellge und Hilsmann. »Der persönliche Kontakt ist noch mal etwas ganz anderes. Außerdem kann bis- her nur ein Teil der Wahrnehmung in den virtuellen Raum transportiert werden, nämlich Audio- und visuelle Aspekte«, bemerkt Hellge. All die anderen Sinnes- wahrnehmungen müssen – bislang – drau- ßen bleiben. Hilsmann betont, dass es vielmehr da- rum gehe, zusätzliche Alternativen anzu- bieten. »Immersive Medien sollen Mög- lichkeiten eröffnen für Situationen, in denen direkter Kontakt notwendig, aber nicht möglich ist.« Egal, ob es darum geht, besser für zukünftige Pandemien gewapp- net zu sein, der 200 Kilometer entfernten Kollegin mittags dreidimensional bei einem Kaffee gegenüberzusitzen oder eben doch den Professor auf die Studenten- Couch zu holen. I H H r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i / a v o r e z b O a e r d n A : s o t o F 63

1 | 23 Projekt DEFEND-CoV2 Um für künftige Pandemien durch virale Erreger besser gerüstet zu sein, haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immuno- logie IZI eine Impfstoff- und Wirkstoffpipeline auf- gebaut und eine Infrastruktur für das Austesten und Bewerten von Impf- und Wirkstoffen gegen SARS-CoV-2 insbesondere für kleinere Unterneh- men und akademische Institutionen geschaffen. Der Pathogen Analyzer Schnelle und zugleich verlässliche Auskunft über eine vorliegende Corona-Infektion liefert das mobile Ana- lysegerät, das die Fraunhofer-Institute IGB und IPT sowie das US-amerikanische Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation entwickelt haben. Wie beim PCR-Test wird das Erbgut der Viren in einem Nasen-Rachen-Abstrich nachgewiesen, das Ergebnis liegt aber bereits nach maximal 40 Minuten vor. 1 Was war Ihre persönlich wichtigste Lernerfahrung in den drei Corona-Jahren? Durch unseren Forschungsschwerpunkt Impfstoffe und Infektionspathologie mit dem Hochsicherheitslabor waren wir von Anfang an in verschiedenste Projekte und Stu- dien zur Pandemie eingebunden und sind es immer noch. Durch die vielen Anfragen – vor allem aus der Industrie – mussten wir lernen, schnell und flexibel zu sein. In kurzer Zeit haben wir unterschiedlichste Testsysteme aufgebaut, etwa wurden Luftbedingungen einer Flugzeugkabine im Labor nachgestellt und SARS-CoV-2 so untersucht. 2 Eine kleine Prognose, bitte: Wird die Forschung den viralen Gegner namens SARS-CoV-2 bald besiegen oder wenigstens in die Ecke drängen können? Besiegen kann man Viren nur, indem man sie komplett aus- rottet, aber das ist für SARS-CoV-2 sehr unwahrscheinlich. Allerdings wird man dem Virus den Schrecken nehmen durch Impfung oder Therapie. Bei beidem ist ja bereits viel passiert. Die vorhandenen Impfstoffe schützen vor schwe- ren Verläufen, und es sind viele Wirkstoffe in der Entwick- lung, welche einen Krankheitsverlauf abmildern können. 3 Welches Wissen der vergangenen drei Jahre könnte entscheidend sein, um eine nächste Pande- mie zu verhindern oder deren Verlauf zu mildern? Eine wichtige Erfahrung ist, dass Impfstoffe während einer Pandemie schnell zugelassen werden können. Allerdings müssen beim nächsten Mal die Nationen besser an einem Strang ziehen. Impfstoffe müssen billiger hergestellt und schnellstmöglich global verteilt werden. 1 Was war Ihre persönlich wichtigste Lernerfahrung in den drei Corona-Jahren? Das Eskalationsverhalten zwischen Corona-Leugnern und Impfgegnern, Impfkritikern und Corona-Skeptikern so- wie Corona-Verstehern und Impfüberzeugten war nicht gut und hat unseren gesellschaftlichen Zusammenhalt empfind lich gestört. Für die Zukunft habe ich gelernt, dass wir auch bei erheblichen Meinungsverschiedenheiten respektvoll miteinander umgehen müssen. 2 Eine kleine Prognose, bitte: Wird die Forschung den viralen Gegner namens SARS-CoV-2 bald besiegen oder wenigstens in die Ecke drängen können? Das Virus besiegt sich gerade ja selbst. Die Corona-Pande- mie ist endemisch geworden. Hoffen wir, dass es so bleibt und das Virus nicht durch die schlecht geschützten Bevöl- kerungsgruppen Anfang 2023 neuen Schwung bekommt. Ich bin aber sicher, dass wir das Problem durch Forschung in den Griff bekommen würden. Schnelle, rasch anpassbare und genaue Tests unterstützen die Pandemie-Bekämpfung. 3 Welches Wissen der vergangenen drei Jahre könnte entscheidend sein, um eine nächste Pande- mie zu verhindern oder deren Verlauf zu mildern? Wir haben viel dazugelernt. Der erste Lockdown war mei- nes Erachtens (fast) konsequent und richtig. Aber danach? Fehler oder Fehleinschätzungen haben hoffentlich zu ei- nem Lerneffekt beigetragen, sodass wir uns bei der nächs- ten Pandemie geschickter verhalten werden. Ich denke vor allem an die Kinder und Jugendlichen und die Abhängig- keit von Medikamenten aus dem Ausland. Dr. Sebastian Ulbert, Leiter der Abteilung Impfstoffe und Infektionsmodelle und stellv. Leiter des Fraunhofer- Instituts für Zell therapie und Immunologie IZI Dr. Achim Weber, Abteilung Funktionale Oberflächen und Materialien, Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bio- verfahrenstechnik IGB 65

Sie leiten das Geschäftsfeld Zukunfts- dialoge beim Fraunhofer ISI. Was erwartet uns 2023? Die Unsicherheiten werden weiter zunehmen. Wir sehen in einigen Bereichen, etwa beim Klimawan- del, dass wir bereits an Kipppunkte kommen. Und wenn komplexe Systeme solche Punkte erreichen, häufen sich die Turbulenzen. Eine konkrete Aus- wirkung auf uns wird in diesem Jahr die Entwick- lung von Covid in China haben, die wir auch an unseren Wertschöpfungsketten in Europa spüren werden. Aber, und das muss man klar sagen: Es können natürlich auch positive unerwartete Dinge passieren. Denn Unsicherheit muss ja nicht immer nur negativ sein. Mit welchen Fragestellungen beschäfti- gen Sie sich in Ihrem Bereich genau? Wir unterstützen mit den Zukunftsdialogen Grup- pen dabei, sich strategisch mit der Zukunft aus- einanderzusetzen, um besser mit Unsicherheiten umgehen zu können. Ziel ist es, den Blick zu weiten und auch für andere Perspektiven zu öffnen. Denn wie wir Zukunft denken, hat einen ganz starken Einfluss darauf, welche Möglichkeiten wir in der Gegenwart überhaupt sehen. Welche Methoden nutzen Sie dafür? Wir nutzen zwar auch Machine-Learning-Metho- den, um das, was in der Gegenwart passiert, besser wahrnehmen zu können. Zum Beispiel, um in den Sozialen Medien schneller zu sehen, in welchen Be- reichen eine große Dynamik zu erkennen ist. Aber das sind nur Hilfsmittel. Viel entscheidender sind interaktive Dialogmethoden wie Workshops oder Zukunftswerkstätten. Dort bringen wir Leute zu- sammen, die sich darüber austauschen, was diese Änderungen überhaupt bedeuten, und das eigene Vorstellungsvermögen erweitern. Es ist entschei- dend, diese kollektive menschliche Intelligenz zu nutzen. Was haben wir – mit etwas Abstand – kollektiv als Gesellschaft aus der Coronazeit für die Zukunft gelernt? Es ist bei allen ein viel größeres Bewusstsein dafür entstanden, dass wir Unsicherheit ernst nehmen und die Resilienz unserer Systeme stärken müssen. Um gestärkt aus einer Krise herauszugehen, ist es jedoch wichtig, sich eine gesellschaftliche Identität zu bewahren. Nur so können wir gemeinsam dar- aus lernen. Doch wir sehen jetzt, dass Krisen eben 1 | 23 Interview Dr. Philine Warnke auch zu einer Polarisierung führen können und je- de Gruppe ihre Lehren einzeln daraus zieht. Das hat ja auch der Club of Rome 2022 als größte Herausforderung unserer Zeit identifiziert: nicht etwa den Klimawandel, sondern unsere Un- fähigkeit zur gesellschaftlichen Verständigung und Zusammenarbeit. Was würden Sie der Politik ra- ten, um dies zu überwinden? Das kann ich nur unterstreichen. Dazu kann unse- re Arbeit auch einen kleinen Teil beitragen – etwa indem mehr Vorausschau-Initiativen etabliert wer- den, um Menschen zusammenzubringen und ge- meinsam Probleme zu lösen. Dabei ist es hilfreich, aus dem aktuellen Modus herauszukommen und eine längerfristige Perspektive einzunehmen. Da- durch kann man Dinge, die in der Gegenwart sehr konfliktbehaftet sind, oft etwas entschärfen. Und man sieht: Häufig bestehen mehr Gemeinsamkei- ten, als man vielleicht zunächst denkt. Die gilt es, herauszuarbeiten. Zudem gibt es noch weitere Initi- ativen wie zum Beispiel Bürgerräte, um Demokratie anders zu gestalten und zu stärken. — Das ganze Gespräch hören Sie im Podcast: 67 f o h m a W z n a r F / I S I r e f o h n u a r F , s e g a m i s u i t i r u a m / s o t o h P k c o t S y m a A / t r e b l l i G f f e J : s o t o F

AFRIKA Weißer Wasserstoff als alternative Energiequelle Natürlich vorkommenden Wasserstoff als innovative Energiequelle auf dem afrikanischen Kontinent zu erschließen, ist das Ziel des internationalen For- schungsprojekts HyAfrica im Rahmen des LEAP-RE-Programms. Dieser soge- nannte »weiße Wasserstoff« entsteht kontinuierlich durch geochemische Re- aktionen in bestimmten geologischen Formationen. Er könnte dazu beitra- gen, die Stromversorgung kleiner bis mittelgroßer Gemeinden zu sichern und Kosten zu verringern. Das Projekt konzentriert sich auf vier Regionen in Marokko, Mosambik, Südafrika und To- go. Die Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler identifizieren lokale Was- serstoffvorkommen und untersuchen, ob und wie diese für autarke Energie- anlagen genutzt werden können. Da- bei werden sowohl sozio-ökonomische als auch techno-ökonomische Auswir- kungen berücksichtigt, um für die jewei- lige Region angepasste Geschäfts- und Handlungsmodelle abzuleiten. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirt- schaft und Energiesystemtechnik IEE be- wertet auf Basis der Daten die Vor- und Nachteile der Wasserstoffnutzung in lo- kalen Energiesystemen und entwickelt sozial und wirtschaftlich verträgliche Lö- sungen zur Umsetzung. Diese sollen es den regionalen Behörden ermöglichen, erneuerbaren Wasserstoff in autonome oder bestehende Mini-Netzsysteme ein- zubinden. In einigen Regionen Afrikas liefert die Natur kostenlos Wasserstoff. EUROPA Bioelektronische Therapie bei Hirntumoren mit akademischen Zentren und Unter- nehmen aus ganz Europa sowie einer japanischen Universität. Das Implantat wird aus zellbasierten und elektroni- schen Komponenten entwickelt und kann autonom gesteuert und kontrol- liert werden. Es soll die Produktion von speziellen therapeutischen Exosomen anregen – kleine extrazelluläre Partikel umhüllt von einem Fetttröpfchen, die der Zell-Kommunikation dienen. Ein- gebaute Sensoren machen es möglich, die Entwicklung des Tumorwachstums kontinuierlich zu überwachen. Mithilfe von ultraschall-basierten Lösungen kann das Implantat zielgerichtet und effizient selbst tief im Gewebe mit Energie versorgt werden. Es gibt zahlreiche Hirntumor-Arten. Ihre Behandlung und Prognose sind sehr unterschiedlich. Implantierte, extern steuerbare Nano- netzwerke sollen zukünftig helfen, Hirntumore gezielt vor Ort zu bekämp- fen, und gleichzeitig ihr Wachstum überwachen. An der Technologie ar- beitet das Fraunhofer-Institut für Bio- medizinische Technik IBMT gemeinsam 1 | 23 Das Team von PreCare will die Impfraten deutlich erhöhen. SÜDAFRIKA Medizinische Vorsorge im Busch In ländlichen Gebieten Afrikas scheitert der Zugang zu moderner Gesundheits- vorsorge oft an mangelnder Mobilität. Das Projekt PreCare will das ändern: Um Vorsorgeuntersuchungen, Tuber- kulose-Tests und Impfungen in unzu- gänglichen Regionen zu ermöglichen, entwickeln die Fraunhofer-Institute für Schicht- und Oberflächentechnik IST und für Solare Energiesysteme ISE in Kooperation mit der südafrikanischen Universität Stellenbosch eine kosten- günstige medizinische Plattform. Sie kann problemlos auf einen Pickup montiert werden und ist so flexibel im Gelände einsetzbar. Der Prototyp der photovoltaisch betriebenen Kabine, die aus einer Wasseraufbereitungsan- lage inklusive elektrochemischer On- Board-Desinfektion, medizinischer Ausrüstung, Bluetooth-fähigen Unter- suchungsgeräten und satellitenbasier- tem Laptop besteht, wird nun in einer einjährigen Pilotphase von einer NGO in Südafrika getestet und an die loka- len Bedürfnisse angepasst. Die mobile Einheit unterstützt den Aufbau von Gesundheitsprogrammen und leistet einen wichtigen Beitrag, die Resilienz der Bevölkerung zu stärken. Für eine spätere Serienfertigung gibt es bereits Kooperationen mit örtlichen Unterneh- men, was Arbeitsplätze schafft und eine lokale Wertschöpfung ermöglicht. 69 o t o h p k c o t s i i e d e b / s n o i t c u d o r P f f o k n e d o r o G , 0 8 6 1 v y r r a h , y r a r b i L o t o h P e c n e i c S / o l l e i r a m r e F o r u a M , k c o t S e b o d A / t o h s e r u p , t r o p s i u d / n e d a j T r e v i l O : s o t o F

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1 | 23 Mit HUSKY A200 erforscht Michael Terzer bei Fraunhofer Italia Research, wie mobile Plattformen künftig autonom über Baustellen fah ren und beispiels- weise Lasten trans - portieren können. 66 % der Unter- nehmen im Bausektor klagen darüber, dass sie offene Stellen nicht mehr besetzen können. den Roboter manuell durch den Raum begleiten, mit dem Smartphone programmieren und selbst mit Ma- terial versorgen muss, dann ist er keine echte Erleich- terung und rechnet sich wirtschaftlich nicht.« Kollege Roboter: Cobots – Roboter, die dem Men- schen assistieren – könnten eine Art Zwischenschritt auf dem Weg zur vollautomatisierten Baustelle sein, glaubt Terzer. Hemmungen im Umgang mit den High- tech-Geräten werden abgebaut, der Nutzen schiebt sich in den Vordergrund. Auch Exoskelette könnten Ähnliches bewirken. Lange galten die äußeren Stütz- strukturen in der Branche als eine Spielerei, doch vor dem Hintergrund eines immer späteren Rentenein- tritts freuen sich viele Bauarbeiter, wenn ihre Tätig- keiten rücken- und gelenkschonender werden. Bei Sanierungen und dem Umbau bestehender Gebäude sieht Dietmar Siegele von Fraunhofer Italia hingegen Cobots nicht als Zwischen-, sondern als ei- ne sehr gute finale Lösung. »Der Neubau wird aus Nachhaltigkeitsgründen in den nächsten Jahren ra- sant an Bedeutung verlieren«, prognostiziert er. Re- novierungen, Ausbau, Umwidmung, Nachverdichtung oder Aufstockung sind allerdings stets individuelle Lösungen mit geringem Automatisierungspotenzial. »Wir müssen uns davon lösen, den Bauroboter im- mer nur als Ersatz für die menschliche Arbeit zu se- hen«, erläutert Thomas Kirmayr. »Wir müssen den gesamten Bau- und Designprozess eines Gebäudes neu denken, wenn wir wirklich spürbar mehr Produkti- vität erreichen sowie klimaneutral und rückbaufähig werden wollen.« Der Geschäftsführer der Fraunhofer- Allianz Bau glaubt deshalb mehr an eine Revolution der Branche als an eine Transformation. Seine Prog- nose: Innerhalb des nächsten Jahrzehnts werden wir in vielen Bereichen eine veränderte Baubranche vor- finden – hinsichtlich der verwendeten Materialien und der Kreislaufwirtschaft, aber auch bezüglich Bau- systemen und Automatisierungsgrad. »Entgegen vie- ler Meinungen glauben wir daran, dass gerade die sehr stark fragmentierte und mittelständisch geprägte Bau- branche kein Hindernis, sondern aufgrund ihrer Agi- lität ein Zukunftsmodell für diesen Wandel darstellt.« Ein weiteres Jahrhundert verstreichen zu lassen, oh- ne dass sich etwas grundlegend verändert? »Das kön- nen wir uns einfach nicht mehr leisten.« n a p p E E L Y T S - E V I L : o t o F »Der Neubau wird aus Nachhaltig- keitsgründen in den nächsten Jahren rasant an Bedeutung verlieren.« Dr. Dietmar Siegele, Fraunhofer Italia 73

1 | 23 Foto & Fraunhofer Es wie die Flattertiere machen Der Blick in die Natur inspiriert nicht nur Lyriker, sondern oft auch die Forschungs- welt: Für selbstreinigende Oberflächen etwa guckte sich die Wissenschaft De- tails bei der Blattstruktur der Indischen Lotusblume ab, für die Entwicklung des Klettverschlusses stand die Klettfrucht Pate. »Bionik« heißt die Disziplin, in der es um Erkenntnistransfer aus der Tier- und Pflanzenwelt auf technische Materialien und Anwendungen geht. Für das Projekt PaintVisco holten sich Forschende am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA die entscheidende Anregung von der Fledermaus. Um in völliger Dunkelheit Beute oder Hindernisse zu orten, senden die Flattertiere kurze Ultraschallrufe in die Nacht hinaus. Jeder Ruf besteht aus niedrigen wie hohen Schallfrequenzen, die fließend ineinander übergehen. Komplexes Fließverhalten verlaufender Lackfilme präzise simulieren zu können: Das war das Ziel von PaintVisco. Die Mess- daten hierfür liefert in der Regel ein Ro- tationsrheometer: Durch eine aufgesetzte Scheibe wird eine flüssige Lackprobe in Drehung oder Schwingung versetzt und dann gemessen, welche Kraft für die Ver- formung des Lacks benötigt wird. »Bishe- rige Geräte verhindern jedoch das Abdamp- fen der Lösungsmittel, die Ergebnisse sind daher für die Lackindustrie nur einge- schränkt aussagekräftig«, sagt Dr. Fabian Seeler vom Fraunhofer IPA. Außerdem werde meist nur mit einer einzigen Schwin- gungsfrequenz gearbeitet, was für virtu- elle Verlaufsprognosen nicht ausreicht. Das neue PaintVisco-Rheometer hin- gegen arbeitet – analog zur Fledermaus – mit ineinander übergehenden Frequenzen, sodass die Veränderung der viskoelasti- schen Lackeigenschaften beim Abbinden sehr viel genauer erfasst werden kann. Zu- dem wird der Lack nicht mehr durch eine geschlossene Scheibe, sondern durch meh- rere ineinanderliegende Ringe verformt. Das Lösemittel kann so durch den Spalt zwischen den Ringen verdampfen. »Unsere Messungen haben gezeigt, dass sich mit der multifrequenten Messtechnik die Veränderung der viskoelastischen Lack- eigenschaften über den gesamten Lackier- prozess ermitteln lässt«, bilanziert Seeler. Für die Industrie bedeutet das: verlässliche Simulationsergebnisse in kürzester Zeit, was die Kosten der Entwicklung neuer La- cke und Lackierprozesse erfreulich senkt. 75 l r e g e i Z n a i t s i r h C / e r u t c i p n a p l i : o t o F

1 | 23 Gefahr im Anflug? Fraunhofer-Forschende haben eine Methode entwickelt, mit der Drohnen in Echtzeit und in 3D erkannt und verfolgt werden können. Die Anordnung der Antennen und ein innovatives Radarsystem machen die Technologie weltweit einzigartig. Von Mehmet Toprak T ag für Tag belegen Bilder aus der Uk- raine, wie gefährlich Drohnen sein können: Sie zerstören kritische Infra- strukturen, stürzen die Bevölkerung in Dunkelheit und Kälte. Um zivile Gefahren etwa bei Großveranstaltungen abzuwenden, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Angewandte Fest- körperphysik IAF mit seiner 3D-Echtzeit-Milli- meterwellensensorik an neuen Wegen, Drohnen schnell zu erkennen. Herzstück der Technologie ist eine hochauflösende Millimeterwellenkamera, die im Frequenzbereich um 94 Gigahertz 3D-Ra- darbilder erzeugt. Den Bereich im W-Band (75 bis 110 Gigahertz) haben die Forschenden gewählt, da diese Frequenzen auch Regen, Schnee, Nebel, Staub und Sandwirbel durchdringen. Unterstützt und finanziert wird die Arbeit der Wissenschaft- lerinnen und Wissenschaftler vom Bundesver- teidigungsministerium. Mit klugem Einsparen mehr erreichen 3D-Radarmessungen entstehen grundsätzlich, wenn mehrere Sende- und Empfangsantennen zweidimensional angeordnet sind und dadurch neben Abstand und Geschwindigkeit von Objek- ten auch die Raumwinkel (Azimut, Elevation) bestimmt werden können. Bei einem zu detek- tierenden Objekt empfangen die Antennen die reflektierten Wellen; aus den winzigen Laufzeit- unterschieden berechnet das System die räumliche Lage des Objekts. Das innovative Radarsystem der Fraunhofer-Forschenden aus Freiburg verzichtet jedoch auf die zweite Antennendimension. Das er- möglicht eine kompaktere Bauweise und benötigt weniger Ressourcen. Die Einsparung wird durch die hohe Bandbreite der Halbleitertechnologie am Fraunhofer IAF realisiert. Frequenzsteuerbare An- tennen erfassen die zweite Raumdimension. »In- dem die Abstrahlrichtungen der Antennen mit der Frequenz schwenken, bekommen wir beide Winkel aus nur einer Antennenzeile, mit denen wir die Ob- jekte detektieren«, erklärt Christian Zech, Forscher am Fraunhofer IAF. »So entsteht eine dreidimen- sionale Messung der Flugbahn von Objekten.« Mehrere hundert Meter Reichweite Im Radar des Fraunhofer IAF sind jeweils acht Sende- und Empfangsantennen nebeneinander angeordnet. Diese hybride Apertur in Kombina- tion mit einem digitalen Modulationsverfahren im Backend ist weltweit einzigartig und bietet einen kompakten, resilienten und innovativen Systemansatz. Die Messung des Reflexionsverhal- tens des Flugkörpers und seines Flugverhaltens erlaubt durch den Abgleich mit einer Datenbank die Identifikation des Drohnentyps. Der komplette Vorgang vom Aussenden der Radarwelle bis zur Identifikation eines oder meh- rerer Flugobjekte ist in Millisekunden abgeschlos- sen – und das selbst in einer Entfernung von meh- reren hundert Metern. Ausgestattet mit diesen Daten könnte ein Abwehrsystem extrem schnell reagieren und gefährliche Drohnen durch Stör- strahlung vom Kurs abbringen oder unschädlich machen. Mit dem am Fraunhofer IAF entwickelten Radarsystem lassen sich so nicht nur Großveran- staltungen (beispielsweise in Sportstadien), son- dern auch Kraftwerke, Staudämme oder strategisch wichtige Punkte von Gas- und Stromnetzen vor potenziellen Drohnenattacken schützen. Der besondere Frequenz - bereich der hochauflösen- den Millimeter- wellenkamera ermöglicht es, auch Regen, Schnee, Nebel, Staub und Sandwirbel zu durchdringen. 77 a p d / s s e r P c i f i c a P / v e s u G r d n a s k e A l : o t o F

Fraunhofer vor Ort 1 | 23 Hannover Nürnberg München Nürnberg 14. – 16.03.2023 Embedded World Internationale Fachmesse und Konferenz für Embedded-Systeme München 17. – 22.04.2023 BAU Weltleitmesse für Architektur, Materialien, Systeme Hannover 17. – 21.04.2023 Hannover Messe Weltleitmesse der Industrie Hochtechnologie und innovative Lösungen zur Bewältigung der globalen industriellen Heraus- forderungen München 9. – 12.05.2023 Transport und Logistik Weltleitmesse für Logistik, Mobilität, IT und Supply Chain Management Fraunhofer-Magazin Das Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten Wollen Sie das Fraunhofer- Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten – kostenlos? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellen Krieg, Energiekrise, Klimawandel Wie kann Künstliche Intelligenz helfen? 2 2 | 2 Schutz und Sicherheit Neue Zeiten, neue Herausforderungen, neue Lösungen Im Spiegel der Zeit Caroline Schweitzer, Geschäftsführerin des Fraunhofer-Leistungs bereichs VVS, bei der Internationalen Luft fahrtmesse in Berlin Corona: Schneller, sicherer, objektiver informiert So misst das mobile Fraunhofer- Labor die Virusbelastung »Cybersicherheit wird zur Daueraufgabe« Digitalminister Volker Wissing im Interview 79 1 | 23Nachhaltig fahren Energie vom AutodachKI in der Medizin:mehr Tempo fürschnellere Heilung»Wir brauchen mehr Investitionen in die Digitalisierung!«Judith Gerlach, Deutschlands erste Digitalministerin, im InterviewSo machen Daten gesundBilliger bauenHohe Kosten, fehlende Fachkräfte – bereit für Robotik?Sina Mackay, Data Scientist am Fraunhofer IAIS3 | 22Brustkrebs: Zellen-Fahndung im BlutNeue Diagnose – schneller, schonender, effizienter»Wir sind in der angewandten Forschung gut aufgestellt!«Bundestagspräsidentin Bärbel Bas im InterviewUnsereEnergie Woher sie kommtWie wir sie sichernProf. Clemens Rohde, Fraunhofer ISIGrün isst die Zukunft Nahrung für alle – aus dem Meer