Deepfake & Desinformation So hilft Forschung gegen Manipulation 4 2 | 2 Wasser marsch! Wie wir mit dem Überlebensmittel besser wirtschaften Gründen mit Fraunhofer Vom Ein-Mann-Unternehmen zum Erfolg mit Laser-Technologie »Wir nehmen die Lage ernst!« Bundesinnenministerin Nancy Faeser im Interview Dr.-Ing. Marius Mohr, Fraunhofer IGB

2 | 24 Editorial Prof. Holger Hanselka Deutschland 330 Milliarden Euro Wertschöpfung zusätzlich generieren lassen. Wir sehen: Es wird sich lohnen, Ängste zu überwinden. Wir werden profitieren, wenn wir die Risiken meistern. Wir werden die Chance gewinnen, die technologi- sche Souveränität des Industriestandortes Deutschland im europäischen Verbund langfristig zu stärken. Ein nützlicher Partner auf diesem Weg wird die Fraunhofer- Gesellschaft sein, gerade auch für den Mittelstand. Fraun- hofer ist sehr früh in die Entwicklung generativer KI einge- stiegen und hat mehr als 50 Millionen Euro an Eigenkapital in den Kompetenzaufbau investiert. Über ihre Institute ist die Fraunhofer-Gesellschaft an der Entwicklung großer souverä- ner und anwendungsorientierter KI-Modelle wie OpenGPT-X und EuroLingua beteiligt. Nur als ein Beispiel von vielen: Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT engagiert sich in mehreren Projekten mit der Industrie bei der Einführung von KI in der betrieblichen Praxis. Solche Verbindungen in der Anwendung, solche Formen der Zusam- menarbeit helfen Unternehmen, die Risiken zu minimieren und die Chancen zu maximieren. Fraunhofer mit seiner For- schungserfahrung steht dabei gerne zur Seite. Lassen Sie uns gemeinsam – Industrie, Mittelstand, Forschung – weiter an innovativen Lösungen arbeiten. Für den Wohlstand. Für die Gesellschaft. Für unsere Zukunft. Ihr Prof. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft — Zum Positionspapier »Generative KI« Risiken minimieren, Chancen maximieren Von Prof. Holger Hanselka Die Meldungen überschlagen sich tagesaktuell in den Me- dien. Künstliche Intelligenz (KI) schafft völlig neue Mög- lichkeiten der Manipulation von Massen, alarmierend ge- rade in Zeiten, in denen entscheidende Wahlen anstehen – in Deutschland, in den USA. Auch Bundesinnenministerin Nancy Faeser warnt vor den Herausforderungen. »Die Täter werden immer professioneller«, sagt sie im Interview mit dem Fraunhofer-Magazin (s. Seite 46). Das ist der politische Aspekt. Und der wirtschaftliche? KI kostet Arbeitsplätze. KI schafft Arbeitsplätze. KI revolutioniert unsere Arbeits- welt. Alles scheint möglich. Und wie immer, wenn so vieles sich zu verändern scheint, disruptiv und radikal, dann wachsen die Hoffnungen und ebenso die Ängste. Bei all den sicher auch berechtigten Sorgen angesichts der Risiken: Für mich persönlich überwiegen ganz klar die Chancen. Allein schon KI-gestützte Robotik wird die Wett- bewerbsfähigkeit unseres Industriestandortes steigern. KI wird im Kampf gegen Krebs ganz neue Potenziale erschlie- ßen. KI wird die Effizienz unseres Energiesystems steigern – und damit auch die Energiewende befördern. Die DZ Bank hat gerade die Ergebnisse einer repräsentativen Um- frage im Management von 1000 mittelständischen Unter- nehmen veröffentlicht. Danach versprechen sich die Ge- schäftsführerinnen und Geschäftsführer durch den Ein- satz von generativer KI Hilfe bei der Informationsbeschaf- fung (30 Prozent) und Kreativität (24 Prozent). Und bei einem ihrer allergrößten Probleme: Fast 60 Prozent der Befragten geben an, dass generative KI ihnen bei der Be- wältigung bürokratischer Lasten helfen werde. Auch wir bei Fraunhofer beziehen Stellung. In unserem jüngsten Positionspapier zu generativer KI betonen wir, wie entscheidend eine schnelle, bürokratiearme und vor- ausschauende Umsetzung des EU Artificial Intelligence Acts sein wird. Entscheidend wichtig wird es auch werden, Innovationspartnerschaften zwischen der Industrie, dem Mittelstand und der angewandten Forschung zu fördern. Nur so werden wir generative KI mit dem gebotenen Tem- po und der nötigen Breite in die industrielle Anwendung bringen. Eine aktuelle Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) in Köln geht davon aus, dass sich durch generative KI-Anwendungen für die Volkswirtschaft in zurück zu Seite 1 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

2 | 24 27 Die Luft ist rein Geflügelställe mit UV-Licht keimfrei halten 28 Stimme aus der Wirtschaft Oliver Zipse, Vorstands- vorsitzender der BMW AG 30 Bakterien unschädlich machen – Resistenzen verhindern Parodontitis bekämpfen ganz ohne Antibiotika 35 Staffellauf des Wissens, Folge 12 Umbruch und Aufbruch: Wie wird KI unsere Welt verändern, Herr Prof. Hanselka? 50 Seltene Krankheiten schneller erkennen Wie KI den Leidensweg von Betroffenen verkürzen kann 52 Autos (fast) ohne Neumaterial Ein Forschungsteam arbeitet am recycelbaren E-Auto 60 Es werde Licht! Wie lässt sich mehr Sonne ins Büro holen? 56 Schlauer Spion 30 Zahnfleisch- bluten ade! Mit einer neuen Paste Parodontitis effektiv vorbeugen 72 RoboKeeper – der schnellste Torwart der Welt Ein Roboter aus dem Fraunhofer IML macht Manuel Neuer Konkurrenz Smarte Sensoren geben Auskunft über den Zustand von Materialien 74 Leinen los! 54 Auftanken während der Pause 58 Fraunhofer international Schnelllade-Infrastruktur für Elektro-Lkw im Fernverkehr 62 High five! Der Gecko hat Superkräfte – wie die Forschung von der Schuppenechse lernt. 60 Es werde Licht! Das Tageslicht in Innenräumen besser nutzen, ohne dass die Sonne blendet 62 Foto & Fraunhofer Haften wie der Gecko 64 Erfolgreich mit Lasertechnologie Eine Fraunhofer-Ausgründung unterstützt Firmen seit 25 Jahren erfolgreich beim Laserhärten 66 Fit für das 21. Jahrhundert Wie gut sind Schülerinnen und Schüler für die Arbeitswelt von morgen gerüstet? 68 »Darm auf 16 Beinen« Die Raupe des Tabakschwärmers hilft, Morbus Crohn und andere Erkrankungen zu erforschen 70 Glas heilt Brüche Wie sich Frakturen schneller und zuverlässiger kurieren lassen Winzige U-Boote sollen in unse- rem Körper Medikamente direkt an ihren Einsatzort bringen 76 Forschungspreise Die Preisträger, die Projekte: Vier wegweisende Entwicklungen 84 Verräterische Spuren Wie lassen sich Hyperschallwaffen präzise erfassen und verfolgen? 87 Fraunhofer vor Ort Nur 8 Prozent der deutschen Flüsse und Bäche sind gesund, ermittelte das Umweltbundesamt 2021. Bis 2027 sollen alle Gewässer in einem guten ökologischen Zustand sein, bestimmt die europäische Wasserrahmenricht- linie. Von diesem Ziel sind wir laut aktuellem Umweltmonitor noch weit entfernt. 8 i l e r u t c i p n a p / g r e b e g g ü R s i d r o h T , k c o t S e b o d A / a y a k s d e s n o S , s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / n o s f f e s o J , T I S r e f o h n u a r F / i a . t r a a e s t i m t e t i e b r a e b o t o h p k c o t s i , f i a l / h c i l ü J r e t e P , h c s r i H r e v n E : t l a h n I s o t o F 5 n u a r B r e t e D i , f i i a L / n e P s a e r d n A ; h c s r i H r e v n E : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F

2 | 24 Mehr Sicherheit im Straßenverkehr Einen Blinker, der nicht nur am Fahrzeug selbst, son- dern auch auf der Straße die gewünschte Fahrtrichtung anzeigt, haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entwickelt. Dafür projiziert er eine dynamische Sequenz von Win- kelzeichen mit einer Beleuchtungsstärke von mehr als 7000 Lux auf die Fahrbahn – und ermöglicht so auch bei Tageslicht eine gute Sichtbarkeit. Das zweiseitige Mikrolinsenarray (MLA) besteht aus einer Anordnung von pfeilförmigen Mikrolinsen (Lens- lets) auf der Licht-Eingangsseite und kleineren quadra- tischen auf der Ausgangsseite. Durch die Beleuchtung des MLA unter unterschiedlichen Einfallswinkeln werden Lichtpfade zwischen bestimmten Kombinationen von Eingangs- und Ausgangslenslets gelenkt. Der Designan- satz ermöglicht es, mit einem einzigen Projektor-System Winkelzeichen an unterschiedlichen Positionen zu er- zeugen, was die Montage vereinfacht sowie Kosten und Platzbedarf reduziert. Hergestellt werden die zweiseitigen Mikrooptikarrays mithilfe von Grautonlithographie. Anschließend werden sie als Polymer-auf-Glas Tandemarrays repliziert. Die Kombination von Polymer und Glas ermöglicht dabei eine präzise Kontrolle der optischen Eigenschaften, weil das Polymermaterial gezielt auf die Glasoberfläche auf- getragen und geformt werden kann. Der projizierende Blinker ist nur 35 x 35 x 55 Millimeter groß, hat aber eine hohe Lichtintensität. Die Zahl der pflegebedürftigen Menschen wird sich bis 2055 um rund 37 Prozent erhöhen, prognostiziert das Statistische Bundesamt. Künstliche Intelligenz unterstützt bei Langzeitpflege Ein wissens- und datengetriebenes Assistenzsystem für die professionelle Prozessgestaltung in der Langzeitpfle- ge entwickelt und erprobt das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gemeinsam mit Partnern im Projekt ViKI pro. Das KI-basierte System erlaubt Expertinnen und Experten, individuelle Pflege- bedürfnisse zu erheben und geeignete Maßnahmen auf Grundlage von digitalisiertem Fachwissen zu planen. Die Dokumentation der durchgeführten Pflegemaßnahmen in der Webanwendung wird auch für die Gewinnung von Erfahrungswissen genutzt, das für zukünftige Planungen verwendet werden kann. Wichtig ist eine gute Datenbasis. Daher wird jeder Pflegefall mit umfangreicher und detaillierter Anamne- se inklusive Risikomatrix erfasst, wobei zahlreiche Fak- toren wie Bettlägerigkeit, Selbstversorgung, Übergewicht, Depression etc. berücksichtigt werden. Das System schlägt davon ausgehend mittels Künstlicher Intelligenz geeig- nete Pflegemaßnahmen vor, unter denen die Pflegepla- nerinnen und -planer aufgrund ihrer Erfahrungen aus- wählen. ViKI pro soll helfen, die Versorgungsqualität in der stationären Pflege zu verbessern und knappe Res- sourcen zu schonen. zurück zu Seite 1 7 F O I r e f o h n u a r F , ) 3 ( o t o h p k c o t s i e l l a / i a m a P t n a n a s s a n a M y h p a r g o t o h P e , l y t s e f i L y t i C e l t t i L , l g e o s : 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: Monika Landgraf (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Manuel Montefalcone, Lisa Scher- baum, Kathrin Schwarze-Reiter, Franziska Sell, Stefanie Smuda, Mehmet Toprak, Anja Wächter, Yvonne Weiß, Ulla Wolfshöfer Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Enver Hirsch Druck: Kolibri Druck, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2024 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/ fraunhofer 2 | 24 Nitrosamine können sich in Fleisch bei hohen Temperaturen ab 130 Grad Celsius bilden. Nicht immer gesundheitsschädlich Die Grillsaison kommt auf Hochtouren – und damit die Warnungen vor Nitrosaminen in angekokeltem Grillfleisch und Würstchen. Eine aktuelle Studie des Fraunhofer ITEM zeigt: Nicht alle sind gefährlich. A mine stecken nicht nur in Lebens- mitteln, sondern wegen ihrer ho- hen pharmakologischen Wirk- samkeit auch in vielen Medikamenten. Wenn sie im sauren Milieu des Magens auf Nitrite aus der Nahrung treffen, können sich Nitrosamine bilden. Die Verbindun- gen gelten als krebserregend und erbgut- verändernd. Im Auftrag der Europäischen Arznei- mittel-Agentur EMA untersuchte ein Team des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Ko- operation mit weiteren Partnern, bei wel- chen Wirkstoffen ein erhöhtes Risiko be- steht. Dr. Sylvia Escher, Abteilungsleiterin In-silico-Toxikologie: »Glücklicherweise haben sich nur bei vier der untersuchten zwölf Substanzen Nitrosamine in relevan- ten Mengen unter realistischen physiolo- gischen Bedingungen entwickelt.« Durch weitergehende Untersuchungen in Zell- kulturen konnte das Forschungsteam zu- dem zeigen, dass bei Weitem nicht alle Ni- trosamine mutagen wirken. »Vor allem größere Nitrosamine, die eine komplexe- re Struktur haben, sind weniger aktiv und damit weniger besorgniserregend«, erklärt Dr. Christina Ziemann, Arbeitsgruppen- leiterin Genetische Toxikologie. Die Ergebnisse bestätigen ein neues Bewertungssystem der EMA, das Nitros- amine anhand bestimmter Strukturmerk- male in fünf Kategorien unterteilt – von »hochgradig potent« bis »weitgehend un- bedenklich«. An Nitrosamine adaptierte, besonders sensitive In-vitro-Testsysteme sollen helfen, kritische Nitrosamine, bei denen weitere Untersuchungen notwendig sind, frühzeitig auszusortieren und so ins- gesamt die Zulassung von Medikamenten zu beschleunigen. zurück zu Seite 1 9 ) 3 ( o t o h p k c o t s i e l l i a / c i g Z n e z a r D , s a t o n r e B s i t y R , . C d r a n o e L : s o t o F

2 | 24 Saubere Sache: Dr. Lukas Kriem sucht am Fraunhofer IGB nach Wegen, Abwasser besser zu nutzen. Für das Fraunhofer-Magazin ging er aber lieber im Swimmingpool baden. zurück zu Seite 1 11

2 | 24 »Unser Ansatz ist, Insellösun­ gen zu einem System zu ver­ knüpfen, um die Effizienz der Trinkwasser­ versorgung zu steigern.« Susanne Liane Buck, Fraunhofer IAO Brücken bauen: Soziologin Buck will das Wassermanagement in einem Bremer Quartier durch Vernetzung aller Stakeholder optimieren. zurück zu Seite 1 13

einer zweiten Versorgungsleitung im Haus, die »Wasser zweiter Klasse« spenden wür- de etwa für das Gießen der Blumen, sieht Dr.-Ing. Marius Mohr deshalb kritisch: »Mit mehreren Versorgungsnetzen steigt das Risiko von Fehlanschlüssen und das kann man sich im Trinkwassersektor nicht er- lauben. Sobald geringste Qualitätszweifel aufkommen, zapfen die Menschen ihr Trinkwasser schnell nicht mehr aus dem Wasserhahn, sondern kaufen vermehrt in Plastik- oder Glasflaschen, was den Nach- haltigkeitsgedanken wieder zunichte- macht.« Projekte wie InDigWa können aber auch zum Erhalt der Wasserqualität beitra- gen. »Zunehmend lange Hitzeperioden bringen auch hygienische Probleme mit sich, etwa eine steigende Gefahr von Le- gionellen im Wasser«, erklärt Susanne Liane Buck. Durch eine kontinuierliche Datenerhebung lassen sich die kommu- nalen Kontrollen künftig wohl effizienter gestalten. Für den Endverbraucher könnte die Rückmeldung der eigenen Verbrauchszah- len beispielsweise via App ein Aha-Erleb- nis bieten: Wer weiß schon, wie viel Was- ser für die Morgendusche oder das Gießen der Blumen durch den Hahn fließt? Derlei Alltagsnutzung in Zahlen fest zuhalten und dem Verbraucher – egal, ob Privatmensch oder Unternehmen – zu rückzuspielen, ist auch das Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförder- ten Projekts Crowd Water: Unter der Ge- samtkoordination des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT werden ausgewählte Haushalte und Ge- werbe mit intelligenten Messgeräten aus- gestattet und zu einem »Living Lab« ver- netzt, also einem virtuellen Labor, das die Wassernutzung in unterschiedlichen Sek- toren unter Realbedingungen erfasst. »Unser Ziel ist, eine dezentrale Daten- plattform zu entwickeln, mit deren Hilfe der Wasserverbrauch ereignisspezifisch gemessen und dem Verbraucher zurück- gemeldet wird«, erklärt Dr. Marc Jentsch, IT-Experte am Fraunhofer FIT. »Im An- schluss analysieren wir, inwiefern die Kenntnis der Nutzungsdaten den Verbrauch verändert und welche Anreize zu einem nachhaltigen Umgang mit Wasser anre- gen.« Aktuell suchen Jentsch und sein Team noch Privathaushalte sowie produzieren- des Gewerbe aus den Kreisen Troisdorf, Kirchen (Sieg) und Hennef mit Interesse an einer Teilnahme am Living Lab (mehr unter https://crowdwater.info). Bereits mit dabei ist eine Sportschule, die bislang den Wasserverbrauch nur an einem Gesamtzähler ablesen kann, im Detail aber nicht weiß, wie viel Was- ser etwa auf Kosten des Schwimmbads, der Duschen oder der Bewässerung von Grünanlagen gehen. Jentsch: »Dort erhofft man sich, künftig mit intelligenter Senso- rik den jeweiligen Verbrauch in Echtzeit monitoren zu können.« Die beteiligten Versorger hingegen sehen großes Opti- mierungspotenzial im Detektieren von Lecks. »Wir werden durch CrowdWater das Sensorik-Netz deutlich verdichten, Der weltweite Wasserverbrauch hat sich zwischen 1930 und 2000 versechsfacht – bei einer Ver­ dreifachung der Weltbevölkerung. (Quelle: BPB) um eine Leckage sehr viel schneller erken- nen und beseitigen zu können«, verspricht Jentsch. Weltweit gehen laut einer Studie der International Water Association täg- lich 346 Millionen Kubikmeter Wasser auf dem Weg zum Verbraucher verloren, in Deutschland geht man von etwa 400 Millionen Kubikmeter Wasserverlust pro Jahr aus. 2 | 24 Landwirtschaft: Wenn Pflanzen nur mit Wasser wachsen Ein Verlust, den man immer weniger akzeptieren darf. Denn Wasser ist nicht nur selbst ein Lebensmittel, sondern auch das Fundament der Lebensmittel- produktion. 69 Prozent der weltweiten Wasservorräte aus dem Grundwasser sowie Binnengewässern werden heute von der Landwirtschaft verbraucht. Da aber die Weltbevölkerung wächst, gehen Prognosen von einem um bis zu 50 Pro- zent steigenden Durst des Agrarsektors bis 2050 aus – während zugleich klima- bedingt das Wasser knapp wird. Der Ansatz der Hydroponie erscheint da auf den ersten Blick widersinnig: Pflanzen nicht mehr in Bodensubstrat, sondern komplett in Wasserbehältern wachsen zu lassen – erhöht das nicht sogar den Wasserverbrauch? Nein, widerspricht Marc Beckett, der sich am Fraunhofer IGB mit der Entwick- lung und Implementierung nachhaltiger Wassermanagement- und Wassernutzungs- systeme beschäftigt. Zum einen kann das Wasser, aus dem die Pflanze die benötigten Nährstoffe zieht, im Kreislauf geführt, al- so immer wieder neu angereichert und verwendet werden, während es beim kon- ventionellen Anbau im Boden versickert oder auch verdunstet. Dadurch erreicht das Wasser nicht die Pflanze, was zu einem höheren Wasserverbrauch führt. »Hier sind durch Hydroponie Wassereinsparungen von bis zu 90 Prozent möglich«, erklärt Be- ckett. Zum anderen benötigt diese Form des Anbaus deutlich weniger Fläche, kann durch Standortunabhängigkeit auch im urbanen Umfeld implementiert werden und erlaubt »vertical farming«, also den Anbau in der Vertikale. Noch wichtiger in Sachen Wasserein- sparung ist der Fakt, dass für den hydro- ponischen Anbau nicht zwingend Trink- wasser verwendet werden muss, sondern auch Abwasser, das natürlich vorab gerei- nigt und – etwa durch UV-Licht, Memb- ran- oder Aktivkohlebiofilter – von Keimen und Schadstoffen befreit wurde. In dem Projekt HypoWave sowie dem Nachfolger- projekt HypoWave+, in denen sich das Fraunhofer IGB einbringt, werden Lösun- gen entwickelt für eine hydroponische zurück zu Seite 1 15

2 | 24 zurück zu Seite 1 17

2 | 24 demonstrieren die Forschenden auf der Kläranlage Erbach in Baden-Württemberg die Produktion von Wertstoffen aus Klär- schlamm. »Vor allem der im Schlamm- wasser hochkonzentriert vorliegende Stickstoff ist interessant«, erklärt Marius Mohr. Üblicherweise wird Stickstoff ener- gieintensiv zu Düngungszwecken aus der Luft gewonnen. Eine frühe Abtrennung von Stickstoff könnte außerdem die Emis- sionen des üblicherweise beim Abbau ent- stehenden klimaschädlichen Lachgases verhindern. Industrie: Wasser im Kreis führen, Rohstoffe zurückgewinnen Die in der Fraunhofer-Allianz SysWasser vereinten Forschungsinstitute fahnden auch nach Innovationen zur Aufbereitung von industriellen wie kommunalen Ab- wasserströmen, sodass das Wasser dem produzierenden Gewerbe oder der Land- wirtschaft erneut zur Verfügung gestellt und dadurch im Kreislauf geführt werden kann. Der Hebel für ein nachhaltiges Was- sermanagement ist hier groß: In Deutsch- land liegt der Wasserverbrauch des pro- duzierenden Gewerbes bei 4,5 Milliarden Kubikmetern jährlich. Parallel zum Be- streben, Wasser einzusparen, wächst in der Wirtschaft das Bewusstsein dafür, dass im Prozesswasser oftmals Chemika- lien oder Reststoffe enthalten sind, die in- dustriell erneut genutzt werden könnten. Aus Abwässern metallverarbeitender Be- triebe könnten sogar teure Rohstoffe wie Silber oder Kupfer extrahiert und wieder dem Stoffkreislauf zugeführt werden. Dieser Aspekt macht die Rückgewinnung nicht nur aus ökologischen, sondern auch aus ökonomischen Gründen spannend. Was steckt im Wasser? Um das heraus- zufinden, wurde am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS eine Integrationstechnologie entwickelt, mit der künftig mit nur einem Sensorchip kontinuierlich parallel und in Echtzeit Wasserparameter wie pH-Wert, Nitrat-, Phosphat- und Kaliumkonzentration ge- messen werden können. Auf dem Chip sind mehrere sogenannte ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) integriert, mit deren Hilfe sich die Konzentration zahlreicher Ionen im Wasser bestimmen lässt. Dr. Olaf R. Hild, Leiter des Geschäfts- felds Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS, ist überzeugt: »Ein derartiges Mess- system eröffnet neue Möglichkeiten Freunde frischer Fische: Dr. Henrike Seibel und Michael Schlachter von der Fraunhofer-Einrich- tung IMTE setzen auf Kreislaufwirtschaft. die gelösten Nährstoffe umsetzen«, erklärt Michael Schlachter. Dies vermindert nicht nur Emissionen und erleichtert dadurch die Aufreinigung des Wassers, sondern er- höht auch die Produktvielfalt. »Aquakulturen haben im Bewusstsein der Konsumenten oft einen schlechten Ruf – doch zu Unrecht«, findet Henrike Seibel. Denn die Zeiten, in denen die Betreiber in großen Mengen Antibiotika einsetzten, um Krankheiten im Fischbestand zu verhin- dern, seien vorbei: »EU-weit kann man als Verbraucher oder Verbraucherin davon aus- gehen, dass in Aquakulturen nur noch in Ausnahmefällen Antibiotika eingesetzt wer- den.« Denn in der Aquakultur ergeben sich längst bessere Möglichkeiten wie die vor- beugende Impfung der Tiere oder in Kreis- laufsystemen die volle Kontrolle über die Wasserqualität und den Einsatz etwa von UV-Licht zur Entkeimung. Aquakulturen, so Seibel, »sind in der Regel deutlich besser kontrolliert als das Wasser in den Ozeanen«. — Aquakultur@Fraunhofer Kompetenzen bündeln: Mehr Informationen unter www.aquakultur.fraunhofer.de zurück zu Seite 1 19

2 | 24 »Unser Ziel ist, am Ende des Projekts eine Pilotanlage errichtet zu haben, die belegt, dass diese Methode auch im großen Maßstab wirtschaftlich einen Sinn ergibt.« Dr. Cleis Santos, Fraunhofer IFAM Lichtblick: Dr. Cleis Santos forscht am Fraunhofer IFAM an der Rückgewinnung kritischer Materialien aus Abwasser durch elektrochemische Prozesse. zurück zu Seite 1 21

Dr.-Ing. Ursula Schließmann, Stv. Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und Geschäftsstellen- leiterin der Fraunhofer-Allianz SysWasser »Auf Pflanzen um steigen, die Trockenperioden überstehen.« 1 Welche Wasserressource sollte eine größere Rolle bei der Bewältigung der drohenden globalen Wasserknappheit spielen? Es gibt – daran arbeiten wir auch am Fraunhofer IGB – dezentrale Lösungen, etwa die Wassergewinnung aus Luft- feuchtigkeit. Insgesamt sehe ich aber die Notwendigkeit, Wasser vermehrt im Kreislauf zu führen. In der Allianz SysWasser arbeiten wir an konzeptionellen und techni- schen Lösungen, um Wasser zielgenau aufzubereiten und Überwachungs- und Regelungssysteme aufzubauen. So wird die Voraussetzung dafür geschaffen, aufbereitetes kommunales Abwasser zukünftig gefahrlos etwa für die Bewässerung in der Landwirtschaft zu nutzen. 2 Inwiefern kann Digitalisierung dazu beitragen, die Wasserwirtschaft zu optimieren? Sensoren, Modellierungen, Digitale Zwillinge oder KI bieten unglaubliches Anwendungspotenzial für das Ressourcen- management, etwa bei der Überwachung von Wassermen- gen und -qualitäten oder der Optimierung technischer Anlagen für die Wasseraufbereitung. Am Fraunhofer IGB etablieren wir effiziente Dateninfrastrukturen, welche die Prozess-, Anlagen- und Sensordaten kommunikativ mitei- nander verbinden, sodass wir auch das Gesamtsystem steu- ern können. Für ein hydroponisches Gewächshaus ohne Erde können wir auf diese Weise Lösungen für konkurrie- rende Zielstellungen identifizieren. Das heißt, Nährstoffe im Zuge der Abwasserreinigung zu entfernen und gleichzeitig die Pflanzen ausreichend mit Nährstoffen zu versorgen. 3 Ihr Tipp für den Alltag: Wie kann der Privat- mensch seinen Wasserverbrauch signifikant reduzieren? Die größten Effekte lassen sich dort erzielen, wo im Haus- halt am meisten Wasser verbraucht wird: im Bad und in der Küche. Hier etwa die Wasserspartaste an der Toilette nutzen oder das Wasser abstellen, wenn es nicht gebraucht wird (z. B. beim Zähneputzen, Gemüsewaschen oder Ge- schirrspülen). Waschmaschinen nur voll beladen nutzen. Und wenn im Sommer das gesammelte Regenwasser nicht mehr zum Gießen ausreicht: langfristig auf Pflanzen um- steigen, die auch längere Trockenperioden überstehen. 2 | 24 Wasserwächter: Fraunhofer-Forschende (Foto: Michael Schlachter, Fraunhofer IMTE) erarbeiten Wege für einen besseren Umgang mit der nassen Ressource. »Der größte Hebel, um den eigenen Wasserverbrauch zu reduzieren, liegt beim Baden und Du schen.« Dr.-Ing. Burkhardt Faßauer, Fraunhofer IKTS zurück zu Seite 1 23

2 | 24 E s ist farblos und lässt sich leicht in Wasser lösen. Doch es ist auch giftig, reizt die Atem- wege und riecht unfassbar stechend. Um es genau zu sagen: Ammoni- ak stinkt nach Urin. Denn im Körper spielt das Gas – eine Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff – eine wichtige Aufgabe als Zwischenprodukt beim Auf- und Ab- bau von Aminosäuren und wird nach ge- taner Arbeit als Harnstoff ausgeschieden. Was hat das beißende Gas mit der Kli- makrise zu tun? Welche Rolle könnte es bei der nachhaltigen Energieversorgung spielen? Das erforschen gleich sieben Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt, Si- cherheit und Energietechnik UMSICHT. Sie nehmen im Projekt AMMONVEKTOR, einem der Fraunhofer-Leitprojekte 2024, die potenzielle Wertschöpfungskette von Ammoniak unter die Lupe. Weitere Pro- jekte wie AMMONPAKTOR des Fraun- hofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM und PICASO des Fraunhofer-Instituts für Solare Energie- systeme ISE entwickeln Reaktoren oder analysieren Produktionsstandorte. Lange stand Ammoniak im Schatten von Wasserstoff. »Doch auch Ammoniak ist eine extrem spannende Substanz«, sagt Dr.-Ing. Gunther Kolb, Bereichsleiter Ener- gie und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer IMM. »Heute wird das Gas zwar hauptsächlich für die Produktion von Dün- gemitteln oder auch als Kältemittel gehan- delt. Damit sind seine Möglichkeiten aber noch lange nicht ausgeschöpft.« Da bei der Verbrennung von Ammoniak – anders als bei anderen Energieträgern – kein CO₂ ent- steht, sondern lediglich Wasser und Stick- stoff, könnte es zu einer emissionsfreien Option für energieintensive Industrien wie die Schifffahrt oder die Stahlindustrie wer- den. Kolb: »Durch den Einsatz von Hoffnungsträger Ammoniak In der Natur kommt freies Ammoniak kaum vor – lediglich verfaulende Pflanzen und aktive Vulkane verströmen das Gas. Die größten Emittenten sind Rinder, Schweine und Pferde. Seit mehr als 120 Jahren kann das Gas mit der chemischen Formel NH₃ aber auch synthetisch hergestellt werden. Im Haber-Bosch-Verfahren wird Luft ver- flüssigt und in ihre Komponenten Sauer- stoff, Stickstoff, CO₂ und Wasser aufge- trennt. Im nächsten Schritt lässt sich mit Wasserstoff, der zum Beispiel durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen wurde, und Stickstoff bei Temperaturen zwischen 400 und 450 °C und Drücken von 120 bis 220 bar mithilfe eines Katalysators auf Eisenbasis Ammoniak herstellen. Derzeit liegt die weltweite Ammoniakproduktion bei etwa 180 Millionen Tonnen pro Jahr. zurück zu Seite 1 25 o t o h p k c o t s i / c i s a p S n a v I : o t o F

2 | 24 Die Luft ist rein In großen Geflügelställen riecht es nicht nur unangenehm, es lauern auch Krankheitserreger. Um Infektionen zu behandeln, müssen Tiere Antibiotika schlucken – was auch dem Menschen schadet. Fraunhofer-Forschende entwickeln einen anderen Weg: ganz ohne Medikamente. Aktuell suchen Westerhoff und sein Team in einem Thüringer Putenstall nach Antworten auf Fragen wie: Welche VOCs schweben in der Luft? Welche Mikroorga- nismen? Wie hoch ist die Staubpartikel- belastung? Liegen die Ergebnisse vor, möchte das Team einen Demonstrator ent- wickeln und bis zum Projektende Mitte 2026 präsentieren. Angebracht an den oberen Fenstern des Stalls, wird der Demonstrator gleich zwei Funktionen erfüllen. Er reinigt die Abluft, bevor sie aus dem Stall zieht, und entfernt dabei Gerüche. Zudem filtert er die Zuluft, bevor sie ins Stallinnere strömt. Ein ent- scheidender Vorteil – besonders in Zeiten der Vogelgrippe: »Fliegt nur ein einziger kranker Vogel im Freien ans Fenster, ge- langen die Viren in den Stall – und infizie- ren den gesamten Bestand«, betont Thomas Westerhoff: »Unsere Technik hat das Poten- zial, Pandemien einzudämmen.« Von Yvonne Weiß S ie ist still. Und das macht sie gefährlich. Etwa 9600 Deut- sche sterben Jahr für Jahr direkt an den Folgen der soge- nannten stillen Pandemie: an bakteriellen Infektionen, gegen die kein Antibiotikum mehr wirkt. Laut einer Studie aus dem Jahr 2022 stehen weitere 45 700 Todes- fälle im Zusammenhang mit antibiotika- resistenten Erregern. Tendenz: steigend. Wer nach den Ursachen für diese Pan- demie sucht, landet – im Hühnerstall. Wo mehrere Tausend Tiere auf engstem Raum zusammenleben, ist die Luft stark belastet. Durch Ausscheidungen etwa gelangen Mi- kroorganismen in die Luft. Um Infektionen zu bekämpfen, wurden 2021 mehr als 600 Tonnen Antibiotika eingesetzt – ein Nähr- boden für die Entwicklung und Ausbrei- tung resistenter Erreger. Gesund dank einer neuen Fraunhofer-Technologie. k c o t S e b o d A / a y a k s d e s n o S : o t o F Einen Ansatz ganz ohne Antibiotika ver- folgt Thomas Westerhoff, Wissenschaft- ler am Institutsteil Angewandte System- technik AST des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildaus- wertung IOSB. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft möchte Westerhoff buchstäblich frischen Wind in deutsche Ställe bringen – mit UV-Licht: »Wir entwickeln ein Gerät, das die Zu- und Abluft in Geflügelställen reinigt. Dabei setzen wir auf UV-LED-Technologie.« Dass UV-Licht die DNA von Bakterien und Viren schädigt und sie so deaktiviert, ist bekannt. Neu ist die LED-Technologie, die in Thomas Westerhoffs Gerät zum Ein- satz kommen soll. Sie ist nicht nur um- weltfreundlicher als herkömmliche Queck- silberlampen, sondern säubert die Luft auch effizienter. Die Idee des Wissenschaftlers ist eine Kombination aus zwei Wirkmechanismen: Im Inneren des Luftreinigers sollen die LED- Lampen einerseits die Luft direkt desin- fizieren, andererseits eine Oberfläche mit UV-Licht bestrahlen, auf der sich ein Photokatalysator befindet. Trifft das Licht nun auf die Oberfläche, stößt der Ka- talysator eine chemische Reaktion an: Es entstehen sogenannte Hydroxyl-Radikale. Diese neutralisieren unangenehme Ge- rüche, sogenannte Volatile Organic Com- pounds (VOCs). Zudem desinfizieren auch diese Moleküle die Luft zusätzlich – und töten sowohl Bakterien als auch Viren ab. Infektionen werden so unwahrscheinli- cher. Das bedeutet: weniger Antibiotika, weniger belastetes Fleisch, weniger resis- tente Erreger. zurück zu Seite 1 27

W ohlstand ohne Wachstum«. »Gesundschrumpfen«. »Nur noch grünes Wachstum«. Wer die öffentliche Debatte der vergangenen Jahre über vermeintlich richtige Wirtschaftsstrategien verfolgt, der kann schnell zu dem Schluss kommen, dass Wirtschaftswachstum als notwendige und erstrebenswerte Zielsetzung ausgedient hat. Dass es sich nicht mit den richtigen und wichtigen Bestrebungen zu mehr Klima- schutz und Ressourcenschonung verbinden lässt. Dass Verantwortung und Wachstum nicht miteinander vereinbar sind, sondern im Gegenteil, sich sogar zwingend gegenseitig ausschließen. Ist das tatsächlich der Fall? Hat Wirtschafts- wachstum zu lange unser Verständnis einer modernen Wirtschaft geprägt? War und ist es fälschlicherweise die maßgebliche Messgröße für die Leistungsfähigkeit von Wirtschafts- räumen und Grundlage wichtiger Entschei- dungen von Investoren, Unternehmen und politischen Akteuren? Die Antwort darauf lautet: Nein. Eine wach- sende Wirtschaft ist auch weiterhin im posi- tiven Sinne Ausdruck von ökonomischem Erfolg, zunehmendem Wohlstand und vom Fortschritt einer Gesellschaft sowie ihrer Zu- kunftsfähigkeit. Für einen Wirtschaftsraum wie Europa im Allgemeinen und einen export- orientierten Wirtschaftsstandort wie Deutsch- land im Speziellen bleiben qualitatives und quantitatives Wachstum unabdingbar. Und mehr noch: Eine nachhaltig wach- sende Wirtschaft war vielleicht noch nie so elementar, um den schrittweisen Wandel un- serer Industrien und ganzer Volkswirtschaften hin zu einem klimaverträglichen und ressour- censchonenden Wirtschaften zu ermöglichen. Nicht nur bietet ein wachsendes Unterneh- men Karrieremöglichkeiten und Entwicklungs- perspektiven und ist so für Mitarbeitende und neue Talente attraktiver. Gerade mit Blick auf den Fach- und Arbeitskräftemangel ein zu- nehmend wichtiger Faktor. Erst Wachstum ermöglicht auch kapitalinten- sive Investitionen – sei es in neue Geschäfts- modelle und zur Erschließung neuer Märkte. Oder ganz speziell in die Forschung und Ent- wicklung von Zukunftstechnologien, die ein nachhaltigeres Wirtschaften überhaupt erst ermöglichen. Und dabei möchte ich betonen: 2 | 24 Nachhaltiges Wachstum hat nicht nur eine Farbe, sondern viele. Windräder, Wärmepum- pen, Elektroautos – all solche »grünen« Pro- dukte werden von Technikern und Ingenieu- rinnen entwickelt und von »Blaumännern« in Fabriken gefertigt. Daher muss nachhaltiges Wachstum in all sei- nen Farben und Facetten ein Kernelement von Wirtschafts- und Industriepolitik sein und bleiben. Diese Überzeugung und ein entspre- chendes öffentliches und unmissverständli- ches Bekenntnis zum Wachstum fehlt in der politischen Debatte hierzulande. Dabei geht es nicht um die BIP-Statistik einzelner Quartale. Es geht um die grundle- gende Frage, welche Rolle Wachstum in Deutschland einnehmen soll, und um die Au- ßenwirkung einer solchen Entscheidung. Kein Investor entscheidet sich für ein Engagement an einem Wirtschaftsstandort, der keine Wachstumsambition formuliert. Stattdessen werden Investitionen in vielversprechenderen Wirtschaftsräumen getätigt und es droht im schlimmsten Fall eine Spirale der Deindus- trialisierung. Mit einem Bekenntnis zu nachhaltigem Wachstum einhergehen muss – auch in Euro- pa – ein mentaler Paradigmenwechsel: Statt vorschnell Verbote zu erlassen und Exit-Stra- tegien zu formulieren, sollten wir uns mit glei- cher Intensität auf Entry-Strategien konzen- trieren, die Wachstum ermöglichen. Denn etwas einfach nur zu verbieten und zu been- den, heißt noch lange nicht, dass automatisch etwas Neues, Besseres entsteht. Zudem bedeutet Wachstum heute nicht mehr automatisch einen steigenden ökologi- schen Fußabdruck – sei es bei CO2-Emissionen oder Ressourcenverbrauch. Wo, wenn nicht in Deutschland als Hochtechnologie-Standort, beherrschen wir die Kunst, dass wir zum Bei- spiel innovative Fertigungsmethoden entwi- ckeln und anwenden, die zu effizienteren Pro- duktionsprozessen führen. Statt immer neuer Verbote sollte es also positive Anreize für einen verantwortungs- bewussten Wachstumspfad mit Elementen der Kreislaufwirtschaft und CO2-Reduzierung ge- ben. Für einen Pfad, der die Stärken des Stand- orts Deutschland mit Forschung, Wissenschaft und Industrie aufgreift und sie als erfolgskri- tische Faktoren fördert. Hierfür die richtigen Weichen zu stellen, das ist eine originäre und dringliche Aufgabe der Politik. 29 »Erst Wachstum ermöglicht kapitalintensive Investitionen – ganz speziell in Forschung und Entwicklung von Zukunfts- technologien.« Oliver Zipse leitet seit August 2019 als Vorstandsvorsitzender die BMW AG mit mehr als 150 000 Beschäftigten welt- weit. Sein Vertrag wurde gerade um zwei Jahre verlängert bis August 2026. »schwimmt gern gegen den Strom«, hat die »Frankfurter Allgemeine Zeitung« aktuell über ihn geschrieben. Tat- sächlich plädiert Oliver Zipse in besonderem Maß für Technologieoffenheit. »Wir bei BMW ticken anders«, hat er seine Rede bei der Haupt- versammlung im Mai eröff- net. BMW baut weiter Ben- zinmotoren und forscht wei- ter an Wasserstoffantrieben. trat 1991 als Trainee in die BMW AG ein und blieb sein ganzes Berufsleben im Kon- zern, unter anderem als Lei- ter Technische Planung und 2012 Leiter Konzernplanung und Produktstrategie. studierte Informatik und Mathematik an der Univer- sity of Utah und schloss das Studium des Allgemeinen Maschinenbaus in Darmstadt als Diplom-Ingenieur ab. Seit 2022 lehrt er als Honorarpro- fessor an der TU München. ist am 7. Februar 1964 in Hei- delberg geboren. Verheiratet ist Zipse mit der Japanerin Kaori und hat zwei erwach- sene Söhne. zurück zu Seite 1 l k c ä H r e n a R i : o t o F

2 | 24 E s beginnt mit Zahnfleisch- bluten. Unbehandelt führt Parodontitis nicht nur zum Verlust von Zähnen, son- dern trägt vermutlich auch zu anderen schwerwiegenden Krankheiten bei. Dia- betes, Rheuma, Alzheimer oder chro- nische Darmerkrankungen lassen sich unter anderem auf dauerhafte bakteriell verursachte Entzündungen des Zahnhal- teapparats zurückführen. Deshalb wer- den schwere Fälle der Parodontitis in der Regel mit Antibiotika behandelt. Doch das bringt gleich zwei Probleme mit sich. Erstens: Solche Medikamente töten nicht nur schädliche, sondern auch nützliche Bakterien der Mundflora ab. Zweitens: Die hohen Fallzahlen der Krankheit und der damit verbundene weitreichende Einsatz von Antibiotika tragen zur Entstehung von Resistenzen bei. Die Auswirkungen zeigt der Global Research on Antimicro- bial Resistance (GRAM) Report auf: 2019 starben weltweit 1,27 Millionen Menschen an multiresistenten Keimen, gegen die kein Mittel mehr half. Solche Risiken will die Fraunhofer-Ausgründung PerioTrap Pharmaceuticals GmbH zusammen mit Partnern minimieren. Wirkung hemmen statt abtöten Im Projekt »Paropaste« entwickeln die Forschenden gemeinsam einen völlig neuen Ansatz, um Parodontitis nicht nur zu behandeln, sondern auch vorzubeu- gen: Statt die krankmachenden Bakterien im Mund abzutöten, soll ein spezifischer Wirkstoff sie lediglich unschädlich ma- chen. Dafür hemmt er ein Enzym, das na- hezu ausschließlich in diesen Bakterien vorkommt. Ohne die enzymatische Wir- kung können die Erreger keinen Schaden mehr anrichten, sterben aber auch nicht ab. Das Prinzip erläutert Dr. Mirko Buch- holz, wissenschaftlicher Leiter und Mit- gründer der PerioTrap Pharmaceuticals GmbH: »Klassische Antibiotika hemmen das grundsätzliche Wachstum aller gu- ten und schlechten Keime. Wir wollen mit einem sogenannten Patho-Blocker nur die krankmachende Wirkung gefährlicher Bakterien hemmen. So bleibt das natür- liche Mikrobiom im Mundraum erhalten und es entstehen keine Nischen, in denen sich andere Erreger ansiedeln können.« Die innovative Behandlungsmethode wurde unter anderem in der Außenstelle Molekulare Wirkstoffbiochemie und The- rapieentwicklung des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI er- dacht. Im Jahr 2019 erfolgte die Ausgrün- dung des Start-ups PerioTrap Pharmaceu- ticals GmbH in Halle (Saale). Im Rahmen des BMBF-geförderten Projektes arbeiten die Partner nun daran, die Substanz an- hand komplexerer mikrobiologischer Sys- teme weiter zu optimieren. Dazu entwi- ckeln sie neue bioanalytische Methoden, testen die lokale Bioverfügbarkeit und untersuchen den Wirkstofftransport und die Toxizität. »Wir haben bereits sehr vie- le Daten aus In-vitro-Experimenten«, so Buchholz. »Sie belegen, dass die chemische Verbindung gut verträglich und bis zu ei- ner sehr hohen Konzentration unbedenk- lich ist.« Bei der Entwicklung der richtigen Formulierung und den dazugehörigen Sca- ling-up-Prozessen erhält das Projektteam Unterstützung vom Hallenser Dienstleis- ter Skinomics GmbH. Eine der großen Herausforderungen ist die Darreichungsform: Wie lässt sich der Wirkstoff direkt im Mund applizieren, so- dass er lange genug an den erforderlichen Stellen verbleibt, ohne gleich herunterge- schluckt zu werden? Dafür holte sich Pe- rioTrap die materialwissenschaftliche Ex- pertise eines weiteren Fraunhofer-Instituts aus unmittelbarer Nachbarschaft an Bord. Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle untersuchen Forschende nicht nur, wie sich unterschiedliche Formulierungen gut verteilen lassen, wie gut sie haften und wie leicht sie den Wirkstoff freigeben, son- dern auch, wie sie mit dentalem Gewebe oder Nahrungsmitteln interagieren. Das soll unerwünschte Nebenwirkungen wie Verfärbungen vermeiden. Basierend auf dem Wirkstoff und der Formulierung ent- steht derzeit ein Zahngel, das Entzündun- gen des Zahnfleischs vorbeugen soll. Zur Behandlung fortgeschrittener Fäl- le von Parodontitis entwickelten die Part- ner in einem früheren Projekt zusammen mit Prof. Karsten Mäder aus der Abteilung pharmazeutische Technologie an der Mar- tin-Luther-Universität Halle-Wittenberg einen weiteren Ansatz. Dabei wird ein zu- gelassener antibiotischer Wirkstoff über kurze Fäden direkt in die entzündeten Zahntaschen eingebracht. Die Fäden wer- den abgebaut und das Antibiotikum lokal und über lange Zeit freigesetzt. Diese Stra- tegie ermöglicht einen gezielten und spar- samen Einsatz von Antibiotika. Da die Fä- den nur in den Zahnfleischtaschen wirken und den Magen-Darm-Trakt nicht errei- chen, ist auch die Wahrscheinlichkeit von Resistenzen sehr niedrig. Prophylaxe und Therapie Wie gut sich die beiden Ansätze ergänzen, erklärt Buchholz: »Der neue enzymhem- mende Wirkstoff wirkt eher prophylak- tisch, indem er zum Beispiel in einem anhaftenden Gel speziell die krankma- chenden Bakterien unschädlich macht und somit die Ausbildung des für Paro- dontitis ursächlichen toxischen Biofilms verhindert.« Sei die Krankheit hingegen bereits fortgeschritten und der Leidens- druck hoch, »helfen die Antibiotikafäden an Ort und Stelle und verlängern den The- rapieerfolg einer zahnärztlichen Behand- lung, ohne den gesamten Organismus mit Antibiotika zu belasten«. Derzeit arbeitet das Team an der Zu- lassung beider Verfahren. Weil die Anti- biotikafäden mit einem bekannten Wirk- stoff versetzt sind, könnten sie bereits in zwei bis drei Jahren verfügbar sein. Zu- lassungsprozesse für Arzneimittel mit gänzlich neuen Wirkstoffen dauern hin- gegen typischerweise sieben Jahre oder länger. Darum plant PerioTrap zusätzlich zum laufenden Projekt, eine Zahnpasta mit deutlich geringerer Dosierung zur Er- haltung und Pflege der Mundgesundheit als Kosmetikum schneller auf den Markt zu bringen. So könnten die Mikrobiom- erhaltenden Eigenschaften des neuen An- satzes schon in absehbarer Zeit vielen Men- schen zugutekommen – und künftig aufwendige Parodontitis-Behandlungen vermeiden. Denn: Eine gute Vorsorge ist besser als die beste Behandlung. zurück zu Seite 1 31 l e r u t c i p n a p / g r e b e g g ü R s i d r o h T : i o t o F

Cyber-Angriffe in Echtzeit erkennen und abwehren: In der Übung »Locked Shields« wird das seit 2010 jährlich trainiert. 2 | 24 r h e w s e d n u B / j U n a f e t S , t r e n n a L r e k o V l : s o t o F »Locked Shields«: 3500 IT-Spezialistinnen und -Spezialisten aus 32 Mitgliedstaaten nahmen teil. zurück zu Seite 1 33

2 | 24 Staffellauf des Wissens Aufbruch: wird KI uns verändern? : s o t o F zurück zu Seite 1 35

2 | 24 Staffellauf des Wissens Umbruch und Aufbruch: Lieber Herr Prof. Hanselka – wie wird KI unsere Welt verändern? zurück zu Seite 1 35

Werten und Interessen entspricht und die Wettbewerbsfähigkeit Europas im digita- len Zeitalter stärkt. Die wachsende und zunehmend in- novative Verwendung von KI-Technologien und -Systemen markiert aktuell den Be- ginn einer neuen Ära, in der KI auch als Katalysator und als Querschnittstechno- logie für Veränderungen und Transforma- tionen wirkt: 1. KI macht uns schneller Mit Maschinellem Lernen und KI kön- nen große Datenmengen rasch ana- lysiert und komplexe Muster präzise erkannt werden. Dadurch sind solche Systeme auch in der Lage, kontinuier- lich dazuzulernen und sich zu verbes- sern. So können neue Erkenntnisse und Zusammenhänge schneller gewonnen werden, was wiederum zu einem höhe- ren Innovationstempo führt und wis- senschaftlichen und technologischen Fortschritt drastisch beschleunigt. 2. KI steigert die Wirtschaftsleistung KI-Technologien können nicht nur zur Automatisierung von Routine- aufgaben eingesetzt werden, sondern – soweit ausreichend Rechenkapazitä- ten vorhanden sind – auch komplexe Aufgaben und Prozesse 24/7 erledigen. Dadurch kann die Produktion erhöht werden, bei gleichzeitiger Verringe- rung der Fehlerquote. KI-Systeme und Roboter würden somit erheblich zur Steigerung der gesamten Wirtschafts- leistung beitragen – ohne dafür Ruhe- pausen oder Gehälter zu benötigen. Ge- rade in Zeiten von Fachkräftemangel ein großes Potenzial, um menschliche Arbeitskraft für höherwertige Tätigkei- ten und das Managen von KI-Systemen einzusetzen. 3. KI schafft neue Geschäftsmodelle und Branchen Nicht nur entwickeln sich KI-Techno- logien rasant weiter und bieten neue Möglichkeiten für Automatisierung, Analyse und Entscheidungsfindung, auch die Nachfrage nach KI-gestütz- 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 : s : o o t t o o F F Prof. Holger Hanselka ist seit dem 15. August 2023 Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft. ten Produkten und Dienstleistungen wächst stetig. Mit unternehmerischem Denken und Handeln sowie einem ef- fektiven Wissenstransfer zwischen For- schungsakteuren und Unternehmen können, müssen und werden ganz neue (disruptive) Geschäftsmodelle und Branchen entstehen. Hier gibt es jedoch noch einiges zu tun, beispielsweise für die Nutzung von (unternehmensspe- zifischen) Trainingsdaten in sicheren Datenräumen, Lösungen im Hinblick auf den derzeit hohen Ressourcenver- brauch für das Modell-Training und -Hosting sowie das Finetuning für zu- verlässige Anwendungen. Durch die wachsenden Möglichkeiten unserer KI-Systeme sind auch bereits aku- te Probleme entstanden, wie es sich aktu- ell in Fakes, missbräuchlicher Nutzung, schlechter Datenqualität und hohem Res- sourcenbedarf (Energie, Wasser, Mikro- elektronik, Fachkräfte...) zeigt. Hier ist zü- giges Handeln angesagt, um jetzt sowohl die technologischen als auch die gesell- schaftlichen Weichen für eine Zukunft zu stellen, in der KI zuverlässig, verantwor- tungs- und vertrauensvoll sowie werte- orientiert angewendet wird. Wenig nütz- 2 | 24 lich sind hingegen diffuse Ängste und unkonkrete Debatten über hypothetische Worst-Case-Szenarien in einer fernen Zu- kunft. Von diesen Herausforderungen dürfen wir uns auch nicht entmutigen lassen oder gar das Feld räumen. Im Gegenteil, Deutsch- land und Europa müssen schnell und entschlossen handeln, um innovative KI- Technologien – auch jenseits der reinen generativen KI und ganz großen Sprach- modelle – sowohl zügig als auch sicher in die breite (industrielle) Anwendung zu überführen. Verlieren wir jetzt den An- schluss, drohen (noch größere) Abhängig- keiten und Innovationsrückstände durch die fortschreitende Dominanz von KI-Platt- formen aus den USA und China. Umbruch und Aufbruch: KI hat unsere Welt bereits verändert und wirkt sich auf alle Ebenen in Volkswirtschaften und Unternehmen aus. Die Verbreitung von KI-Systemen ist nicht mehr aufzuhalten, ohne dass dies einen enormen Rückschritt bei Wohlstand, Wettbewerbs- und Inno- vationsfähigkeit darstellen würde. Nun gilt es, mutig weiter zu gehen und selbst aktiv die Zukunft zu gestalten. Es liegt an uns und in unserer Verantwortung, wie unsere KI-Systeme gestaltet sein werden und für welche Zwecke wir sie nutzen. In der nächsten Ausgabe: Was kann Forschung in diesen Zeiten für unsere Sicherheit tun? zurück zu Seite 1 37

Eigentlich müsste sich Prof. Martin Steinebach selbst kein Denkmal wie hier im Mount Rushmore National Memorial setzen, denn die Expertise des Mediaforensikers ist bei Politik und Wirtschaft gefragt. Für unser Magazin tut er es trotzdem – dank Deepfake-Technologien. T I S r e f o h n u a r F , i a . t r a a e s t i m t e t i e b r a e b o t o h p k c o t s i / o t o h p k c o t s e k c a b l : s o t o F 2 | 24 »Kaum jemand hätte gedacht, dass sich die Fälschungsmethoden für Deepfakes so rasend schnell entwickeln würden.« Prof. Martin Steinebach, Fraunhofer SIT B undeskanzler Scholz verkündet in einer Ansprache das Verbot der AfD. Donald Trump wird von Polizisten festgenom- men. Der ukrainische Präsident Wolody- myr Selenskyj ruft die Kapitulation seines Landes aus. So mancher würde sich über diese News freuen. Doch die Videos und Bilder dazu sind gefälscht: Deepfakes. Ebenso wie ein Tom Cruise, der kurz vor den Olym- pischen Spielen in Paris das Internationale Olympi- sche Committee IOC der Korruption beschuldigt, oder Superstar Taylor Swift, die in diversen Schmuddel- filmen das Netz flutet. Manipulationen in Bildern und Desinformation hat es schon immer gegeben – vor allem vor Wahlen. Doch noch nie war es so einfach wie heute, täuschend echte Fake-Inhalte zu erstellen: Mit den richtigen Prompts und ein bisschen Nachbearbeitung lassen sich massenweise Fotos von Situationen erstellen, die es nie gegeben hat. Mit einem einzigen Foto und einer kurzen Tonspur können Menschen Dinge in den Mund gelegt werden, die sie nie gesagt haben. Wenige Se- kunden Original-Sprachaufnahmen genügen, um ge- fälschte Mitschnitte eines vermeintlich konspirativen Telefonats zu generieren. Vorbei die Zeit, in der man den eigenen Sinnen noch vertrauen konnte. »Kaum jemand hätte gedacht, dass sich die Fäl- schungsmethoden für Deepfakes so rasend schnell entwickeln würden«, sagt Prof. Martin Steinebach. »Brauchte es vor zwei Jahren noch gute Schauspieler, um Deepfake-Videos annähernd realistisch wirken zu lassen, sehen manche Deepfakes heute fast schon besser aus als das Original.« Der Multimedia-Foren- siker beschäftigt sich am Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT in Darmstadt bereits seit vielen Jahren mit technischen Erkennungsmethoden. Er untersucht, wie verschiedene Fälschungsverfahren funktionieren, welche Spuren sie hinterlassen und wie man diese automatisiert detektieren kann. zurück zu Seite 1 39

2 | 24 Verliert auch angesichts zunehmender Desinforma- tionsflut nicht die Ruhe: Mit geschultem Urteilsvermögen und Analytik-Tools entlarvt Fraunhofer-Mann Steinebach – hier als thailändischer Buddha – Deepfakes. i a . t r a a e s t i m t e t i e b r a e b o t o h p k c o t s i / i c i p a Y l i l a H m h a r b i I : o t o F zurück zu Seite 1 41

2 | 24 »Schon aus 20 Sekunden Audiomaterial lassen sich heute typische Stimmmerk- male heraus- filtern und damit ganz neue Sätze erzeugen.« Nicolas Müller, Fraunhofer AISEC tote Hunde austauschten, und das sie dann als Ori- ginalbild deklarierten. Auf diese Weise sollten auch alle anderen Beweisbilder, bei denen kein Detektor anschlug, als Fälschungen und die Israelis als Betrü- ger diskreditiert werden. Auch das britische Königshaus musste im Frühjahr die Auswirkungen solcher Falsch-Positiv- Meldungen erfahren. Kaum machte bei einem Familienbild der Royals ein Online-Detektor Unregelmäßigkeiten aus, war der Skandal perfekt. Dass die gesamte Fachwelt nichts Verdächtiges fand und letztlich eine Standard- bildbearbeitung, wie sie Hobbyfotografen oft machen, ausschlaggebend war, ging in der sich überschlagen- den Berichterstattung fast unter. Wenn die Detektion von Fälschungen noch derart fehlerbehaftet ist, hilft eine andere Methode, zumin- dest die Originale zu erkennen: »Die einzige Strategie, mit der man heute relativ sicher sein kann, ist eine Positiv-Signatur: Neuere Digitalkameras versehen ihre Bilder mit einer kryptografischen Signatur, die nur schwer zu fälschen ist. Auch entsprechende Han- dy-Apps sind verfügbar«, so Steinebach. »Zudem ar- beiten große IT-Konzerne an neuen Sicherheitsstra- tegien, bei denen – ähnlich dem Blockchain-Konzept – zum Beispiel alle Verarbeitungsschritte eines Bildes signiert und gespeichert werden.« Diese Nachricht dürfte auch die britischen Royals freuen. Audio-Deepfakes: Trau deinen Ohren nicht Zunehmend beliebter bei Kriminellen werden so- genannte Voice-Cloning-Techniken, das Klonen von Stimmen. Mit dieser Technik beeinflussten Angreifer den Wahlkampf um die slowakischen Parlaments- wahlen 2023. Zwei Tage vor der Wahl kursierte in so- zialen Netzwerken ein Audioclip, in dem sich angeb- lich eine bekannte Journalistin und der Vorsitzende der Partei Progressive Slowakei darüber unterhielten, wie man die Wahlen manipulieren könne. Das ge- fälschte Gespräch hat nie stattgefunden, aber der Clip erreichte Tausende Nutzer. Auch in den USA dürften sich Anfang des Jahres einige Demokraten gewundert haben, als Joe Biden persönlich anrief und sie auf- forderte, nicht an den US-Vorwahlen teilzunehmen. Die Stimme des US-Präsidenten war KI-generiert, die Anrufe erfolgten automatisiert. »Schon aus 20 Sekunden Audiomaterial lassen sich heute typische Stimmmerkmale herausfiltern und damit ganz neue Sätze erzeugen«, beschreibt Si- cherheitsexperte Nicolas Müller vom Fraunhofer-In- stitut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AI- SEC in Garching eine Technik des Maschinellen Lernens, das sogenannte Few-shot learning. Es reicht also ein kurzer Ausschnitt einer öffentlichen Rede, um Gespräche oder Vorträge zu manipulieren. Waren vor einem Jahr noch viele Programme damit über- fordert, mindestens 16 000 Datenpunkte pro Sekun- de konsistent zu fälschen, ist das mit KI inzwischen kein Problem mehr. Und funktioniert sogar nahezu in Echtzeit. Dennoch gibt es laut Müller auch hier An- haltspunkte, wenn man ganz genau hinhört: »Eine KI-generierte Stimme ist teilweise monoton mit un- natürlichen Betonungen, kleinen Verzögerungen und wenigen Emotionen.« KI nutzen die Sicherheitsexperten am Fraunhofer AISEC auch für den Gegenangriff: Sie trainieren und entwickeln Lösungen, die Audio-Deepfakes automa- tisiert als Fälschungen entlarven sollen. Dafür gene- rieren sie zunächst künstliche Audio- und Video- Daten und entwickeln anhand derer Algorithmen, die sie an kleinsten, menschlich kaum wahrnehmbaren Un- stimmigkeiten erkennen. Auf der Website deepfake- total.com stellen die Fraunhofer AISEC-Forschenden ihre Entwicklungen der Allgemeinheit zur Verfügung. Dort kann man Links oder Dateien hochladen, um zu testen, ob die Inhalte gefälscht sind. Dabei gilt laut Müller: »Aufnahmen von bekannten Generatoren werden von solchen Tools meist besser erkannt als Inhalte aus ganz neuen Quellen.« Die Professionalisierung von Audiofakes erhöht auch das direkte Betrugsrisiko. Jedem, der einen ver- dächtigen Anruf von Verwandten oder Bekannten erhält, die ihn um eine schnelle Geldüberweisung oder die Herausgabe vertraulicher Daten bitten, rät Müller, aufzulegen und – wenn möglich auf einem anderen Kanal – zurückzurufen. Er und sein Team forschen zudem an Methoden, die Systeme zur Ge- sichts- oder Spracherkennung, zum Beispiel Voice- ID-Systeme, robuster und resilienter gegen Manipu- lationen und Angriffe machen. Neben den Risiken ist dem Forscher aber auch daran gelegen, auf die Chan- cen von Sprachgeneratoren hinzuweisen. »Sie können beispielsweise Menschen mit Sprachbehinderungen helfen, von Sprachassistenten oder von anderen Men- schen besser oder überhaupt verstanden zu werden.« Aktuell forscht zum Beispiel Google an KI, die atypi- sche, schwer verständliche Sprache in eine fließende Sprache übersetzt. Schnelligkeit vs. Sorgfalt: Das Dilemma der sozialen Medien Geht es um Fake-Inhalte, lohnt auch ein Blick auf de- ren Verbreitungswege. Social-Media-Plattformen sind in der Pflicht, verdächtige Inhalte zu kennzeichnen, tun sich aber schwer. Denn der Prozess ist langwie- rig: Zuerst gilt es zu erkennen, ob ein Inhalt proble- matisch ist. Das passiert entweder durch interne Re- chercheteams oder man verlässt sich auf Meldungen von Nutzern, was alles andere als zuverlässig und r e h t ü R r e v i l O , i a . t r a a e s t i m t e t i e b r a e b o t o h p k c o t s i / 3 o n o t r e c n o c n i l o i v : s o t o F zurück zu Seite 1 43

Dazu muss es Ähnlichkeiten zum Ausgangstext auto- matisch erkennen. Das ist alles andere als trivial: Die Algorithmen müssen zunächst verstehen, welche Texte sich überhaupt auf den gleichen Inhalt bezie- hen, und dann automatisch prüfen, ob sie die ur- sprüngliche Aussage bestätigen oder widerlegen. Da- zu müssen sie auch Synonyme oder alternative Formulierungen zuverlässig erkennen. Ein Problem: Oft fehlen öffentliche Datensätze, um die KI darauf zu trainieren. Deshalb ist der Aufwand für die Ent- wicklerinnen und Entwickler, passende Daten zu fin- den, noch erheblich. KI-Tools kein Ersatz für selbstständiges Denken Egal ob in Bild, Ton oder Text, technische Erken- nungsmethoden können letztlich nur Anhaltspunkte geben, genauer hinzuschauen. Entscheiden, was plau- sibel, was wahr oder falsch ist, muss am Ende immer noch jede und jeder selbst. »Wir sehen mit etwas Sor- ge, wie weit in Politik und Gesellschaft mitunter der Glaube verbreitet ist, allein mit Technologie ließe sich Desinformationskampagnen entgegenwirken oder die KI könnte für uns entscheiden, was wahr oder unwahr ist«, warnt Steinebach. »Damit macht man es sich zu leicht. Denn die KI hat nicht mehr Durchblick in Urteilsfragen als der Mensch.« In Situationen, die schon die meisten Menschen nur schwer fundiert beurteilen können, wird also auch ein KI-Tool keine einfache Antwort geben. Leider zielen Desinformationskampagnen genau auf solche Themen ab: Am aktivsten waren die Manipulatoren während der Corona-Pandemie, im Ukrainekrieg oder im aktu- ellen Nahost-Konflikt. »Die gefährlichsten Fakes sind immer die, in denen auch ein Fünkchen Wahrheit steckt. Doch genau die sind am schwersten zu erkennen – von Mensch und KI«, ist Steinebach überzeugt. Einen Tipp hat er dennoch vor allem für Personen des öffentlichen Lebens und Politiker, die häufig Opfer solcher Kampa- gnen werden. Er empfiehlt den Aufbau von Infrastruk- turen für Recherchen: »Das könnten zum Beispiel Da- tenbanken oder Bereiche auf einer Website sein, wo sämtliches offizielles Bild- und Videomaterial abliegt. Mit diesem könnten Forensiker dann etwaige Fälschun- gen abgleichen und sie so leichter entlarven.« Ist auch der Wunsch nach einfachen Antworten in Zeiten komplexer Informationslagen und Unsicher- heiten verständlich: KI wird uns selbstständiges Den- ken und eigene Entscheidungen nicht abnehmen! Vielmehr gilt es, den schwierigen Spagat zu schaffen zwischen dem Schutz vor Desinformation und dem Schutz der Meinungsfreiheit. Und das kann nur durch einen breiten gesellschaftlichen Diskurs, eine ausge- prägte Medienkompetenz und eine wachsame, kriti- sche Öffentlichkeit gelingen. 2 | 24 — Hier geht’s zum Podcast »Deepfakes« (verfügbar ab dem 16. Juli). Als Christus- statue über Lissabon predigt Steinebach Aufklärung statt Technik-Glaube: KI wird nicht für uns entscheiden, was wahr oder unwahr ist. i a . t r a a e s t i m t e t i e b r a e b o t o h p k c o t s i / a v o k u K a l i r a D : o t o F 45 zurück zu Seite 1

Frau Faeser, Deutschland steht in einem Wahljahr. Sind wir auf Cyberattacken hinreichend vorbereitet? Cyberattacken lassen sich zwar nie ganz verhindern, aber unsere Behörden sind vorbereitet und tun alles, um unsere Wahlen vor Cyberangriffen zu schützen. Die Bundeswahlleiterin und alle anderen Wahlorga- ne auf Landes- und Kreisebene treffen Maßnahmen, um sichere Wahlen zu gewährleisten. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik unterstützt sie dabei, berät und informiert. Der beste Schutz sind aber immer noch unsere Stimmzettel aus Papier. Bei der Vorstellung des Bundeslageberichts Cybercrime haben Sie darauf hingewiesen, dass seit dem Angriffskrieg Russlands gegen die Ukraine eine Zunahme politisch motivierter Hacker-Aktivitäten registriert wird. Das ist die Quantität. Was spricht für eine neue Qualität? Nehmen Sie etwa sogenannte DDoS-Angriffe. Damit sollen Internetdienste durch enorm viele Aufrufe ge- zielt überfordert werden. Diese Angriffe nehmen an Intensität zu und können in immer kürzerer Zeit kri- tisch werden. Täter werden dabei immer professionel- ler. Auch hier sehen unsere Sicherheitsbehörden eine Verschärfung seit Beginn des russischen Angriffs- kriegs auf die Ukraine. Pro-russische sogenannte Hacktivisten greifen zum Beispiel ganz gezielt Inter- netdienste von Behörden an. Der Schaden ist da zwar meistens nicht besonders groß. Aber wir gehen davon aus, dass eine klare Strategie dahintersteckt: die Ge- sellschaft zu verunsichern und das Vertrauen in de- mokratische Institutionen und in die Fähigkeiten des Staates, die Bevölkerung zu schützen, zu beschädigen. Putins Hacker haben schon im Jahr 2015 den Bundestag angegriffen. Was haben die Sicher- heitsbehörden in diesen fast zehn Jahren getan, um den Schutz zu verbessern? Wichtig ist vor allem, dass wir die Sicherheitsbe- hörden gestärkt haben – sowohl personell als auch was ihre Kompetenzen angeht. Wir sind heute zum Beispiel deutlich weiter in der Erkennung und Ana- lyse von Cyberangriffen. Entscheidend ist auch, dass sich unsere Behörden noch enger austauschen, auch international. Und wir sensibilisieren die Öffentlich- keit und potenziell Betroffene noch intensiver als frü- her – das machen vor allem das Bundesamt für Ver- fassungsschutz und unsere Cybersicherheitsbehörde BSI. Das reicht aber noch nicht. Ich setze mich dafür ein, dass wir weitere wichtige Schritte gehen: Das BSI muss leichter und schneller handeln können. Und zwar nicht nur, wenn Behörden angegriffen werden, sondern auch, wenn etwa mittelständische Unter- nehmen oder Universitäten betroffen sind. Bisher ist 2 | 24 »Wir wollen den KI-Einsatz und den KI-Standort Deutschland fördern!« Nancy Faeser das viel zu kompliziert. Dafür wollen wir die Zu- sammenarbeit zwischen Bund und Ländern weiter verbessern und das BSI vergleichbar mit dem Bun- deskriminalamt zu einer Zentralstelle ausbauen. Bundeskanzler Olaf Scholz versichert immer wieder neu, dass Deutschland nicht Kriegs- partei werden dürfe. Ist Deutschland aber aus rus- sischer Sicht nicht längst ein Kriegsziel geworden? Als Bundesinnenministerin beobachte ich ebenso wie der Bundeskanzler mit Sorge, welche Auswir- kungen die russische Aggression gegen die Ukraine auch auf die Sicherheitslage in unserem Land hat. Hier spielt der Cyberraum natürlich eine bedeu- tende Rolle. Ja, Deutschland ist Ziel von russischen Versuchen, Einfluss zu nehmen und Unsicherheit zu verbreiten. Entscheidend ist doch: Wir nehmen die Lage ernst und wappnen uns gegen diese Be- drohungen. Und ich sage es auch hier noch mal ganz deutlich: Wir werden uns vom russischen Regime keinesfalls einschüchtern lassen. Wir wer- den weiterhin alles tun, um unsere Demokratie zu schützen– und wir werden auch weiter massiv die Ukraine unterstützen. Deutschland hat über Stahlhelme gestrit- ten, über Panzer und Raketen. Aber müssen wir uns auch an ein neues Bild von Krieg gewöhnen? Was Krieg bedeutet, sehen wir an den furchtbaren russischen Angriffen auf die ukrainische Zivil- bevölkerung. Daher sollten wir vorsichtig sein mit solchen Begriffen. Klar ist aber: Wir müssen uns mit veränderten Realitäten auseinandersetzen. Da- zu gehört zum Beispiel, dass wir neben der militä- rischen auch die zivile Verteidigung stärken müs- sen, zum Beispiel durch ein starkes Technisches Hilfswerk, das in Krisen- und Katastrophenfällen hilft. Und natürlich müssen wir gut gegen hybride Bedrohungen wie Cyberattacken, Desinformation und Spionage gewappnet sein. In diesen Bereichen haben wir unsere Sicherheitsbehörden massiv ver- stärkt. zurück zu Seite 1 47 f i a l / s u a h t l o H s n e J : o t o F

»Durch die Forschung haben wir heute einsatzbereite quantensichere Verschlüs- selungsmechanismen. Die Herausforderung ist nun, diese in die Anwendung zu bekommen.« Nancy Faeser Wie kann Forschung beitragen, Sicherheit zu schaff n? Wir haben jetzt viel über KI gesprochen. Gera- de in diesem Bereich leistet Forschung einen sehr wichtigen Beitrag, um die Sicherheit von KI-Anwendungen zu erhöhen, aber auch, um KI-Anwendungen zur Erhöhung der Cybersi- cherheit zu entwickeln. Ich möchte gerne noch ein anderes Beispiel aufgreifen: Wir stehen bei den Grundbausteinen der Cybersicherheit, den Verfahren zur Verschlüsselung und zur Authen- tisierung, gerade vor einem großen Umbruch. Quantencomputer drohen diese in nicht allzu ferner Zukunft knacken zu können. Daher müs- sen wir jetzt schnell beginnen, neue, gegen die- se Angriffe resistente Verfahren in den Einsatz zu bringen. Mit der Entwicklung solcher quan- tensicherer Verfahren hat die Forschung schon vor Jahrzehnten begonnen, als Quantencompu- ter nur ein theoretisches Konzept waren. Dank dieser Resultate haben wir heute einsatzbereite quantensichere Verschlüsselungs- und Authen- tisierungsmechanismen. Die Herausforderung ist nun, diese in die Anwendung zu bekommen. Als Bundesinnenministerin sind -ismen Ihr Kerngeschäft: Rechts- und Linksextremis- mus, Antisemitismus, Islamismus, Rassismus, Sexismus – wo sehen Sie die größte Gefahr? Die größte extremistische Gefahr für unsere De- mokratie geht vom Rechtsextremismus aus. Zu- gleich sind wir äußerst wachsam gegenüber der Bedrohung durch islamistischen Terror, gegen- über Linksextremismus und gegenüber den hyb- riden äußeren Bedrohungen, über die wir schon sprachen. Wir müssen in alle Richtungen wach- sam sein. Seit dem furchtbaren Terrorangriff der Hamas auf Israel am 7. Oktober 2023 sehen wir einen dramatischen Anstieg antisemitischer Straftaten. Es gibt immer häufiger Gewalt gegen politisch Engagierte aller Parteien. Erst jüngst hat der furchtbare Messerangriff in Mannheim durch einen mutmaßlichen Islamisten, bei dem ein junger Polizist getötet wurde, unser ganzes Land erschüttert. Unsere Sicherheitsbehörden treten allen diesen Bedrohungen entgegen. Mit Ihnen verbinden sich zwei Premie- ren: Sie sind die erste SPD-Bundesinnenminis- terin seit Otto Schily, Sie sind die erste Frau als Bundesinnenministerin. Sehen Sie andere Schwerpunkte für Ihre Arbeit? Jeder hat seine Art, ein solches Amt auszufüh- ren. Und jede Zeit hat ihre Herausforderungen. Für mich ist Sicherheit auch eine Frage der sozi- alen Gerechtigkeit. Unser Rechtsstaat muss alle Menschen schützen, unabhängig davon, wo ihre Familien einmal herkamen, wie viel Geld sie ha- ben, woran sie glauben und wen sie lieben. Ich versuche in meinem Amt auch die Perspektive derjenigen zu sehen, die von Extremismus oder Kriminalität bedroht sind. Da hat mich der enge Kontakt zu Familien der Opfer der entsetzlichen rassistischen Morde in Hanau sehr geprägt, ebenso wie meine Arbeit zur Aufarbeitung des Terrors des »NSU«. Das sind Erfahrungen, die sich mir so tief eingeprägt haben, dass sie sich auch auf mein heutiges Handeln auswirken. zurück zu Seite 1 a p d / r e l l e W m o T , s e g a m i p d d , a p d / s s e r p o t o F - r e l s i e G / n r e K c i r e d e r F , h c i l ü J r e t e P , s e g a m i o g a m i / r e s l e f n e t r a H r e t e P , s e g a m i p d d / r e s e O n i t r a M , f i a l / h c i l ü J r e t e P : s o t o F 2 | 24 Die erste Frau im Amt Am 7. Dezember 2021 legt Nancy Faeser vor Bundestagspräsidentin Bärbel Bas den Eid als Innenministerin ab. Sie ist die erste Frau in diesem Amt – und die erste SPD-Innenminis- terin seit Otto Schily. Der Mann an ihrer Seite Die Bundesinnenminis- terin mit Ehemann Eyke Grüning, SPD-Kommu- nalpolitiker und Rechts- anwalt. Auch Faeser hat Jura studiert, ein Schwerpunkt ihrer Anwaltstätigkeit bei einer Großkanzlei war Immobilienrecht. Politik auch beim Fußball Auf dem Rasen hat die FIFA die Kapitänsbinde verboten, da trägt die Bundesinnenministerin sie beim Auftaktspiel zur Fußball-WM in Qatar eben auf der Tribüne. Das Spiel gegen Japan geht verloren, Faeser und DFB-Präsident Neuendorf haben trotzdem Spaß. 49

D er Patient klagt über Müdig- keit, Appetitlosigkeit, Bauch- schmerzen. Könnte ein Ma- gen-Darm-Infekt sein oder eine Gastritis – vielleicht aber auch Morbus Wilson. Die genetisch bedingte, lebensbe- drohliche Stoffwechselstörung gehört zu den rund 6000 sogenannten »Seltenen Er- krankungen«, die bisher weltweit gelistet sind. Sie alle haben gemein, dass ihre Symp- tomatik meistens unspezifisch ist. Sechs Jahre vergehen daher durchschnittlich, bis die richtige Diagnose gestellt wird – zu lange, finden Dr. Andreas Jedlitschka und Patricia Kelbert vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE. In Kooperation mit den Unikliniken Frankfurt am Main und Dresden arbeiten sie an dem KI-basierten Portal SATURN, das Ärztinnen und Ärzte zukünftig bei der Diagnosestellung unterstützen soll. In der EU gilt eine Erkrankung als »sel- ten«, wenn sie nicht mehr als einen von 2000 Menschen betrifft, entsprechend dünn ist die Datenlage. Jedlitschka: »Wir kombinieren daher unterschiedliche KI- Verfahren, um zum besten Ergebnis, also zur wahrscheinlichsten Diagnose, zu kom- men.« Das sogenannte »fallbasierte Schlie- ßen« vergleicht den aktuellen Fall mit den klinischen Daten anderer und zieht auf- grund von Ähnlichkeiten Rückschlüsse. Der »regelbasierte Ansatz« extrahiert aus medizinischen Leitlinien und Interviews mit Expertinnen und Experten Grundsät- ze, die zur Diagnosefindung genutzt wer- den. Mithilfe verschiedener Verfahren des maschinellen Lernens will das Forschungs- team schließlich in klinischen Falldaten charakteristische Krankheitsmerkmale und -muster identifizieren. Tools zur Diagnose von Seltenen Erkran- kungen gibt es bereits auf dem Markt. Häufig liegen sie jedoch daneben, weil sie sich in der Regel nur auf wenige Daten und ein einziges KI-Verfahren stützen. »Wie gesichert die Diagnose ist oder wie sie zustande kommt, ist selten transparent«, kritisiert Jedlitschka, der am Fraunhofer IESE den Bereich Data Science leitet. So schürten sie unnötig Ängste bei Patien- tinnen und Patienten. Viele wüssten nicht, dass es sich lediglich um Wahrscheinlich- keitswerte handele. »Die können manch- mal bei nur 30 Prozent oder darunter liegen«, warnt Jedlitschka. Die KI sei oft ausschließlich mit Daten zu Seltenen Er- krankungen trainiert, daher liefere sie im Ergebnis immer eine entsprechende Diag- nose – auch wenn die Patientin zu 95 Pro- zent an einem grippalen Infekt leide. Den meisten Userinnen und Usern von Diag- nose-Apps sei das nicht bewusst. SATURN soll deshalb ausschließlich Ärztinnen und Ärzten zur Abklärung eines Verdachtsfalls In der EU gilt eine Erkrankung als »selten«, wenn sie nicht mehr als einen von 2000 Menschen betrifft. zur Verfügung gestellt werden, die die Er- gebnisse richtig einordnen könnten. Zu- dem ist eine Anbindung an den »SE-Atlas« geplant – eine Online-Informationsplatt- form der Universität Frankfurt, in dem medizinische Zentren für Seltene Erkran- kungen, Spezialistinnen und Spezialisten sowie zahlreiche Tipps zu finden sind. Eine erste Testversion von SATURN existiert bereits. Sie basiert auf Patienten- daten von rund 20 Krankheitsbildern, die die Kooperationspartner in strukturierter und anonymisierter Form zur Verfügung stellen, sowie auf medizinischer Fachlite- ratur. »Zurzeit interviewen wir Fachärz- tinnen und Fachärzte, um ihr Spezial- und Erfahrungswissen ebenfalls in unsere KI- Modelle zu integrieren«, erklärt Bioinfor- matikerin Kelbert. Ziel sei es, dem Haus- arzt, der für die meisten Betroffenen die erste Anlaufstelle ist, eine konkrete Hilfe- stellung an die Hand zu geben: Welche 2 | 24 Fragen sollte er stellen, um eine Verdachts- diagnose zu erhärten oder auszuschließen? Worauf sollte er besonders achten? Kelbert ist überzeugt: »Wenn wir vorher besser fil- tern, können wir auch die Fachpraxen deut- lich entlasten, an die Patientinnen und Patienten zur weiteren Abklärung meistens überwiesen werden.« Um die Entscheidung der KI möglichst transparent und nachvollziehbar zu ma- chen, wird im Portal angezeigt, zu wie viel Prozent die Diagnose gesichert ist und auf welchen Daten und Quellen das Urteil beruht. Kelbert: »Das System meldet also beispielsweise, die Angaben passen zu 80 Prozent zu Morbus Wilson. Die Symptome sind größtenteils in der Behandlungsleitli- nie aufgelistet, wir haben einige vergleich- bare Fälle und auch die Experten-Inter- views untermauern den Verdacht. Aber es fehlen noch die Symptome X und Y.« Um die KI-Modelle weiter verbessern zu können, sind mehr Trainingsdaten not- wendig. Gerade im Bereich der Seltenen Erkrankungen, wo insgesamt nur wenige Daten vorliegen, wäre es wichtig, diese weltweit zu sammeln und auszuwerten, um die Versorgungsqualität zu erhöhen. Einen ersten Schritt in diese Richtung hat die Europäische Kommission vor fünf Jah- ren bereits getan. Die »European Platform on Rare Disease Registration« soll den Aus- tausch von Daten zu Diagnose, Behand- lungsverläufen und Versorgung von Pa- tientinnen und Patienten mit Seltenen Erkrankungen ermöglichen, die bisher in Hunderten Registern verteilt sind – aller- dings unter Wahrung der strengen EU- Datenschutz-Regeln. »Leider ist es für For- schungsprojekte sehr kompliziert, an diese Daten heranzukommen«, bedauert Kelbert. Die Betroffenen-Gruppen, mit denen die Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler im Austausch sind, würden ihre Daten gerne zur Verfügung stellen, um so anderen ihre lange Leidensgeschich- te zu ersparen. Jedlitschka: »Ich hoffe, dass wir in Deutschland einen Weg finden, me- dizinische Forschung mit Gesundheits- daten zu vereinfachen.« Er ist überzeugt: »Das Potenzial ist riesig.« zurück zu Seite 1 51 i l e r u t c i p n a p / r e n r o D + z t i b u L : o t o F

2 | 24 Auf die inneren Werte kommt es an: E-Autos sollen durch ressourcen- schonende Produktion noch nachhaltiger werden. — Fraunhofer-Allianz Verkehr Mehr Informationen zur automobilen Zukunft unter: www.verkehr.fraunhofer.de Klimaschutzgesetz, das der Bundesrat im Mai abschließend gebilligt hat. Horch: »Es wäre mit dem heutigen Wissensstand unsinnig, unbedingt den Verbrennungs- prozess als Antriebsoption weiter nutzen zu wollen. Der Elektromotor ist wesentlich effizienter und dabei klimaneutral.« Und Prof. Thilo Bein, Allianz-Verkehr-Mitglied und Leiter Wissenschaftsmanagement am Fraunhofer-Institut für Betriebsfes- tigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, prophezeit: »Pkw werden in Zukunft si- cher batterieelektrisch unterwegs sein. Bei kleineren, mittleren und großen Nutz- fahrzeugen werden wir aber eine Diversi- fizierung der Antriebsstränge sehen. Hier könnten auch Wasserstoff, E-Fuels und Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, zumindest auf Langstrecken.« Aufholbedarf bleibt bei der Ladeinfra- struktur. Im November 2023 gab es laut Bundesnetzagentur 120 500 Ladepunkte für E-Autos in Deutschland. Zwar wächst die Zahl. Doch beim Nachbarn Niederlan- de sprießen Ladepunkte wie Tulpen aus dem Boden: 144 450 Ladestationen er- geben 111,8 Ladepunkte pro 100 Straßen- kilometer – und damit mehr als doppelt so viele im Vergleich. In puncto Lade- infrastruktur, aber auch in puncto Pro- duktion von E-Autos gilt es mitzuhalten. Horch: »Es zählt die Konkurrenzfähigkeit von technologischen Lösungen – nur wer diese im globalen Wettbewerb wirtschaft- lich effizient herstellen kann, wird damit Erfolg haben.« Daran arbeiten seit drei Jahren die Wis- senschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fraunhofer-Forschungsfertigung Bat- teriezelle FFB in Münster auf rund 6800 Quadratmetern Forschungsfläche. Die Ein- richtung zielt darauf ab, die Produktions- prozesse von Batteriezellen »Made in Ger- many« voranzutreiben. In der geschützten Umgebung der »FFB PreFab« haben Part- ner aus unterschiedlichsten Branchen die Möglichkeit, mithilfe der Fraunhofer-For- schenden ihre Entwicklungs- und Kom- merzialisierungsprozesse für bestehende und zukünftige Zellformate schneller zu durchlaufen. »Wir können mit unserer Arbeit dazu beitragen, dass die Herstel- lungskosten von Batteriezellen gesenkt werden,« erläutert Dr. Thomas Paulsen, Abteilungsleiter Strategische Geschäfts- entwicklung an der Fraunhofer FFB. »Die Zelle ist eines der wichtigsten Teile eines Batteriepacks. Wenn wir beispielsweise den Ausschuss, der bei dem Anlauf einer Produktionsanlage entsteht, reduzieren können, sinken auch die Kosten«, konkre- tisiert er. »Wir tragen mit unserer Arbeit also dazu bei, Batterien für E-Autos güns- tiger zu machen und technologische Souveränität in Europa zu erlangen, denn bisher stammen rund 80 Prozent der Bat- teriezellen in europäischen Autos aus Asi- en.« Bald sollen zusätzliche Produktions- und Forschungsf lächen von 20 000 Quadratmetern entstehen, um eine indus- trienahe Produktionsforschung im Giga- watt-Bereich zu ermöglichen – und der elektrifizierten Zukunft des Autos einen wichtigen Schritt näher zu kommen. i W M B / d e m h c S r e t n e u G : o t o F zurück zu Seite 1 53

E -Fahrräder und E-Autos: klar, das funktioniert im Alltag. Doch E-Lkw im Langstrecken- bereich? Lastzüge, die schwere Güter vom Hafen in den Niederlanden quer durch Deutschland nach Ost- oder Süd- osteuropa transportieren? »Es ist tech- nisch vollkommen unproblematisch, einen E-Lkw mit 1000 Kilometern Reich- weite zu bauen – sowohl die Batterien als auch die Ladeleistungen haben sich stark verbessert«, versichert Dr. Patrick Plötz, Geschäftsfeldleiter Energiewirtschaft am Fraunhofer-Institut für System- und In- novationsforschung ISI. »Doch eine solch große Reichweite ist meist gar nicht nötig – sie würde nur die Kosten unnötig in die Höhe treiben.« Schnelllade-Infrastruktur für EU-Mitgliedstaaten In den meisten Lkw, die quer durch Europa donnern, sitzt nur ein Fahrer – der gesetz- lich nach 4,5 Stunden eine Pause von min- destens 45 Minuten einlegen muss. Zeit, in der sich nicht nur die Akkus des Fahrers wieder aufladen sollen, sondern künftig auch die Batterien des Trucks. »Eine rea- le Reichweite von 500 Kilometern wäre daher vollkommen ausreichend. Woran es hapert, ist die entsprechende Schnell- lade-Infrastruktur«, erläutert Plötz. »Wir stehen im Lkw-Fernverkehr noch ganz am Anfang«, gibt Plötz zu. Dynamik schafft je- doch die EU: Um die Treibhausgasemissio- nen im Verkehr und speziell von schweren Lkw zu senken, müssen alle EU-Mitglied- staaten in den nächsten Jahren verpflich- tend eine Infrastruktur für alternative Kraftstoffe aufbauen. Dazu zählt insbeson- dere auch der Aufbau öffentlicher Schnell- ladeinfrastruktur für Lastwagen entlang von Autobahnen. Auch die Mindestanfor- derungen zurrt die EU-Verordnung fest: Bis 2030 sollen europaweit entlang der knapp 110 000 Kilometer der transeuropäischen Verkehrsnetze etwa 2800 Ladestandorte errichtet werden – mit insgesamt mindes- tens 7,5 Gigawatt Ladeleistung. Die Herausforderungen dabei unter- suchen Forschende im Projekt »HoLa – Hochleistungsladen im Lkw-Fernverkehr«. Beteiligt sind die vier Lkw-Produzenten Daimler, Volvo, MAN und Scania, Herstel- ler von Ladesäulen und das Fraunhofer- Institut für Arbeitswirtschaft und Orga- nisation IAO. Die Gesamtprojektleitung für das Projekt, das 2021 startete und noch bis Ende September 2025 läuft, liegt beim Fraunhofer ISI. Das Projekt wird mit ins- gesamt 12 Millionen Euro durch das Bun- desministerium für Digitales und Verkehr gefördert – dient es doch der Erprobung dieses neuen Systems. Gesamtprojektlei- ter Plötz formuliert es so: »Wir wollen E- Lkw frühzeitig in die Logistikprozesse in- tegrieren, das neue Schnellladen testen und Erfahrungen im Realbetrieb sammeln – und natürlich mit unseren Daten die Ba- sis schaffen für einen flächendeckenden Ausbau dieser Technologie.« »Bis zum Jahr 2030 brauchen wir mindes- tens 1000 Megawatt- Ladepunkte an 142 Standorten in Deutsch- land, wenn die Fahrer auch zur Hauptver- kehrszeit nicht länger als fünf Minuten auf eine freie Ladesäule warten sollen.« Dr. Patrick Plötz, Fraunhofer ISI Test-Ladestationen entlang der A2 Zunächst einmal gilt es zu zeigen, dass der Ansatz des Megawatt-Ladens funktioniert. Ort dieser Machbarkeitsdemonstration ist die A2 zwischen Berlin und dem Ruhrge- biet: An fünf Standorten baut das Projekt- team Ladestationen auf – zunächst mit je zwei Ladesäulen des existierenden Stan- dards Combined Charging System (CCS), sprich etwa 400 Kilowatt. Parallel entwi- ckeln die Projektpartner das Megawatt Charging System, kurz MCS, mit dem vier der fünf Ladestationen aufgerüstet werden o t o h p k c o t s I / r e h p a r g o t o h P r o t a g i v A : o t o F 2 | 24 sollen: als erste Lkw-Megawatt-Ladesäu- len im öffentlichen Raum in Deutschland. Langfristig sollen normale und Schnell- ladesäulen nebeneinander betrieben wer- den – schließlich sind die derzeitigen E- Lkw noch nicht schnellladetauglich. Für den Praxistest stellen die Produzenten den beteiligten Logistikunternehmen jeweils mindestens zwei CCS-Fahrzeuge sowie je ein Megawatt-ladefähiges Fahrzeug als Prototypen zur Verfügung. Wie viel Megawatt-Laden braucht das Land? Der Schwerpunkt der Fraunhofer-Insti- tute liegt auf der Umfeldforschung: Wann werden wie viele von diesen Ladesäulen gebraucht? Wie könnte ein Ladenetzwerk aussehen – für Deutschland, aber auch für Europa? »Über verschiedene Berech- nungen und Simulationen wollen wir zu einer Blaupause für den flächendecken- den Ausbau öffentlicher Lkw-Ladeinfra- struktur beitragen«, sagt Plötz. Während die Forschenden des Fraunhofer IAO einen einzigen Rasthof sehr genau unter die Lupe nahmen, zogen die Forschenden des Fraunhofer ISI den Zoom weiter auf und analysierten die gesamtdeutschen Bedarfe näher. Das Ergebnis hat den Projektleiter selbst überrascht. »Nur etwa ein Drittel der Lkw ist überhaupt im Fernverkehr unterwegs – und von denen wiederum viele gar nicht auf so langen Strecken, dass sie eine Mega- watt-Lade-Infrastruktur bräuchten«, fasst Plötz zusammen. Tatsächlich werden nur etwa zehn Prozent der Lkw das Megawatt- Laden langfristig brauchen. Für überflüs- sig hält der Wissenschaftler es allerdings keineswegs: »Das ist ähnlich wie beim Pri- vat-Pkw. In der Regel lade ich das Fahrzeug zu Hause. Aber die paar Male, wo ich auf dem Weg in den Urlaub lange Strecken auf den Autobahnen hinter mich bringen muss, ist die Schnelllade-Infrastruktur elemen- tar.« Der Geschäftsfeldleiter Energiewirt- schaft am Fraunhofer ISI rechnet vor: »Bis zum Jahr 2030 brauchen wir mindestens 1000 Megawatt-Ladepunkte an 142 Stand- orten in Deutschland, wenn die Fahrer auch zur Hauptverkehrszeit nicht länger als fünf Minuten auf eine freie Ladesäule warten sollen.« zurück zu Seite 1 55

2 | 24 Eiserne Kraft: Magnetische Partikel könnten helfen, Brücken sicherer zu machen. »Ich finde die Vorstellung faszinierend, Materie in Zukunft zum Sprechen zu bringen.« Prof. Karl Mandel, Fraunhofer ISC o t o h p k c o t s i / s v e t n i k A , a p d / h u K d r a h n r e B : s o t o F zurück zu Seite 1 57

FINNLAND Hochpräzise Kartierung von Unterwasserstrukturen tuts für Physikalische Messtechnik IPM gemeinsam mit dem finnischen Geo- spatial Research Institute (FGI) im Pro- jekt CoLiBri. Die Datenaufnahme er- folgt mit zwei kompakten Sensormodu- len: einem mobilen, druckfesten Unter- wasserscanner und einem ultraleichten Drohnenscanner. So lässt sich sowohl die Bodenstruktur millimetergenau er- fassen, als auch die Wasseroberfläche und -tiefe sowie der Gewässerrand ein- schließlich des angrenzenden Geländes. Nach der Auswertung werden die Da- ten in einer sogenannten Punktwolke in einem einheitlichen Raum-Zeit-Koordi- natensystem zusammengeführt, sodass eine zusammenhängende Darstellung beider Systemkomponenten entsteht. Offshore-Windparks können jetzt mithilfe von zwei innovativen LiDAR-Systemen vermessen werden. An einem weltweit einzigartigen Mo- nitoringverfahren, das präzise laser- basierte Messungen aus Unterwasser- und Luftaufnahmen kombiniert, ar- beiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Insti- Auch während einer Pandemie soll die Produktion in Zukunft nicht stillstehen. FRANKREICH KI macht Roboter effizienter Intelligente und flexible Industriero- boter, die eine unterbrechungsfreie Produktion, einen hohen Automatisie- rungsgrad und einen geringen Ener- gieverbrauch gewährleisten, sind das Ziel des deutsch-französischen Pro- jekts GreenBotAI unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Werk- zeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Die Forscherinnen und Forscher arbeiten an einer KI-basierten Pro- grammierung, die es den Robotern ermöglicht, selbstständig Umge- bungsbedingungen zu erkennen, sich an Produktionsanforderungen anzu- passen, komplexe Aufgaben spontan zu bewältigen und Fehler zu identifi- zieren. Technisch konzentriert sich GreenBot-AI auf die Reduzierung von Reaktions- und Latenzzeiten, opti- mierte Bahnplanung und die Ausfüh- rung von Aufgaben »on-the-fly«, also während sich der Roboter noch be- wegt. Der Energieverbrauch soll durch datenreduzierte KI-Lösungen und schnellere Greifbewegungen deutlich sinken: 25 Prozent Reduktion sind be- reits erreicht, 50 Prozent sind anvisiert. 2 | 24 Allein die Asiatische Tigermücke kann 20 verschiedene Viren übertragen, die für den Menschen gefährlich sind. EUROPA Epidemien verhindern Wie hoch ist das Risiko für neue Zoo- nosen, also Infektionskrankheiten, die durch Tiere übertragen werden? Dieser Frage gehen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie IZI zusammen mit einem interdisziplinären Forschungs- team im EU-Projekt ZOE nach. Ihr Ziel: Gefahren frühzeitig erkennen und Epi- demien abwehren. Dafür untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler aus Europa und Lateinameri- ka unter anderem die Biodiversität von Waldgebieten, in die der Mensch un- terschiedlich stark eingegriffen hat. Sie kartieren mithilfe von Satellitenbildern und Feldforschungen die Landschafts- merkmale sowie die dort vorkommen- den Tier- und Pflanzenarten. Außer- dem erfassen sie die Verbreitung po- tenziell gefährlicher Mikroorganismen, indem sie häufige Träger von Zoonose- erregern wie Nagetiere, Zecken und Mücken auf Bakterien und Viren tes- ten. Das Fraunhofer IZI entwickelt Ana- lyseverfahren, mit denen diese Proben umfassend und in großem Durchsatz auf entsprechende Antikörper unter- sucht werden. zurück zu Seite 1 59 c i p o T T N A , ) 5 ( o t o h p k c o t s i e l l a / n o k - v e a h c e n , l e g n o d r u n o , 8 6 6 v o r a k a M , ) 2 ( g n g a m i I l a t n e m e l E : s o t o F

2 | 24 »Acht Stunden bei Kunstlicht zu arbeiten, ist physiologisch wie psychologisch nicht optimal.« Dr. Jan de Boer, Fraunhofer IBP s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / n o s f f e s o J : o t o F — Mehr Tageslicht: Zum Video der Techno- logie-Demonstration an einer Krefelder Schule www.youtube.com/ watch?v=2D6Zr9Pwv6s zurück zu Seite 1 61

2 | 24 Inspiration für die Wissenschaft: Dank Millionen feinster Härchen an den Füßen haften Geckos selbst auf Glasscheiben. Die Haftkräfte übersteigen dabei das Eigengewicht der Reptilien um ein Vielfaches. zurück zu Seite 1 63 o t o h p k c o t s i i e d e b / n w o t r o N i a h c n a D , y r t m D n i l t e P : o t o F

2 | 24 tragsschweißens ermöglicht eine gezielte und effiziente Nutzung von Energie und minimiert dadurch die Umweltbelastun- gen«, erklärt Dr.-Ing. Clemens Kuhn, seit 2021 Geschäftsführer bei ALOtec Dres- den. »Mit diesen Verfahren erreichen wir eine verbesserte Langlebigkeit stark beanspruchter Bauteile und nachhaltige Lösungen durch die Reparatur und Wie- derverwendung alter oder defekter Kom- ponenten.« In Kooperation mit ALOtec entwickel- te das Fraunhofer IWS bestehende Laser- bearbeitungsprozesse weiter. Etwa das La- serhärten mit Wärmefeldregelung auf Basis des dynamischen Strahlformungs- systems LASSY: Ziel war hier, den Laser- strahl mit einer langen Brennweite sowie festem runden oder rechteckförmigem Fokus über ein Schwingspiegelsystem zu leiten, um auch komplexeste Bauteilgeo- »Wir sammeln Impulse aus der Praxis und tragen Themen und Anforderungen aus der Wirtschaft und Fertigung an Fraunhofer heran.« Dr.-Ing. Clemens Kuhn, ALOtec Dresden GmbH Im Auftrag eines Autoherstellers: Laserauftragsschweißen mit Draht (ALOwire) auf einem Presswerkzeug. metrien wie Freiformflächen, Kofferecken oder spitz zulaufende Schneidkanten här- ten zu können. Die Temperaturverteilung an der Oberfläche kann dabei über das am Fraunhofer IWS entwickelte Pyrometer »Efaqs« oder eine spezielle Wärmebildka- mera (»Emaqs«) berührungslos und prä- zise erfasst werden: Mit beiden Systemen ist dann der eigentliche Wärmefeldregler in der Lage, die Laserleistung entsprechend anzupassen und damit geometriebeding- te Temperaturabweichungen zu kompen- sieren. »Unsere Partnerschaft mit dem Fraun- hofer IWS ist nicht nur von gemeinsamen Projekten geprägt, sondern generell von einem regen Austausch«, betont Geschäfts- führer Kuhn: »Wir sammeln Impulse aus der Praxis und tragen Themen und An- forderungen aus der Wirtschaft und Fer- tigung an Fraunhofer heran.« zurück zu Seite 1 65 H b m G n e d s e r D c e t O L A : o t o F

2 | 24 K ann Schule nicht ein biss- chen mehr wie TikTok sein? Was wie der Stoßseufzer eines Teenagers klingt, fasst das Vorhaben des gemeinnützigen Start-ups DigitalSchoolStory (DSS) gut zusammen. In DSS-Projekten wandeln Schülerinnen und Schüler ausgewählte Lerninhalte um in Videoclips im Social-Media-Format – im Team und unterstützt von ihren Ido- len auf Plattformen wie Instagram und YouTube. Goethe auf TikTok statt auf Papier? Für Vertreter der Boomer-Generation klingt das schnell wie eine Infantilisierung der Schule. Doch die DSS-Lernmethode ist al- les andere als Spielerei. Sie will jene »soft skills« stärken, die bislang in Bildungstests wie der PISA-Studie keine Rolle spielen, aber für den beruf lichen Erfolg in zunehmend digitalisierten und automa- tisierten Arbeitswelten essenziell sein wer- den. Um diese Kompetenzen messbar zu machen und so ihre Implementierung in schulischen Lehrplänen zu beschleunigen, haben Forschende am Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT nun ein neues Testverfahren entwickelt. Denn Faktenwissen allein reicht nicht mehr aus in der sogenannten VUCA-Welt des 21. Jahrhunderts – geprägt durch Un- beständigkeit (volatility), Unsicherheit (uncertainty), Komplexität (complexity) und Mehrdeutigkeit (ambiguity). »Diese Welt belohnt uns nicht mehr allein für das, was wir wissen – Google weiß ja schon alles –, sondern für das, was wir mit dem, was wir wissen, tun können«, erklärt Bil- dungsforscher und OECD-Direktor An- dreas Schleicher im OECD Learning Com- pass 2030. Mit den 4K das Bildungsideal neu denken Die amerikanische Non-Profit-Organisa- tion Partnership for 21st Century Lear- ning (P21) hat zunächst vier Kernkompe- tenzen definiert, um mit der wachsenden Komplexität der Welt zurechtzukommen und diese zu gestalten: Kreativität und Innovation, kritisches Denken und Pro- blemlösen, Kollaboration und Kommuni- kation. Anstatt Bildung vorrangig also zu verstehen als die Vermittlung von Abfra- gewissen, müssen die Schülerinnen und Schüler beim DSS-Ansatz sich das Wissen nicht nur selbstständig erarbeiten, son- dern es anschließend so aufbereiten, dass auch andere die Problematik verstehen. Wer je versucht hat, komplexe Sachver- halte in eine schlüssige Story umzuwan- deln und in einem 90-Sekunden-Clip ver- ständlich zu erklären, der weiß, dass das keine Spielerei ist. Die Leistungen der Schülerinnen und Schüler weltweit in den Basiskompetenzen Lesen, Mathematik und Naturwissenschaf- ten werden regelmäßig mit der PISA-Stu- die gemessen. Doch was ist mit den Kern- kompetenzen für das 21. Jahrhundert? »Für die Erfassung der 4K existierte bislang im deutschsprachigen Raum kein entspre- chendes Messinstrument«, erklärt Gülsah Keskin, Projektleiterin am Fraunhofer FIT. Die sei aber nötig, denn »erst wenn sich die Wirksamkeit eines Lehrkonzepts em- pirisch belegen lässt, hat es bessere Chan- cen, bildungspolitisch mehr Sichtbarkeit zu erlangen«. Das Messinstrument, das die Psycho- login in Kooperation mit der DSS entwi- ckelt hat, erfasst die 4K sowie Medienkom- petenz als zusätzliche Fähigkeit (Modell 4Kplus). Anders als PISA prüft es jedoch kein Wissen: 25 Fragen – 5 bis 8 Items pro Kompetenz – eruieren die Selbsteinschät- zung der Schüler und Schülerinnen auf einer fünfstufigen Skala. Die Lehrkraft füllt ebenfalls einen Fragebogen pro Schülerin oder Schüler aus, sodass die Selbsteinschät- zung durch eine Fremdwahrnehmung er- gänzt wird. Die Projektgruppe des Fraunhofer FIT setzte das Messinstrument an mehreren Schulen vor und nach dem DSS-Projekt ein. Das Ergebnis: Vor allem in den Kom- petenzen Kreativität und Innovation, kri- tisches Denken und Problemlösen sowie Medienkompetenz beobachteten die Lehr- kräfte positive Veränderungen – auch wenn die Schülerinnen und Schüler diese nicht ganz so deutlich wahrnahmen. Durch den regulären Unterricht allein veränderten sich die 4K nicht signifikant. Das Lernen nach dem TikTok-Prinzip funktioniert, schlussfolgert das Start-up DigitalSchoolStory: Die co-kreative Ent- wicklung von Videoformaten stärke Me- dienkompetenz und kritisches Denken. Auch Projektleiterin Gülsah Keskin inter- pretiert die Studienergebnisse als eine Er- mutigung, weiter an der Messung der 4Kplus sowie an der Entwicklung didak- tisch innovativer digitaler Lehrkonzepte zu forschen. Sie hofft, dass die Erfassung der Kernkompetenzen schon bald die ob- jektive Wissensabfrage in der PISA-Studie um eine subjektive Komponente der Kom- petenzbeurteilung ergänzt, um so sinn- volle Impulse für die Bildung der jungen Generation zu erhalten. Für das Leben lernen mit dem TikTok-Prinzip Nicht für das Leben, sondern für die Schule lernen wir, bilanzierte der römi- sche Philosoph Lucius Annaeus Seneca schon 62 n. Chr. mit spitzer Feder: Das, was an der Schule unterrichtet würde, helfe nicht, »richtig zu leben, sondern bestenfalls, gelehrt zu reden«. Seine Kri- tik ist bis heute aktuell. Im Alltag erlebt Gülsah Keskin immer wieder, »dass jede der fünf Kernkompetenzen wichtig ist für den beruflichen Erfolg«. Einige Elemen- te dieser Kernkompetenzen zeigen sich idealerweise bereits im Vorstellungsge- spräch mit Bewerberinnen und Bewer- bern: »Wie bestimmte Systeme funktio- nieren, kann jeder schnell lernen. Aber problemorientiertes Denken, die Bereit- schaft zum lebenslangen Lernen sowie die konstruktive Zusammenarbeit mit anderen Menschen und Kulturen lassen sich nicht in einer zweistündigen Fort- bildung vermitteln.« Die Integration der 4Kplus in die schulische und womöglich auch berufliche Ausbildung sei von Be- deutung – damit die nächste Generation nicht nur für die Schule, sondern tatsäch- lich für das Leben lernt. zurück zu Seite 1 67 s e g a m i s u i t i r u a m / s e g a m I n a v a C : o t o F

2 | 24 »Insgesamt sind circa 75 Prozent der Gene, die eine Erkrankung beim Menschen auslösen können, auch bei Raupen vorhanden.« Anton Windfelder, Fraunhofer IME o t o h p k c o t s i / n a g o r G W z i L : o t o F In der Landwirtschaft ein Schädling, für die Forschung ein Nützling: die Raupe des Tabak- schwärmers. zurück zu Seite 1 69

Knochenhart und doch empfindlich: Nach Brüchen werden häufig Nachoperationen und aufwendige Langzeitbehand- lungen nötig. zu gewährleisten, und womöglich eine lokale In- fektion gleichzeitig behandelt werden muss. Hier setzt SCABAEGO an. »Unser Kompositmaterial kombiniert das biodegradierbare Polymer Poly- caprolacton mit bioaktivem Glas«, erklärt Dr. Kai Borcherding, Geschäftsfeldleiter Medizintechnik und Life Sciences am Fraunhofer IFAM. Aus die- sem Material erstellt der Projektpartner Bella Seno mittels 3D-Drucktechnologie ein maßgefertigtes Stütz- und Leitgerüst für die Defektstelle im Kno- chen, das sogenannte Scaffold. Die Daten für die individuelle Formgebung des Scaffolds stammen aus einer Computertomografie des gebrochenen Knochens. Bei bis zu zehn Prozent der Knochen- brüche kommt es nicht zu einer aus reichenden Knochenheilung und ein segmentaler Knochendefekt entsteht. Dr. Tobias Großner, Oberarzt und Leiter der Experimentellen Unfallchirurgie am Universitäts- klinikum Heidelberg, erklärt die Vorteile des Ver- fahrens: »Bei einer Operation wird Knochensubs- tanz aus dem Beckenkamm oder dem Markraum der großen Röhrenknochen entnommen und dann an der Fehlstelle des gebrochenen Knochens ein- gefüllt. Das Scaffold mit seiner Gitterstruktur sorgt dafür, dass das eingefüllte Knochentransplantat- Material sicher vor Ort bleibt und sich neuer Kno- chen bilden kann.« o t o h p k c o t s i / n a h k g n a : o t o F 2 | 24 Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren wird so das Risiko einer Dislokation des transplantierten Knochenmarks minimiert und die Gefäßeinspros- sung kann ungestört erfolgen, sodass der Defekt sicher heilen kann. Etwaige Bakterien werden durch das bioaktive Glas in ihrem Wachstum gehemmt. Risiko von Infektionen reduzieren Die Kombination aus Polycaprolacton (PCL) und bioaktivem Glas hat weitere Vorteile. Zum einen verwandelt sich das Material im Körper in eine knochennahe Substanz, zum anderen wirkt das bioaktive Glas möglichen Infektionen entgegen. Fraun hofer-Experte Kai Borcherding: »Unsere ersten Tests haben nachgewiesen, dass die bio- logische Aktivität des Komposits genau im ange- strebten Zielbereich der Hemmung des Bakterien- wachstums liegt. Es konnte eine Reduktion von MRSA – dem Methicillin-resistenten Bakterium Staphylokokkus aureus – um vier Log-Stufen be- ziehungsweise 99,99 Prozent auf dem Komposit nachgewiesen werden. Dieses antibiotikaresisten- te Bakterium ist für schwer behandelbare Infek- tionen verantwortlich. Das Ergebnis überzeugt al- so hinsichtlich Oberflächenschutz des Implantats und Verringerung des Infektionsrisikos. « Das SCABAEGO-Forschungsteam arbeitet der- zeit mit dem Universitätsklinikum Heidelberg da- ran, das Konzept weiter zu verfeinern. Gleichzei- tig optimiert das Team das Mischungsverhältnis des Komposits, insbesondere den Anteil von Glas. Borcherding: »Unser Ziel ist es, möglichst viele der biologisch positiven Eigenschaften von Glas zu nutzen, gleichzeitig aber die nötige Festigkeit des Scaffolds zu bewahren.« zurück zu Seite 1 71

2 | 24 G egen ihn hatten selbst Spieler-Legenden wie Lionel Messi oder Neymar keine Chance: Der RoboKeeper aus dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML hält mithil- fe von 3D-Bildverarbeitung, Steuer-Regel-Technik und Algorithmik nahezu jeden Ball. Entwickelt wurde der lebensgroße Tipp-Kick-Fußballer während der WM 2006 in Deutschland. Seitdem war er weltweit auf zahlreichen Events im Einsatz und wird ständig optimiert. Pünktlich zur EM 2024 erschien die neueste Version. In Zeiten von Künstlicher Intelligenz (KI) scheint der Roboter-Torwart auf den ersten Blick unspektakulär: Zwei Kameras analysieren die Flugbahn des Fußballs nach dem Torschuss, ein Motor setzt den Torwart in Bewegung. Ganz ohne KI. Doch bei genauerer Betrachtung wird deutlich, wie ausgeklügelt die Me- chanismen hinter dem RoboKeeper sind. »KI wäre für unseren Torwart nicht clever genug«, erklärt In- genieur Thomas Albrecht, Lei- ter Fahrerlose Transportsys- teme am Fraunhofer IML. »Sie würde den RoboKeeper vermutlich eher verlang- samen und verteuern.« Schneller als ein Formel-1-Wagen Die Torwartfigur ist an einer Motor-Getriebe-Kombination mit hoher Leistungsdichte und Dynamik angebracht. Der An- trieb, die zugehörige Motorsteuerung und die zwei Gigabit-Farbkameras sind mit einem Rechner verbunden, auf dem eine 3D-Bildverarbeitungssoftware läuft. Dabei arbeiten al- le Komponenten – Motor, Kameras und Software – auf höchstem Niveau. Schließlich muss der RoboKeeper auch einen Elfer von Messi und Neymar (auf-)halten können. Bereits 50 Millisekunden nach dem Abschuss weiß das System, wo der Ball im Tor landen wird – bei einer Schussgeschwindigkeit von 100 Kilometern pro Stunde hat der Ball zu diesem Zeitpunkt bereits 1,5 Meter zurück- gelegt. Unmittelbar nach dem Abschuss erfassen ihn die Kameras mit 90 Bildern pro Sekunde (90 fps). Die Bildbe- arbeitungssoftware berechnet dann eine Parabel, die die Flugbahn beschreibt, und das System zeigt dem Keeper an, wo der Ball trifft. Ein Antrieb mit einer Motorleistung von 21 Kilowatt (rund 28,55 PS) beschleunigt und bremst die Torwartfigur mit 20-facher Erdbeschleunigung – 17- mal schneller als ein Formel-1-Wagen. Die Fingerspitzen der Figur erreichen dabei eine Höchstgeschwindigkeit von 53 Kilometern pro Stunde. Weltweit im Einsatz und (fast) unschlagbar Kein Wunder, dass der RoboKeeper mittlerweile ein ech- ter Exportschlager ist. 44 Exemplare sind heute weltweit im Einsatz, vertrieben von einem Sport-Vermarktungs- partner. Insbesondere die Software wurde in den letzten Jahren ständig verbessert. Aber auch Hardwarekompo- nenten wie Kamera, Motor und Rechner wurden durch moderne und leistungsfähigere Geräte ersetzt. Richtig spannend ist das aktuelle Upgrade, denn auch der Robo- Keeper ist nicht unfehlbar: »Bälle können im Tor landen, wenn der Schuss sehr hart ist oder in die obe- ren Ecken geht, weil sie der RoboKeeper aufgrund seiner Abmessungen nicht erreichen kann«, sagt Albrecht. Schüsse aus zehn Metern Ent- fernung, die mit bis zu 100 Kilometern pro Stunde flach in die linke oder rechte Ecke geschossen werden, sind für den Keeper am schwie- rigsten zu halten. Gerade haben die Forschenden am Fraunhofer IML einen »Ballrückholroboter« ent- wickelt, der den Ball dann automatisch zum Spieler zu- rückbringt. Auch wenn der RoboKeeper selbst für geübte Spieler eine echte Herausforderung ist: Unsere National- mannschaft mit ihm zu trainieren, hält Albrecht für nicht zielführend. »Wenn unsere Spieler das gezielte Torschießen üben, ist es natürlich sinnvoll, den Torwart der National-Elf gleich mitzutrai- nieren.« Immer wieder gegen Top-Schützen anzutreten, schafft Erfahrungswerte, die Weltklassetorwarte wie Ma- nuel Neuer auszeichnen – und die sie dem RoboKeeper immer voraushaben werden. — Im Video Messi und Neymar stellen den RoboKeeper in Barcelona auf die Probe. www.youtube.com/watch?v=gp23q8VAi5E zurück zu Seite 1 73 a p d / s r e t u e R / h c a b n e f f a f P i a K , n o i t n e t t a 4 / h c i r l U m m T : s o t o F i

2 | 24 »Wir arbeiten an einer ganzen Mini-Mikro-Nano-Roboter-Flotte. Die Bandbreite der neuen Technologie ist enorm.« Dr. Anna Christin Bakenecker, Fraunhofer-Einrichtung IMTE In Form, Größe und Material je nach Einsatzort im Körper variabel: die smarten Transporter aus der Fraunhofer IMTE. Seit drei Jahren arbeitet das For- schungsteam der Fraunhofer IMTE in en- ger Kooperation mit der Uniklinik Lübeck an den U-Booten, die anfangs noch rund drei Millimeter maßen – und damit für viele medizinischen Anwendungen zu groß waren. Inzwischen ist es mithilfe ausge- feilter 3D-Drucktechnik an der Fraun- hofer IMTE gelungen, sie auf 400 Mikro- meter zu verkleinern. Im Gegensatz zum älteren Modell, das eher einer Minifusilli- Nudel glich, erinnert das neue an eine Schraube. Bakenecker erklärt: »Wenn man sehr viel kleiner wird, braucht man aus physikalischen Gründen für den Vortrieb eine andere Form. Das ältere U-Boot hat sich wie ein Schiffsantrieb vorwärtspro- pellert, das neue schraubt sich nach vorne.« Während die Miniaturisierung bereits gelungen ist, tüfteln Bakenecker und ihr Team noch am perfekten Fertigungsma- terial. Dafür testen die Wissenschaftlerin- nen und Wissenschaftler verschiedene Hydrogele – Gele aus Polymeren, die Was- ser binden können. »Es gibt eine große Bandbreite an Hydrogelen, die superspan- nende Eigenschaften haben, gut verträg- lich und für verschiedenste Anwendungen geeignet sind«, schwärmt Bakenecker. Auch könne man sie beispielsweise gleich mit Wirkstoffen versetzt drucken. »Zurzeit ar- beite ich mit einem Hydrogel, das sich auf- löst, sobald sich der ph-Wert ändert, wie es in der Nähe von Tumoren der Fall ist. Das Mikro-U-Boot würde dann am Zielort zerfallen und dabei das Therapeutikum freigeben.« Auch die Eisenoxid-Beschich- tung ist vom Körper abbaubar und daher gut verträglich. Um Wirkstoffe in schwer erreichbare Kör- perregionen zu bringen, zum Beispiel in Gelenke, will Bakenecker die Transpor- ter sogar noch kleiner machen: »Wir ver- zichten auf unser U-Boot als Vehikel und nutzen einfach nur die Eisenoxid-Nano- partikel, an denen die Wirkstoffe binden. Natürlich braucht man eine große Menge an Partikeln, um auf eine angemessene Dosis zu kommen. Die rauschen dann wie ein Bienenschwarm durch den Kör- per, gelenkt durch unser Magnetfeld.« Die Nano-Transporter könnten in verletzten Gelenken dafür sorgen, dass sich entzün- dungshemmende Mittel besser verteilen. Bakenecker: »Gelenkflüssigkeit ist sehr zähflüssig, Medikamente verbreiten sich hier sonst nur schwer.« Für andere Anwendungen sind wie- derum die größeren Mikro-U-Boote besser geeignet, zum Beispiel, wenn mehr Wirk- stoff transportiert werden muss oder für den Verschluss eines lebensbedrohlichen Aneurysmas – also einer Aussackung in einer geschwächten Arterienwand, in der sich Blut sammelt und die zu platzen droht. Bakenecker: »In diesem Fall würden wir unser U-Boot nicht für den Arzneimittel- Transport nutzen, sondern es in die Aus- sackung lenken und diese so verschließen. Das Blut gerinnt um den Fremdkörper, sodass das Boot dort festsitzt.« Hier soll es dauerhaft verhindern, dass immer mehr Blut in die Aussackung fließt und gegen die Schwachstelle drückt. Dieses Boot darf sich deshalb nicht auflösen, sondern muss stabil bleiben. »Es gibt zahlreiche Anwendungsszenarien für unsere kleinen Schwimmer. Je nach Einsatzzweck lassen sich die Größe und Fertigungsmaterialien variieren«, erzählt Bakenecker begeistert. »Wir arbeiten also an einer ganzen Mini- Mikro-Nano-Roboter-Flotte. Die Bandbrei- te der neuen Technologie ist enorm.« zurück zu Seite 1 75 y r a r b i L o t o h P e c n e i c S / s n o i s i V k c i b b a H r o t c i V : o t o F

Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 Forschungs- preise Seit 1978 verleiht die Fraunhofer- Gesellschaft Preise für herausragende wissenschaftliche Leistungen ihrer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. 2 | 24 Das innovative PLA-Material ist zu mindestens 80 Prozent biobasiert. Das Ergebnis ist ein neuartiges flexibles PLA-Materi- al, das gänzlich ohne den Einsatz von migrierenden Weich- machern auskommt und im Gegensatz zu LDPE zu min- destens 80 Prozent biobasiert ist – »wobei potenziell auch eine nahezu 100-prozentige Biobasiertheit möglich ist«, erklärt André Gomoll. »Außerdem lässt sich unser Mate- rial kostengünstig aus kommerziellen Rohstoffen in einem einfachen Syntheseprozess herstellen. Dieser verlangt kei- ne großvolumigen Syntheseanlagen, sondern kann lokal durch mittelständische Unternehmen als kontinuierlich betriebener Prozess implementiert werden. Schließlich ist das neuartige PLA-Material auch auf gängigen Verar- beitungsanlagen ähnlich wie LDPE zu Folien verarbeitbar und kann chemisch mit erheblich geringerem Energie- aufwand als LDPE recycelt werden«, so Gomoll weiter. Für die Entwicklung dieses flexiblen und recycelba- ren PLA-Materials wurden André Gomoll, Dr. Benjamín Rodríguez und Dr. Antje Lieske mit dem Joseph-von-Fraun- hofer-Preis 2024 ausgezeichnet. Erfolgreiche kommerzielle Umsetzung Das vom Fraunhofer IAP entwickelte nachhaltige Ma- terial ist das erste seiner Art, das LDPE in flexiblen Fo- lienanwendungen hinsichtlich der Materialparameter vollständig ersetzen kann. Dies bewegte die Firma Poly- mer-Gruppe zur Kommerzialisierung. 2023 wurde eine Produktionsanlage für die neuen PLA-Blockcopolymere von der SoBiCo GmbH, einer Tochtergesellschaft der Poly- mer-Gruppe, in Betrieb genommen. Sie produziert pro Jahr 2000 Tonnen der neuartigen Biokunststoffe mit dem Namen Plactid®. Langfristig sollen dort 10 000 Tonnen des neuartigen flexiblen PLA-Materials pro Jahr hergestellt werden. Das Material wird in Zukunft einen wichtigen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit von Kunststoffverpackungs- materialien leisten. Neben flexiblen Verpackungsfolien können künftig auch völlig neue Anwendungsfelder erschlossen werden, etwa im Automobilbereich, in der Textilindustrie und in der Additiven Fertigung. zurück zu Seite 1 i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F e l l A 77

Patentierte Technologie mit Zukunft Die am Fraunhofer ISE entwickelte MorphoColor®-Tech- nologie ist eine seit 2017 patentierte Plug-in-Lösung, die sich mit allen gängigen sowie den absehbaren zukünftigen Photovoltaik-Technologien einsetzen lässt und kosten- günstig industriell herstellbar ist. Besonders gut eignen sich Zell- und Modultechnologien, die einen homogenen optischen Eindruck liefern, wie etwa rückseitenkontak- tierte Solarzellen oder die ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelte Matrix-Schindeltechnologie. Um zu verhin- dern, dass die aneinander gelöteten Photovoltaik-Zellen von Kachel-Größe wie ein Schachbrett durch das farbige Deckglas schimmern, haben die Forscher am Fraunhofer ISE eine Montagemethode entwickelt, die an das Prinzip eines Mauerwerks erinnert. »Bei der Matrix-Schindel- technologie entfallen durch die leitfähige Verklebung der Solarzellen die metallisch reflektierenden Zellverbinder und es ergibt sich ein homogenes Erscheinungsbild. Somit bleibt die Solarzellentechnologie hinter der Farbschicht vollständig unsichtbar. Dadurch wird eine ästhetische und vollständige optische Integration in Fassaden oder Dächer ermöglicht«, erklärt Dr. Oliver Höhn. Die Marke MorphoColor® ist bereits in der EU sowie in der Schweiz, China, USA, Japan und Korea registriert. 2 | 24 »Der Morpho-Schmetter- lingsflügel erzeugt einen Farbeindruck nicht durch farbige Pigmente, sondern durch einen optischen Effekt.« Dr. Thomas Kroyer, Fraunhofer ISE Eine Lizenz wurde 2023 der Schweizer Firma Megasol Energie AG erteilt, ein europaweit führender Hersteller von Solarmodulen und In-Dach- und Fassaden-Montage- systemen, die die MorphoColor®-Technologie aktuell am Markt etabliert. Ein vielversprechendes weiteres Entwick- lungsfeld ist die Integration von Photovoltaikmodulen in Fahrzeuge. Auf der Automobilmesse IAA zeigte das Fraun- hofer ISE bereits Autoglasdächer und Motorhauben mit integrierten MorphoColor®-Photovoltaikmodulen – und stieß damit auf großes Interesse bei den deutschen Automobilherstellern. : s o t o F Dr. Thomas Kroyer (l.), Dr. Oliver Höhn (M.) und Andreas Wessels wollen die Akzeptanz von Photovoltaikanlagen steigern. zurück zu Seite 1 79

durchgeführte, kostenintensive Crashtests gab es damals keine Möglichkeit, die Sicherheit von Neuentwicklungen in diesem Bereich schnell zu überprüfen.« Denn: Je mehr Objekte sich in einer Situation bewegen und miteinander agieren – bei einem Auffahrunfall etwa das Auto selbst, die Personen im Fahrzeug und der sich entfaltende Air- bag –, desto schwieriger ist es, sie unter vertretbarem Aufwand mit klassischen Simulationsmethoden zuver- lässig abzubilden. Basierend auf der Dissertation von Jörg Kuhnert ent- wickelte das Team – seit dem Jahr 2012 auch unter Mit- arbeit von Dr. Isabel Michel im Schwerpunkt Freistrahl- turbinen – daher am Fraunhofer ITWM den innovativen gitterfreien Ansatz. Dieser ermöglicht es, besonders kom- plexe und dynamische Situationen teilweise erstmals überhaupt in der Simulation zu zeigen. Sämtliche seither erzielten Forschungsergebnisse flossen in das Software- Tool MESHFREE ein, das Alleinstellungsstatus besitzt: Im internationalen Vergleich macht kein anderes Simu- lationswerkzeug die Generalisierte Finite-Differenzen- Methode (GFDM) industriell nutzbar. 2 | 24 zu steigern, indem es den Einfluss von Luft auf die Strö- mung oder die Abrasion der Schaufeln durch Sandparti- kel simulierte. Ganz grundsätzlich lässt sich die Methode überall dort nutzen, wo Messungen oder Versuche ersetzt werden sollen oder nur schlecht bis gar nicht funktionie- ren. Isabel Michel fasst zusammen: »Wir sind nicht fixiert auf die klassischen Anwendungsfälle der numerischen Strömungsmechanik. MESHFREE kann viel mehr: Das Tool ist bewusst generisch gehalten.« »Bis auf real durchgeführte, kostenintensive Crashtests gab es damals keine Möglichkeit, die Sicherheit von Neuent- wicklungen in diesem Bereich schnell zu überprüfen.« Flexible Methode für dynamische Prozesse Dr. Jörg Kuhnert, Fraunhofer ITWM Passt sich flexibel an Bewegung an: die in MESHFREE verwendete numerische Punktewolke. Klassischerweise kommt bei Simulationen die Finite- Elemente-Methode zum Einsatz: Ingenieurinnen und Ingenieure konstruieren dafür ein Gitternetz für die jeweilige Geometrie und berechnen darauf aufbauend die Veränderungen in jedem einzelnen Element. Bereits das Aufsetzen der Gitterstruktur ist sehr zeitaufwendig; auch während der Simulation muss sie immer wieder angepasst werden. Die Software MESHFREE kombiniert dagegen die Generalisierte Finite-Differenzen-Methode zur Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie mit effizienten Algorithmen zur Lösung li- nearer Gleichungssysteme, die vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI mitentwickelt wurden. Ein gewaltiger Vorteil: Die ver- wendete numerische Punktewolke ist in der Lage, sich flexibel an bewegliche Geometrien anzupassen. Aufwen- dige Nachkorrekturen im Rechengitter entfallen. Für ihre Entwicklung, die reale Versuche ersetzen kann, erhalten Dr. Jörg Kuhnert und Dr. Isabel Michel den Joseph-von- Fraunhofer-Preis 2024. Die ausgezeichnete Methodik lässt sich für eine gro- ße Bandbreite von Anwendungen einsetzen. Ein Schwer- punkt liegt aktuell auf dem Automotive-Bereich: Neben der Airbag-Simulation konnten die Forschenden ihre zahlreichen Industriepartner bislang unter anderem mit Modellierungen von Wasserdurchfahrten oder zum Über- rollen von Fahrzeugen auf Sand oder Kies unterstützen. In der Verfahrenstechnik half MESHFREE Unternehmen dabei, die Prozessparameter bei der Verarbeitung von Glasschmelze sowie der Verwendung von Kunststofftei- len zu optimieren oder die Effizienz von Wasserturbinen zurück zu Seite 1 81

2 | 24 Fachleute stellten nicht nur geeignete Proben und Patien- tendaten bereit. Unter der Leitung von Prof. Thorsten Brenner vom Universitätsklinikum Essen wurde der neue Ansatz mit dem bisherigen diagnostischen Standard ver- glichen und der diagnostische Nutzen durch Gremien bestehend aus unabhängigen Expertinnen und Experten evaluiert. Dr. Silke Grumaz und Dr. Philip Stevens wiederum, die in ihrer Zeit am Fraunhofer IGB jeweils die ersten molekularbiologischen und bioinformatischen Grund- lagen des Verfahrens mit entwickelten, schufen mit der Gründung der Noscendo GmbH für Kliniken die Möglich- keit, jederzeit Proben einsenden und in kürzester Zeit analysieren lassen zu können. Silke Grumaz, Chief Scien- tific Officer der Noscendo GmbH: »In der Regel liegt das Ergebnis innerhalb von 24 Stunden nach Eingang der Blutprobe bei uns im Labor vor. Wenn ein Klinikum das Verfahren nicht selbst anwendet, kann die Logistik wei- tere zwölf Stunden in Anspruch nehmen. Das ist in den meisten Fällen immer noch schneller als jede Blutkultur.« Die Freude über den gemeinsamen Erfolg unterstreicht Dr. Kai Sohn, Abteilungsleiter In-vitro-Diagnostik am Fraunhofer IGB: »Nur durch den Verbund aus Fraunhofer, führenden klinischen Netzwerken und der Noscendo GmbH konnte unser Verfahren etabliert und erfolgreich an die Krankenhausbetten gebracht werden.« Kein Schluss-, sondern ein Meilenstein Für die Partner markiert der Wissenschaftspreis keinen Abschluss. »Aktuell wenden wir uns der Kinder-Intensiv- medizin zu. Eine zuverlässige und schnelle Diagnostik ist hier umso bedeutsamer, da kleinen Patientinnen und Patienten nur geringe Mengen Blut entnommen werden können«, verdeutlicht Klinikleiter Brenner. Die Preis- träger wollen ihr Verfahren zudem auf weitere Krank- heitsbilder übertragen, wie etwa lokalisierte, schwer zu diagnostizierende Infektionen. Darüber hinaus arbeiten die Fachleute daran, die Methode über Blutproben hinaus auch in anderen Sekreten und an Gewebeproben anzu- wenden. DNA-Fragmente im Blut verraten die Erreger. Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2024 Seit über 20 Jahren zeichnen Stifter verband und Fraunhofer- Gesellschaft exzellente Ver- bundprojekte der angewandten Forschung aus, bei denen Fraunhofer-Institute mit der Wirtschaft und/oder anderen Forschungsorganisationen zusammenarbeiten. ertappen lassen, untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stattdessen ihre Spuren am Tatort – Fragmente ihrer Erbinformation im Blut. Die Forschen- den isolieren die DNA-Bruchstücke vollautomatisiert und sequenzieren sie im Hochdurchsatz. Finden sich Frag- mente nicht humanen Ursprungs, gleichen die Fachleu- te diese mit einer spezifisch entwickelten Datenbank ab, welche die Genome von Bakterien, Viren, Pilzen und an- deren Erregern enthält. In der klinischen Praxis bewährt Zahlreiche klinische Studien belegen ein hoch zuver- lässiges und präzises Verfahren, das dem medizinischen Fachpersonal valide Ergebnisse liefert. Bei bis zu 70 Pro- zent der Untersuchten kann der krankheitsauslösende Erreger bestimmt werden. »Allein in den letzten vier Jahren konnte über 6000 Patientinnen und Patienten durch unsere Diagnostik geholfen werden«, freut sich Bioinformatiker Dr. Philip Stevens, CEO und Mitbegrün- der der Noscendo GmbH. »Die Betroffenen können das Krankenhaus deutlich schneller verlassen und sind we- niger Langzeitwirkungen ausgesetzt. Das entlastet auch Krankenhäuser und Krankenkassen.« Ausgezeichnete Zusammenarbeit Dieser Erfolg ist das Resultat von mehr als zehn Jahren Zusammenarbeit über Fachgebietsgrenzen hinweg: Das eigentliche Verfahren, das in einem dreistufigen Prozess die optimale Vorbereitung der Probe, die Hochdurchsatz- Sequenzierung (Next-Generation Sequencing, NGS) und die bioinformatische Auswertung mittels diagnostischer Algorithmen umfasst und initial am Fraunhofer IGB ent- wickelt wurde, ist ein Baustein. Seine klinische Validierung erforderte die enge Zu- sammenarbeit mit führenden Krankenhäusern. Deren zurück zu Seite 1 83

W er beim Begriff HypS²tar 3b an ein besonders schwer zu knackendes Passwort denkt, liegt nicht ganz falsch. Tat- sächlich steht er für eine schwer zu lösen- de Aufgabe: das Erkennen und Verfolgen von Hyperschallflugobjekten. Der Ukra- ine-Krieg hat vielen erst bewusst gemacht, wie gefährlich Hyperschallwaffen sind – und wie schwer es ist, sich gegen ihre Zer- störungskraft zu verteidigen. Anders als Objekte, die mit Schallge- schwindigkeit (343 Meter in der Sekunde) oder langsamer unterwegs sind, bewegen sich die Objekte etwa bei Mach 5 mit Ge- schwindigkeiten von mehr als 1700 Meter in der Sekunde. Konventionelle Radarsys- teme stehen hier vor großen Herausforde- rungen. »Bei diesen Geschwindigkeiten kön- nen die Radarechos entweder zu schwach, verwischt oder nur mit großem Abstand untereinander erscheinen. Das erschwert die Verfolgung der Objekte«, sagt René Pe- tervari vom Fraunhofer-Institut für Hoch- frequenzphysik und Radartechnik FHR. Windkanalexperimente können helfen, die komplexe Physik besser zu verstehen und Lösungen zu erarbeiten. Bei der inter- disziplinären Forschungsinitiative Hyper- sonic Signature Studies for Radar (HypS²tar) arbeitet Petervari gemeinsam mit Exper- tinnen und Experten des Deutsch-Fran- zösischen Forschungsinstituts ISL in Saint- Louis (Frankreich) und des DLR Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen und Braunschweig daran, das Entstehen der Radarechos an Hyperschall- objekten besser zu verstehen. Aufgabe der Fraunhofer-Forschenden ist es, die Radar- systeme weiterzuentwickeln und die Al- gorithmen zu optimieren. Hierbei helfen die im Windkanal entstandenen Radar- signaturen in Verbindung mit aufwendi- gen, realitätsnahen Aerodynamik- und Radarsimulationen. »Schon 2021 haben wir mit einer Kugel im Windkanal angefangen – und die Ergebnisse dann verfeinert.« René Petervari, Fraunhofer FHR Doch wie baut man einen Windkanal, in dem die Objekte mit mehr als der fünf- fachen Schallgeschwindigkeit umströmt werden? Petervari erklärt das Prinzip: Die Forschenden nutzen sogenannte Stoß- rohr-Windkanäle. Dabei wird ein Gas wie Wasserstoff oder Helium auf einen Druck von mehreren 100 Bar komprimiert. Der Druck bringt eine Metallmembran mit Sollbruchlinien zum Bersten. Das so er- zeugte hochenergetische Gas wird dann über eine spezielle Lavaldüse – eine Ent- wicklung, die auch in der Raketentech- nik eingesetzt wird – auf Hyperschallge- schwindigkeit beschleunigt. »Wir hatten schon 2021 mit einer Ku- gel im Windkanal angefangen, sind dann zu einem Kegel übergegangen und haben die Ergebnisse schrittweise verfeinert«, er- innert sich der Fraunhofer-Experte. »Ak- tuell arbeiten wir mit dem 1,5 Meter großen gleiterförmigen Flugobjekt HypS²tar 3b. Durch seine Gleiterform und die metalli- sierte Oberfläche haben wir ein realitäts- nahes Testobjekt«, sagt Petervari. 2 | 24 Als Radarsystem nutzt das Forschenden- Team ein sogenanntes Software Defined Radar, eine Technologie, in der das Fraun- hofer FHR viel Expertise und Erfahrung besitzt. Die Systeme verzichten weitest- gehend auf analoge Bauteile und ersetzen diese durch Softwaremodule. Die Software-Algorithmen werden mit dem Fortschritt der Windkanalexperimen- te immer weiter angepasst. Sie ermöglichen es, die Radarechos besser zu fokussieren und Reichweiteneinbußen oder Fehlfunk- tionen bei der automatischen Verfolgung zu vermeiden. Angesichts begrenzter Re- chenkapazitäten mussten sich herkömm- liche Radarsysteme bisher mit Näherungen behelfen, die jedoch bei immer schnelleren Flugobjekten an ihre Grenzen kommen. Mithilfe eines besseren Verständnisses der Physik basierend auf den Experimenten, setzen die Fraunhofer-Forschenden nun auf leistungsfähige Elektronik, moderns- te Radarsysteme und fortschrittliche Soft- ware. Dadurch werden solche Näherungen überflüssig und die Flugbahn und Ge- schwindigkeit eines Objekts lassen sich exakter berechnen. Die Forschenden am Fraunhofer FHR können bei ihrem Projekt auch auf die Res- sourcen des Fraunhofer-Leistungsbereichs Verteidigung, Vorbeugung und Sicherheit (Fraunhofer VVS) setzen, in dem zwölf Fraunhofer-Institute Technologien ent- wickeln, die zur Sicherheit von Mensch, Gesellschaft und Staat beitragen. Fraun- hofer VVS-Geschäftsführerin Caroline Schweitzer: »Unsere Expertinnen und Ex- perten forschen seit Jahren interdisziplinär an der Erfassung und Abwehr von Hyper- schall-Bedrohungen. Das ist in Zukunft von strategischer Bedeutung, um Hoch- wertziele innerhalb unserer kritischen Infrastrukturen zu schützen.« 1,5 Meter lang ist das Test-Flugobjekt. zurück zu Seite 1 85 R L D / R H F r e f o h n u a r F , L S I / R H F r e f o h n u a r F : s o t o F

Fraunhofer vor Ort Düsseldorf Berlin Nürnberg München 2 | 24 Berlin 24. – 27. September 2024 Innotrans Internationale Fachmesse für Verkehrstechnik Berlin 15. – 17. Oktober 2024 Smart Country Convention (SCCON) Zukunftslösungen für digitale Verwaltung, vernetzte Städte und mobile Räume verstehen und gestalten Nürnberg 22. – 24. Oktober 2024 It-sa Fachmesse und Kongress für IT-Sicherheit Düsseldorf 11. – 14. November 2024 Medica Internationale Leitmesse für Medizintechnik Düsseldorf 11. – 14. November 2024 Compamed Internationale Leitmesse für die medizintechnische Zulieferbranche München 12. – 15. November 2024 Electronica Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik — 75 Jahre Fraunhofer 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 zurück zu Seite 1 87 2 | 24Deepfake & Desinformation So hilft Forschung gegen ManipulationDr.-Ing. Marius Mohr, Fraunhofer IGBGründen mit FraunhoferVom Ein-Mann-Unternehmen zum Erfolg mit Laser-Technologie»Wir nehmen die Lage ernst!«Bundesinnenministerin Nancy Faeser im InterviewWasser marsch!Wie wir mit dem Überlebensmittel besser wirtschaften»Spitzenforschung ist der Treiber für Innovationen«Im Interview: Hendrik Wüst, Minister- präsident und CDU-Hoffnungsträger1 | 24»Wir brauchen eine Kultur der Offenheit«Siemens-Chef Dr. Roland BuschSo wird der Schadstoffzum RohstoffCO2Mauerwerk neu gedacht: Dr. Michael ProkeinFraunhofer: die Geschichte eines ErfolgesDr.-Ing. Georg Umlauf, Fraunhofer IGB, weist den Weg in Richtung sauberes Wasser.Auswege für Wasser, Wirtschaft, Welt Jahrhundert- Gifte PFAS4 | 23»Ich fühle mich wie Knecht Ruprecht«Bundesfinanzminister Christian Lindner im Interview2024 – alles wird leichter Trends im Leichtbau»Pragmatismus stattBrechstange«Ein Plädoyer von Dr. MartinBrudermüller,BASFSE