Aber bitte mit Köpfchen Wie sich KI und Robotik verbinden 4 2 | 3 Raum für große Ideen Gründen – ein Gewinn für die Gesellschaft Schutz vor Cyberangriffen So schafft Quantentechnologie mehr Sicherheit für kritische Netzwerke Natürlich wärmen Reizthema Wärmepumpe: Jetzt gibt es neue Chancen Amelie Reigl, Gründerin TigerShark Science

Was mich zuversichtlich macht Von Prof. Holger Hanselka Noch freuen wir uns über den Spätsommer, doch schon weht ein eisiger Wind. »Die Stimmung in der deutschen Wirtschaft hat sich auch im August weiter verschlechtert«, lese ich. Der ifo-Geschäftsklimaindex ist zum dritten Mal in Folge gefallen. Die 9000 befragten Führungskräfte beur- teilen die Aussichten für die kommenden Monate pessi- mistisch. Zum Fühlen kommen Fakten. Die Wirtschafts- leistung ging zwischen April und Juni um 0,1 Prozent ge- genüber dem Vorjahreszeitraum zurück, berichtet das Statistische Bundesamt. Manchem gilt die deutsche Wirt- schaft, ich zitiere, als das »Wachstumsschlusslicht der ge- samten Euro-Zone«. All das hat sicher seine Berechtigung. Und doch erlebe ich in meinem Alltag, in meinem Arbeits- alltag unser Deutschland ganz anders. Seit einem Jahr habe ich die Freude, die Fraunhofer-Gesell- schaft als Präsident zu führen. In meinem ersten Amtsjahr habe ich Fraunhofer kennengelernt als eine hochagile Gemeinschaft, in der Menschen arbeiten, die für ihre Auf- gaben »brennen«. Das ist nun ein eher deutsch-nüchterner Satz. Das Fraunhofer-Magazin stellt in seiner aktuellen Ausgabe einige Gründerinnen und Gründer vor, die im Schulterschluss mit der Fraunhofer-Gesellschaft ihren Weg von der Geschäftsidee bis zum Geschäft erfolgreich gegan- gen sind (ab S. 10). Einer von ihnen ist der Kanadier Hunter King, der 2016 nach Deutschland und zum Fraunhofer- Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braun- schweig kam. Bei ihm lodert im »Brennen« das Feuer bis heute: »Bei Fraunhofer habe ich einige der intelligentesten, leidenschaftlichsten und fürsorglichsten Menschen getrof- fen, mit denen ich in meinem Leben zusammenarbeiten durfte, und ich habe meine Zeit dort geliebt«, sagt der Unternehmer. Und er fügt hinzu: »Ich bin unglaublich dankbar, dass ich die Beziehung zu ihnen fortsetzen kann.« Ist es nicht diese Begeisterung, ist es nicht genau diese Leidenschaft, die wir brauchen? Niemand wird leugnen, dass sich Deutschland durch all die Krisen nicht auf dem einfachsten Weg befindet. Aber hat nicht jeder in seinem Leben schon die Erfahrung gemacht, dass oft die schwie- rigsten Zeiten auch die produktivsten und die kreativsten waren? Gerade hat IfD Allensbach eine Umfrage veröffent- licht mit der Frage, »was wichtig ist, um Deutschland vor- 3 | 24 Editorial Prof. Holger Hanselka anzubringen, um Deutschland eine gute Zukunft zu sichern«. 58 Prozent der Befragten im Westen und sogar 65 Prozent im Osten gaben zur Antwort: »Dass in Deutsch- land wissenschaftlicher Fortschritt und Innovationen gefördert werden«. Innovationen zu erarbeiten und wissen- schaftlichen Fortschritt schnellstmöglich in die Anwen- dung und in die Wirtschaft zu bringen: Genau das ist die DNA der Fraunhofer-Gesellschaft. Diese Ausrichtung des Fraunhofer-Modells ist seit 1973 einzigartig im deutschen Innovationssystem, und sie ist es, die Fraunhofer system- relevant macht. Der Transfer durch Start-ups und Spin-offs, wie ihn die Titelgeschichte dieses Fraunhofer-Magazins beschreibt, ist ein wichtiger Weg, aber neben unserem Kerngeschäft Vertragsforschung für die Wirtschaft nur ein Weg für Fraunhofer. Wobei ich zugebe: Wir sind stolz darauf, dass 96 Prozent der Ausgründungen nach drei Jahren weiter aktiv sind. Da zahlt sich Fraunhofers Nähe zur Wirtschaft im wahrsten Sinne aus. Niemand weiß, was die Zukunft bringt. Sicher aber ist: Wissen und Forschung sind die Faktoren, die uns auch in Zukunft voranbringen werden. Die Leidenschaft bei Fraunhofer für Wissen, für Forschung und für den Transfer – das sind die Faktoren, die mich zuversichtlich machen. Ihr Prof. Holger Hanselka Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft 3 r e i e m r e b O n a f e t S / r e f o h n u a r F : o t o F

32 Im Schwarm Land und Leute schützen Intelligente Drohnentechnologie als innovative Verstärkung für die Bundeswehr 35 Staffellauf des Wissens, Folge 13 Was kann Forschung in diesen Zeiten für unsere Sicherheit tun, Herr. Prof. Beyerer? 38 Jetzt mit Köpfchen! KI plus Robotik: Wie werden smarte Maschinen unser Arbeits- und Privatleben verändern? 50 3 x 3 Fragen: KI-Robotik Brauchen wir humanoide Roboter? Fraunhofer-Forscher über Wunsch und Wirklichkeit 52 Ein Bild von einem Apfel Digitale Tools für einen effizienten und nachhaltigen Obstbau 52 Den Apfel im Blick Eine Sensorbox sammelt übers Jahr Daten, um den Obstanbau zu optimieren. 3 | 24 30 Durchblick schafft Sicherheit Was steckt wirklich im Qualm der vielen unter- schiedlichen E-Zigaretten? 70 Kuschelig warm Alternative Kältemittel können die Effizienz von Wärmepumpen noch weiter steigern. 55 Hot oder Schrott? 70 Natürlich wärmen Antimon dringend gesucht: Das Fraunhofer IIS ist im Bergbau fündig geworden Warum Wärmepumpen ökolo- gisch und ökonomisch die bessere Option sind 56 Die Sonnenwende 74 Foto & Fraunhofer Trotz Top-Ergebnissen in der Solarenergie bleibt in Deutschland viel zu tun Die Trägerrakete Ariane 6 startete dank einer Fraunhofer-Erfindung sicher ins All 60 Kleiner Krebs, große Wirkung 76 Sonnenstrahlen bunkern für Ein neuartiges Verfahren soll den Einsatz von Wirbeltieren in Chemi- kalientests drastisch reduzieren den Winter Stillgelegte Zechen lassen sich zu Wärmespeichern umfunktionieren 62 Nachhaltig schlemmen 79 Fraunhofer vor Ort Am Fraunhofer IVV arbeitet ein Team am veganen Käsegenuss 64 Intelligente Interaktion im Auto der Zukunft Autonom fahrende Pkw prognosti- zieren künftig selbst das Risiko von Reiseübelkeit 66 Schneller im Kampf gegen Krebs Ein neues KI-Trainingsverfahren verkürzt die Diagnosezeit erheblich 68 Fraunhofer international 44 Prozent betrug der Anteil der weiblichen Entrepreneure an der Gründungstätigkeit 2023 in Deutschland. Während die berufli- che Selbst ständigkeit als Vollerwerb laut KfW Gründungsmonitor 2024 um 8 Prozent sank, entstanden mehr Start-ups als Nebenerwerb (+ 11 %). 44 o t o h p k c o t s i / e n a L J n a y R , e s a c o t o h P / u s o m o m , i l e r u t c i p n a p / r e b a F x a M , f p m u r T / r e l l ü M a n e r e V , e t n u R k c i r t a P , g n i r ö D n e v S : t l a h n I s o t o F 5 ; e t n u R k c i r t a P : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F

3 | 24 Venenthrombosen entdecken, bevor es zu spät ist Ein tragbares Diagnostikgerät soll in Zukunft dabei helfen, Venenthrombosen schneller zu erkennen. Die Manschette, in die ein Ultra- schallwandler integriert wird, überwacht die Gefäße der unteren Gliedmaßen kontinuier- lich. So können gefährliche Blutgerinnsel, die sich von der Venenwand lösen, rasch entdeckt und behandelt werden. Die Ultraschallwandler-Arrays entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mi- krosysteme IPMS gemeinsam mit der Firma Vermon im EU-Projekt ThrombUS+. Die For- scherinnen und Forscher wollen MEMS-ba- sierte Ultraschallwandler nutzen, sogenannte CMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers). Sie gelten als die nächste Gene- ration medizinischer Ultraschallsensoren. Die kosteneffiziente Massenproduktion von CMUTs ermöglicht eine breite Verfügbarkeit. Außer- dem lassen sie sich leicht mit hoher Kanalzahl miniaturisieren, verfügen über eine hohe Bandbreite und Empfindlichkeit. Rund zwei Drittel aller Venenthrombosen verlaufen symptomlos – das macht sie beson- ders gefährlich. Bei etwa der Hälfte der Patien- ten gelangt das Blutgerinnsel in die Lunge, wo es eine Embolie auslösen kann. Etwa ein Vier- tel der Menschen, die eine Lungenembolie er- leiden, versterben an den Folgen. Einer von 1000 Menschen erkrankt pro Jahr an einer Thrombose. Männer sind etwas häufiger betroffen als Frauen. Kita-Kinder besser fördern M P I r e f o h n u a r F , s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / h c s e o R a r d n a S , s o t o h p t i s o p e d / n o k a n y r e t a k , M P I r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i / n i r z A d h o M : s o t o F Sag was! Mittels KI sollen Störungen im Spracherwerb früher detektiert werden. Wie können intelligente Technologien dabei helfen, Auffälligkeiten im Spracherwerb in den ersten Lebensjahren frühzeitig zu er- kennen? Das untersucht das Fraunhofer-In- stitut für Digitale Medientechnologie IDMT gemeinsam mit der Klett Lernen und Infor- mation GmbH (KLI) im Projekt »Sprechen für die Zukunft«. Für die Forschungs- und Entwicklungs- arbeit werden Sprachdaten von Kindern aus möglichst alltäglichen Szenarien benötigt. In Fröbel-Kitas erfassten die Wissenschaftlerin- nen und Wissenschaftler mithilfe mobiler Technologien die Spontansprache der Kinder in spielerischen Szenarien. Die Studien wur- den stets durch das pädagogische Kita-Perso- nal begleitet und strengste Datenschutzricht- linien eingehalten. Anhand der Aufnahmen können die technologischen Lösungsansätze entwickelt und erprobt werden. Das Fraun- hofer IDMT analysiert unter anderem, ob be- stimmte Merkmale der Grammatik oder des Wortschatzes zuverlässig in technologische Algorithmen übersetzt werden können. So lie- ße sich später eine Aussage über den Sprach- entwicklungsstand des Kindes treffen. Je frü- her Auffälligkeiten im Spracherwerb erkannt werden, desto schneller kann eine Förderung starten – eine wichtige Voraussetzung für ei- nen guten Start in die Schule. 7

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, Vivian Ellermeyer, Meike Grewe, Nina Himmer, Franziska Sell, Stefanie Smuda, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß, Britta Widmann Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Patrick Runte Fotografie KI-Robotik: Sven Döring 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 T I F r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i i e d e b / n o s l e n o T , a d a k N i : s o t o F 3 | 24 Aber bitte mit Sahne: Einzelverpackte Kaffeesahne ist manchmal die ökolo- gisch bessere Lösung. Mehrweg oder Einweg? Kaffeesahne soll es in Zukunft nicht mehr in kleinen Einzel- verpackungen aus Kunststoff geben. Das bestimmt eine neue EU-Verordnung. Doch ist die Milch aus Porzellan- oder Edelstahl- kännchen tatsächlich immer die ökologischere Alternative? D iese Frage untersuchte das Fraun- hofer-Institut für Umwelt-, Si- cherheits- und Energietechnik UMSICHT in einer Ökobilanzierung. Dabei berücksichtigten die Forscherinnen und Forscher die Umweltauswirkungen durch Lebensmittelverluste, die aufgrund von Hygienevorschriften in der Gastronomie bei Mehrwegsystemen eine größere Rolle spielen können. Bei leicht verderblichen Produkten wie Kaffeemilch erfordern die- se, dass Reste zu entsorgen sind, sobald diese einmal einer Kundin oder einem Kunden angeboten wurden. Um die Relevanz von Lebensmittelver- lusten zu ermitteln, berechneten die For- schenden in ihrer Analyse den Break-Even- Punkt, der zeigt, wie viel Prozent Milch bei den Mehrwegalternativen wegzuschüt- ten sind, bis der CO2-Fußabdruck dem von Einzelverpackungen entspricht. Die Span- ne liegt zwischen 3 und 27 Prozent – wobei der unterste Wert für eine Einzelverpa- ckungsvariante aus Polypropylen gilt. Das Ergebnis zeigt, dass je nach Verpackungs- typ schon bei geringen Lebensmittelver- lusten die Einzelverpackungsvariante die Lösung mit dem geringsten CO2-Fußab- druck sein kann. Dr.-Ing. Daniel Maga, Gruppenleiter Nachhaltigkeitsbewertung am Fraunhofer-UMSICHT: »Auch wenn Umweltwirkungen durch Verpackungen so weit wie möglich reduziert werden soll- ten, muss immer der Trade-off mit Lebens- mittelverlusten berücksichtigt werden. Umweltfreundliche Verpackungsdesigns, durch zum Beispiel optimierte Material- auswahl, können je nach Anwendungsfall eine klimafreundliche Alternative zu Mehr- wegsystemen sein.« 9

3 | 24 Gründen n e k n e D Handeln Als Forschungsnation ist Deutschland spitze und genießt weltweit einen ausgezeichneten Ruf. Die große Herausforderung im Land der Denker ist es jedoch, wissenschaftliche Exzellenz zum wirtschaftlichen Erfolg zu wandeln. Fraunhofer spielt dabei eine wichtige Rolle. Von Mandy Bartel Fotografie: Patrick Runte Taste nach oben gedrückt: Biologin Amelie Reigl will mit ihrem Start-up Tiger- Shark Science nachhaltige Forschung erleichtern. 11

sammenarbeit aller Akteure: Universitäten, Forschungseinrichtungen, Politik und Un- ternehmen. Nicht zuletzt Deutschland muss mit seiner langen Ingenieurstradition und herausragenden Forschungseinrichtungen einen entscheidenden Beitrag leisten.« Fraunhofer: Ein Modell für Tech-Transfer Eine Organisation zwischen Wissen- schaft und Wirtschaft, mit der Mission zur Anwendungsorientierung, ist bestrebt, ebendiesen Beitrag zu leisten. Wie wich- tig Tech-Transfer für Fraunhofer ist, be- tont Fraunhofer-Präsident Prof. Holger Hanselka: »Der Auftrag von Fraunhofer und unsere Daseinsberechtigung ist der nachhaltige Transfer wissenschaftli- cher Erkenntnisse in die Wirtschaft. Die Schwerpunkte liegen dabei auf drei Säu- len: Vertragsforschung für die Wirtschaft bildet unser Kerngeschäft und ist unser Alleinstellungsmerkmal unter allen Wis- senschaftseinrichtungen in Deutschland. Unser Lizenzierungsgeschäft schließt erst- klassige Patentfamilien ein. Und unsere innovativen Ausgründungen basieren vor allem auf Deep Tech und werthaltigem In- tellectual Property.« Die Nähe zur Wirtschaft ist also die große Stärke von Fraunhofer: Die enge Zusammenarbeit mit Unternehmen bei Herausforderungen, die diese allein nicht lösen können, ist der wichtigste Trans- ferpfad. So arbeitet jedes der 76 Fraunho- fer-Institute als unternehmerisch agie- rende Einheit, die ihren Haushalt zu zwei Dritteln selbst bei Wirtschaft und öffent- lichen Auftraggebern einwirbt. Die Fir- men wiederum profitieren durch gemein- same Projekte, Kooperationen oder Beauftragungen vom Know-how der For- schenden. Weiterer Wissenstransfer findet durch Lizenzierungen von Technologien und Patenten statt. Fast 3000 aktive Li- zenzverträge hält Fraunhofer derzeit. Eines der populärsten Beispiele sind Au- dio- oder Video-Codecs, die von Fraun- hofer-Instituten in Berlin und Erlangen entwickelt wurden und täglich von Mil- lionen Menschen genutzt werden. Der dritte und mit rund 24 Jahren jüngste Weg, Forschungsergebnisse in die Anwendung zu bringen, sind Spin-offs aus Instituten oder bestehende Start-ups, die mit Fraunhofer-Technologie wettbewerbs- stärker werden. »Dabei ist es uns ein gro- ßes Anliegen, im Rahmen der rechtlichen Möglichkeiten gründungsfreundliche Kon- ditionen beim Transfer von geistigem Ei- gentum zu bieten«, betont Hanselka. Rund 500 Technologie-Ausgründungen wurden seit 2000 erfolgreich auf den Weg gebracht. Damit ist Fraunhofer führend unter den außeruniversitären Forschungsorganisa- Rund 500 Technologie- Ausgründun- gen wurden seit 2000 erfolgreich auf den Weg gebracht. tionen. Welcher Transferpfad für eine Tech- nologie optimal ist, darüber entscheidet letztlich das Potenzial zur industriellen Skalierung. Ausgründungen: Motor für den Mittelstand von morgen Technologie allein garantiert noch kei- nen Erfolg. Viele innovative Technolo- gien scheitern, weil sie nicht marktorien- tiert entwickelt wurden. Entscheidend ist die erfolgreiche Umsetzung. Um Grün- dungswillige umfassend von der Idee bis zur Ausgründung zu unterstützen, gibt es bei Fraunhofer aufeinander abge- stimmte Transfer-Programme und grün- 3 | 24 dungsfreundliche Lizenzkonditionen. In- tensiv unterstützt und gefördert durch die Aktivitäten von Fraunhofer Venture werden sowohl Spin-offs aus den Fraun- hofer-Instituten als auch Kooperationen mit externen Start-ups. So bringt das Tech-Tandemprogramm »Colab« Deep- Tech-Entrepreneure und gegründete Start-ups mit Fraunhofer-Forschenden zusammen. Um in der Fraunhofer-Welt die passende Technologie für die Pro- duktvisionen von Gründern zu finden, wird die Fraunhofer-intern entwickelte Plattform »Match« genutzt. Die Start-up- Fraunhofer-Tandems erhalten Zugang zu den nötigen Strukturen, Know-how und einem umfassenden Netzwerk, um die neuen Ideen und Technologien in den Markt zu überführen. Finanzielle und methodische Unter- stützung für eigene Fraunhofer-Spin-off- Projekte bietet das Programm AHEAD: Durch methodisch-inhaltliche Unterstüt- zung wird der Weg zur Gründung be- schleunigt und ein finanzieller Freiraum geschaffen. Das dreistufige Transferför- derprogramm ist aufgebaut und funktio- niert wie ein Business Incubator. Es zielt darauf ab, Geschäftsmodelle zu validieren sowie Teams und Fraunhofer-Technologie in maximal 24 Monaten für die Gründung und Kommerzialisierung vorzubereiten. Mit zielführenden Workshops, Coachings, internem Projektbudget mit bis zu 150 000 Euro und einem großen Partner-Ökosys- tem aus Investoren und Industrie können Geschäftsideen reifen und werden poten- zielle Unternehmerinnen und Unterneh- mer fit gemacht für die Gründung und den Markteinstieg. Mit Erfolg: Drei Jahre nach Gründung sind noch 96 Prozent der Fraun- hofer-Start-ups aktiv am Markt. Damit die Entwicklung neuer Ge- schäftsideen und Unternehmensgründun- gen den bestmöglichen Support erhält, arbeiten Fraunhofer Venture und das Team des AHEAD-Programms mit einer in Deep Tech erfahrenen Community aus Business Angels, Investoren, Business Schools und den Venture-Bereichen anderer außeruni- versitärer Forschungseinrichtungen zu- sammen. 13

3 | 24 Hautsache Medizinische Innovationen kommen nicht ohne Tierversuche aus. Oder doch? Mit hochentwickelten Hautmodellen aus menschlichen Stammzellen will das geplante Fraunhofer-Biotech-Start-up TigerShark Science Tierversuche drastisch reduzieren. Von Mandy Bartel A melie Reigl mag Tiere. Vor allem zwei. »Der Tiger steht für Kraft und Entschlossenheit«, sagt die 29-Jährige, »der Hai für Anpassungsfä- higkeit und Effizienz.« Zusammen mit Dr. Dieter Groneberg und Prof. Florian Groe- ber-Becker steht die Biologin kurz vor der Ausgründung ihres Start-ups TigerShark Science. Der Name, angelehnt an die Lieb- lingstiere des Gründerteams, symbolisiert Stärke und Agilität in der Wissenschaft. Kraft und Entschlossenheit, Anpassungs- fähigkeit und Effizienz: Eigenschaften, die ein Start-up braucht, um bahnbrechende Lösungen zu entwickeln und sich damit erfolgreich am Markt zu bewähren. Tatsächlich geht es TigerShark Science um Tiere. Rund 1,73 Millionen Versuchs- tiere wurden 2022 in Deutschland verwen- det. Alternative Testmethoden sollen die- se Zahl verringern. Doch oft können sie nicht die Komplexität eines lebenden Or- ganismus abbilden. Amelie Reigl will das ändern. Sie plant, ein realitätsnahes Haut- modell auf den Markt zu bringen, das na- hezu alle Strukturen der menschlichen Haut aufweist. Genauere und besser übertragbare Testergebnisse »Unsere Vision ist es, die biomedizinische Hautforschung durch hochentwickelte In- vitro-Hautmodelle zu verbessern und eine ethische und nachhaltige Forschung zu fördern«, so die künftige Geschäftsführe- rin. »Langfristig wollen wir durch unsere Technologie personalisierte Medizin und individuelle Behandlungsmöglichkeiten unterstützen.« Das hochkomplexe Haut- modell aus menschlichen Stammzellen soll Pharma- und Kosmetikunternehmen helfen, schnellere und präzisere Tester- gebnisse zu erzielen, die besser auf den Menschen übertragbar sind. So können »Der Tiger steht für Kraft und Entschlossenheit, der Hai für Anpassungs- fähigkeit und Effizienz.« Amelie Reigl, TigerShark Science Wirkstoffe und deren Nebenwirkungen rascher getestet oder das Haarwachstum besser erforscht werden. In nur einem ein- zigen Modell lassen sich die Reaktionen der Zellen der drei Hautschichten Epi- dermis, Dermis und Hypodermis unter- suchen – eine Möglichkeit, die es auf dem Markt bislang nicht gibt, und klarer Vor- teil gegenüber teuren und zeitaufwendi- gen Tierversuchen. TigerShark Science will die Hautmodelle automatisiert in ho- her Stückzahl im Bioreaktor produzieren und anschließend mit einem speziellen Verfahren auf Nanofasern aufbringen. Das ermöglicht die Kultivierung an der Luft-Medium-Grenze, sodass die oberste Hautschicht – wie die menschliche Haut auch – Kontakt mit der Luft hat. Der Vor- teil: eine bessere Übertragbarkeit der For- schungsergebnisse. Weiterentwicklung dank Fraunhofer-Unterstützung Die Inspiration für das Spin-off kam Ame- lie Reigl während ihrer Forschung am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg und dessen Translati- onszentrum für Regenerative Therapien (TLZ-RT). »Dort sahen wir die Möglichkeit, eine In-vitro-Technologie für Hautmodelle weiterzuentwickeln und kommerziell zu nutzen«, erzählt Reigl. »Mit der Idee star- teten wir beim Fraunhofer-Inkubator-Pro- gramm AHEAD, das uns finanzielle Un- terstützung und Zugang zu einem breiten Netzwerk von Experten und Mentoren bot. Dies half uns, unsere Geschäftsmodelle zu schärfen, die richtigen Schritte zur Markt- einführung zu planen und letztendlich über den EXIST-Forschungstransfer eine Förderung von 1,3 Millionen Euro zu er- halten.« Die Finanzierung und die interdis- ziplinäre Unterstützung aus dem Fraunho- fer-Netzwerk nutzen die Forschenden auch, um ihr Hautmodell weiterzuentwickeln. Es soll künftig um Modelle mit Immunzellen und Blutgefäßen, aber auch Tumorzellen ergänzt werden, um Krankheiten wie Hautkrebs oder Hautfibrose zu simulieren und zu erforschen. Der gesellschaftliche Impact ihrer Arbeit ist Reigl wichtig: »Was mich besonders begeistert, ist die Möglich- keit, ethische Lösungen zu entwickeln, die zu einer effektiveren Hautforschung füh- ren und somit auch die Lebensqualität von Patienten schneller verbessern können – und das ganz ohne Tierleid.« 15

Beteiligungsmanagement • Betreuung der Unternehmen und der technologiegebenden Institute • Zentrales Portfolio-Management • Zugang zu Fraunhofer-Netzwerken, insb. auch Finanzierungspartner – Potenzielles Co-Investment bis 2,5 Mio. € je Spin-off – Durchschnittliche Beteiligungshöhe 15 % 3 | 24 Exit Auf Wunsch: Fraunhofer als starker und verlässlicher Gesellschafter Dank der Wirtschaftsnähe von Fraunhofer: beste Kontakte zu Industrie und Mittelstand 1000 Ausgründungsprojekte oder -ideen seit 2001 Daraus entstanden sind: 520 Spin-offs Umfassendes Netzwerk in die Frühphasen-Finanzierungsszene e r h a J 0 1 s i b 8 : n e g n u g i l i e t e B n o r v e u a d e alt e H h c pis Ty Bestand aktiver Patentfamilien: 7068 High-Tech Gründerfonds HTGF Fraunhofer Technologie-Transfer-Fonds FTTF Unterstützung bei Fraunhofer • Entwicklung von Geschäftsidee und Geschäftsmodell • Aufbau des Gründerteams / Compliance • Zeitplanung • IP-Schutz des geistigen Eigentums und Lizenzen • Nutzung von Fraunhofer-Logos und -Infrastruktur • Fördermöglichkeiten • Finanzierung – AHEAD-Förderung über 150 000 € – » FFM – Fraunhofer Fördert Management « bis zu 150 000 € Gründung 17

3 | 24 Zukunft beschleunigen: Dr. Hunter King will mit dem Spin-off Integrative Nanotech die Wasserstoff- Wirtschaft unterstützen. 19

3 | 24 Antworten auf urbane Zukunftsfra- gen: Dr.-Ing. Alanus von Radecki setzt dabei auf kluges Datenmanagement. 21

3 | 24 Sauerstoff ist Leben: Dr. Felix Wiegandt möchte Frühchen den Start ins Leben erleichtern. 23

3 | 24 Ganz schön nützlich: Amandine Perez setzt auf Proteine aus Sonnenblumen- kernen. 25

3 | 24 tische Infrastrukturen besser vor solchen sogenannten Seitenkanalangriffen zu schützen. »Alle Messgeräte können hier praktisch direkt in den Händen eines Ha- ckers liegen. Allerdings nützt der Zugang zu den Messgeräten dem Angreifer nichts, denn das MDI-QKD-Protokoll stellt sicher, dass die Messinformationen für den Ab- hörer unbrauchbar sind«, erklärt der Wis- senschaftler. Schutz über Langstrecke Darüber hinaus ist die Arbeit im Projekt MANTIS auch ein Meilenstein bei der Überbrückung weiterer Entfernungen durch die Quantenkommunikation. Im Gegensatz zu klassischen Methoden, bei denen Sender und Empfänger direkt mit- einander kommunizieren, wird als dritter Punkt eine Zwischenstation eingeführt. Wenn die Wegstrecken nun hochgenau stabilisiert werden, ermöglicht der Aufbau besonders weite Übertragungsstrecken von bis zu 1000 Kilometer in optischen Glasfasernetzen. Bisher sind aufgrund der verlustreichen QKD-Protokolle nur wenige hundert Kilometer überbrückbar. »Mit MANTIS setzen wir neue Maßstäbe in der Quanten- kommunikation.« Dr. Christopher Spiess, Fraunhofer IOF Christopher Spiess ist überzeugt: »Mit MANTIS setzen wir neue Maßstäbe in der Quantenkommunikation. Die MDI-QKD geht über die traditionellen Ansätze hin- aus und bietet daher auch unter extremen Bedingungen maximale Sicherheit.« 27 F O I r e f o h n u a r F , e c n a i l l a e r u t c i p / 1 6 d n e t s e W : s o t o F

L eben wir in einer Zeit der Gegen- aufklärung, wie mancher meint? Wer die Störungen der Lehre an Hochschulen oder die persönliche Kritik an Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftlern im Netz verfolgt, kann zu diesem Schluss kommen. Egal, ob es dabei um Fragen der biologischen Bestimmtheit der Geschlech- ter geht, um die genetische Veränderung von Nutzpflanzen, den Klimawandel, die Corona- Pandemie oder jüngst auch um die Anfein- dungen Israels und der Juden nach dem Über- fall der Hamas am 7. Oktober: Gerade dort, wo die freie Rede eigentlich die Grundlage des Wettstreits um das bessere Argument sein muss, sind zunehmend schrille Töne zu hören. Ein Rückfall in ideologische Denkmuster und determinierende Merkmale, finde ich. Nicht der Aufbruch in eine bessere, freiere Zukunft, in der wir anderen vorurteilsfrei begegnen. Kein Kind unserer Zeit, und doch bedrohlich Das Phänomen diskursiver Störungen ist nicht neu. Ich erinnere mich gut an die Siebzi- gerjahre, in denen ich Geisteswissenschaften studierte. Die Industrie galt unisono als ver- dächtig, nicht nur die Ausbeutung der Ärms- ten zu forcieren (anstatt Wohlstand für viele), sondern für die gesellschaftlich erstmals breit thematisierten Umweltschäden verantwort- lich zu sein. Seveso war überall. Umso frappierender erscheint es mir, dass wir heute – drei Jahrzehnte nach dem so be- zeichneten Ende der Geschichte und im Besitz vielfältiger Informationsmöglichkeiten – Ge- fahr laufen, in ein neues Zeitalter des irratio- nalen, von Misstrauen gegenüber arrivierten wissenschaftlichen Quellen geprägten Zustands zurückzufallen. Die mediale Penetration noch so abwegiger Standpunkte führt dazu, dass sich die freie Rede Angriffen ausgesetzt sieht, denen man nicht mit den Mitteln des kon- struktiven Disputs beikommen kann. Fühlen ersetzt vielfach das Faktische. Und der arbeits- teilige, oft mühsame Prozess der Wissensbil- dung, wie er den Natur- und Geisteswissen- schaften gleichermaßen inhärent ist, wird von Populismus über Nacht infrage gestellt. Was also ist zu tun? Gewiss mehr, als es ein Gastbeitrag vom Spielfeldrand des Mittelstands aus auch nur ansatzweise zu formulieren ver- mag! Dass wir auf die Einhaltung der Standards der freien Rede gerade im akademischen Be- »Wir werden der Technik nicht entgehen, indem wir die Physik verlernen.« Max Bense, Philosoph, †1990 Dr. phil. Nicola Leibinger- Kammüller übernahm 2005 den Vorsitz der Geschäftsführung der Trumpf GmbH + Co. KG und ist seit 2022 Vorstandsvor- sitzende der aus der Trumpf GmbH + Co. KG hervorge- gangenen Trumpf SE + Co. KG mit mehr als 19 000 Mit- arbeitenden und einem Um- satz von 5,4 Milliarden Euro im Geschäftsjahr 2022/23. Trumpf ist ein international tätiges Familienunterneh- men mit mehr als 70 Stand- orten in Europa, Amerika und Asien. trat 1984 als Referentin für Öffentlichkeitsarbeit in die Maschinenfabrik Trumpf ein. studierte Germanistik und Anglistik an der Albert-Lud- wigs-Universität Freiburg, im Anschluss Germanistik, Anglistik und Japanologie an der Universität Zürich. ist Vizepräsidentin des Stif- terverbands für die Deutsche Wissenschaft, Senatsmitglied der Max-Planck-Gesellschaft, dazu des Hochschulrats der TU München. 3 | 24 reich pochen müssen, versteht sich von selbst. Dass wir als deutsche Industrie nur dann eine Chance auf dem zunehmend unbequemen Welt- markt haben, wenn wir auch über die Grenzen des politisch Erwünschten nachdenken dürfen – sei es in Fragen der Biologie oder auch der Antriebs- und Energietechnologien, die derzeit bei uns vielleicht unter keinem günstigen Stern stehen, aber im Ausland nachgefragt werden: Auch das versteht sich von selbst. Am Anfang aller Gedanken scheint mir darum das Nachdenken darüber zu stehen, ob wir wieder vertrauen lernen müssen. Ver- trauen in ein wissenschaftliches Expertentum, das nur sich selbst und nicht einer politischen Linie verpflichtet ist. Vertrauen in Institutio- nen. Vertrauen in Informationen, die geprüft und im besten Sinne gefiltert wurden. Wer öffentlich darüber nachsinnt, ob Deutschland als Industriestandort einen ideo- logischen Irrweg in der Energiepolitik bestrei- tet, oder sich ohne jede Not von wichtigen Ex- portpfaden der automobilen Zukunft verab- schiedet, darf nicht zum »Skeptiker« (oder gar Häretiker) erklärt werden, sondern ist eine berechtigte Stimme neben anderen. Die Welt orientiert sich nicht an uns Wir werden die Dinge nicht dadurch auf- halten, dass wir uns einreden, die Techno- logien der Zukunft vorgeben zu können. Die Welt kümmert sich nur bedingt – und meiner Wahrnehmung nach: immer weniger – um die Prioritäten, die hierzulande gesetzt werden. Selbst wenn der demokratische Prozess in Deutschland darum den einen oder anderen Weg anders als unsere Konkurrenten in Asien oder Amerika beschreiten mag: Wissenschaft bedeutet für mich im Kern auch, eine Frage- stellung um ihrer selbst willen zu verfolgen. Und unabhängig von der praktischen Umset- zung sprechfähig zu bleiben, die Optionen geistig stets zu erweitern, anstatt sie zu limi- tieren, keinen Denkverboten zu unterliegen – und diese Freiheit auch dem anderen zuzu- billigen. Ein demokratisches Grundprinzip. Gerade Bildung und Sprache, die sich auf Toleranz und die Fähigkeit zuzuhören grün- den, sind Ausdruck unserer Persönlichkeit. Denn wie der Naturwissenschaftler und Phi- losoph Max Bense einmal formulierte: Wir werden der Technik nicht entgehen, indem wir die Physik verlernen. Und Exzellenz gedeiht nur in einem Klima geistiger Freiheit. 29 f p m u r T / r e l l ü M a n e r e V : o t o F

3 | 24 S tyling, Technologie, Aroma, Nikotin- gehalt: Die Auswahl bei E-Zigaret- ten und den dazugehörigen Liquids wächst seit Jahren. Diese zunehmen- de Vielfalt erschwert jedoch eine allgemeingül- tige Bewertung des gesundheitlichen Risikos. Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM hat nun ein patentiertes System entwickelt, das eine Testung der Liquids unter kontrollierten Be- dingungen ermöglicht, sodass die Ergebnisse un- abhängig von dem verwendeten Vaping-Modell vergleichbar sind. Die in E-Zigaretten verdampften E-Liquids sind in der Regel eine Mixtur aus Propylenglykol, Gly- cerin, Duft- und Aromastoffen und Nikotin. Die- se Mischung darf nach der Tabakerzeugnisver- ordnung weder in erhitzter noch in unerhitzter Form ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen. Für viele Inhaltsstoffe ist jedoch gar nicht bekannt, wie sie sich beim Erhitzen verhal- ten. Beim Verdampfen der Liquids könnten bei- spielsweise Substanzen, die man in ihrer kalten Form unbedenklich schlucken oder inhalieren darf, in toxikologisch bedenkliche Stoffe zerfallen. Auch einige Zusatzstoffe und Lebensmittelaro- men, die den Geschmack von E-Zigaretten ver- bessern sollen, sind noch nicht ausreichend unter- sucht. »Nikotin ist temperaturstabil, beim Erhitzen auf 500 Grad bleibt es als Molekül erhal- ten«, erläutert Dr. Stefanie Scheffler, Wissenschaft- lerin am Fraunhofer ITEM in Hannover. »Anders verhält es sich mit anderen Zusatzstoffen. Ein Bei- spiel dafür ist das Süßungsmittel Sucralose, das auch in E-Liquids eingesetzt wird. Sucralose ist thermolabil, zerfällt schon bei 120 Grad Celsius und bildet Stoffe, die als krebserregend gelten. Da- her verzichten immer mehr Hersteller von E-Li- quids auf den Süßstoff.« Verdampft unter kontrollierten Bedingungen Die Chemikerin und ihr Team haben ein portables Laborgerät namens EVape entwickelt, in dem sich E-Liquids im gesamten relevanten Temperatur- bereich testen lassen. Dies war bislang nicht mög- lich, auch weil die Temperatur in E-Zigaretten je nach Modell und integriertem Akku stark variiert – was zur Folge hat, dass bei unterschiedlichen E-Zigaretten auch andere Spalt- und thermische Zersetzungsprodukte entstehen können. Herstel- ler müssen zwar toxikologische Daten der Flüssig- keiten sowie ihrer Emissionen offenlegen, doch da diese mithilfe unterschiedlicher E-Zigaretten- modelle mit diversen Temperaturprofilen erzeugt werden, sind die Ergebnisse nicht universell gül- tig. Bislang existierte kein Testsystem, das den gesamten Temperaturbereich zwischen 150 und 350 Grad Celsius abdeckt. EVape hingegen lässt sich an Standard-Analysegeräte anschließen und gewährleistet eine Verdampfung des Liquids un- ter kontrollierten Bedingungen. Die Testresultate sind dadurch unabhängig von der verwendeten E-Zigarette und somit vergleichbar. »Sucralose ist thermo- labil, zerfällt schon bei 120 Grad Celsius und bildet Stoffe, die als krebserregend gelten.« Dr. Stefanie Scheffler, Fraunhofer ITEM Die Testung der E-Liquids bei variierenden Temperaturen findet im EVape unter reellen Be- dingungen statt: »Wir tragen kleine Mengen des Liquids auf eine heiße Heizoberfläche auf, wobei es sofort verdampft wird. Den Dampf saugen wir ab, überführen ihn in die Analysegeräte und prü- fen, welche Substanzen sich im Dampf befinden. Diese können mit den analysierten Stoffen vor dem Verdampfen verglichen werden, um eine Aus- sage über deren Thermostabilität zu erhalten«, beschreibt Dr. Scheffler die Testung. Erste Ergeb- nisse belegen, dass das Spektrum der gefundenen Stoffe temperaturabhängig ist. EVape bietet Herstellern somit bereits vor der Produktion der E-Liquids die Möglichkeit, poten- ziell gefährliche Substanzen auszuschließen. Da- rüber hinaus soll EVapes auch Kontrollbehörden bei der Überwachung der auf dem Markt bereit- gestellten E-Zigaretten-Liquids unterstützen. Scheffler: »Wir wollen EVape auslizensieren und Laboratorien, Überwachungsbehörden und der Industrie zur Verfügung stellen. Wir streben den Einsatz als Referenzgerät an, sodass E-Liquids erst nach der Qualitätskontrolle mit unserem Test- system auf den Markt kommen.« 31 o t o h p k c o t s i / e n a L J n a y R : o t o F Gut jeder dritte Deutsche raucht – viele davon auch oder sogar ausschließ- lich E-Zigaretten.

3 | 24 Sich beweisen in realistischen Szenarien: Beim ELROB trifft sich die Militär robotik aus der ganzen Welt. l e g o V n a b a F / E I i K F r e f o h n u a r F : s o t o F 33

3 | 24 Staffellauf des Wissens Forschung für Sicherheit 35

3 | 24 Staffellauf des Wissens Herr Prof. Beyerer, was kann Forschung in diesen Zeiten für unsere Sicherheit tun? 35

Systeme, mit denen entsprechende Krisen und Katastrophen bewältigt werden kön- nen. Ein Beispiel ist das Einsatzführungs- und Kommunikationssystem SE/EKUS. Es unterstützt Spezialeinheiten der Polizei bei der Einsatzvorbereitung, der Einsatz- führung und der Kommunikation. Das preisgekrönte und als Bundesstandard etablierte System stellt Web- und Server- technologien mit mobilen Anwendungen bereit. So werden Einsatzkräfte vor Ort im Notfall über mobile Applikationen ein- gebunden. Kriminelle und terroristische Gefährder müssen in ihrem Tun frühzeitig erkannt werden, um ihre Absichten möglichst zu vereiteln. Zur Verfolgung von Straftaten, ob nun digital oder physisch begangen, sind bei Fraunhofer entwickelte Techno- logien hilfreich. Technisch bedingten Risiken muss mit geeigneten Entwurfs- verfahren, Technologien und Schutzme- chanismen begegnet werden, um Safety von Beginn an und dauerhaft zu gewähr- leisten. Und schließlich zeigt der russische An- griffskrieg gegen die Ukraine, dass wir uns auch massiv um unsere militärische Sicherheit kümmern müssen. Unsere Verteidigungsfähigkeit von morgen und unsere strategische Souverä- nität hängen essenziell von einer exzel- lenten Verteidigungsforschung ab, wie sie etwa von den Instituten des Fraunhofer- Leistungsbereichs Verteidigung, Vorbeu- gung und Sicherheit VVS geleistet wird. Allein in der Ukraine soll ein Drittel der Landfläche mit Minen verseucht sein. Immer wichtiger werden deshalb von Fraunhofer-Forschenden erarbeitete Tech- nologien, etwa der Ultrabreitbandradar, der dank eines Frequenzbereichs zwischen 400 Megahertz und 6 Gigahertz tief in den Boden eindringt. Um Sprengfallen mit we- niger Risiko zu entschärfen, genügt dann manchmal schon ein kurzer Wasserstoß – ein durch Pyrotechnik angetriebener Wasserstrahl kann Kampfmittel durch den kinetischen Impuls zerstören. Prof. Jürgen Beyerer, 62, leitet geschäftsführend das Fraunhofer- Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und ist Vorsitzender des Fraunhofer- Leistungsbereichs Verteidigung, Vorbeugung und Sicherheit VVS. Wie bewältigt man bestmög- lich die Folgen tatsächlich eingetretener Schadenser- eignisse und wie lernt man daraus für die Zukunft? B S O I r e f o h n u a r F : s : o o t t o o F F 3 | 24 Die verschiedenen Facetten von Sicher- heit sind in der Weise nicht unabhängig voneinander, als dass viele der technischen aber auch organisatorischen Maßnahmen zum Schutz der Sicherheit und zur Bewäl- tigung von Krisen und Katastrophen gleichzeitig für mehrere Aspekte der Si- cherheit nützlich sind. Aufgrund der Vielgestaltigkeit und Kom- plexität des Themas sollte Sicherheit in der Forschung auch wirklich ganzheitlich be- trachtet werden. Insbesondere sollte jetzt und zukünftig keine Unterscheidung mehr zwischen »guter« und »böser« Sicher- heitsforschung vorgenommen werden. Spätestens die sogenannte Zeitenwende hat gezeigt, dass diese politisch moti- vierte Einteilung zwischen Zivilem und Militärischem überholt ist und nicht die passenden Antworten auf die Herausfor- derungen gibt. Durch den Verzicht auf diese Schub- laden ließen sich sicherlich noch viele Sy- nergien in der Forschung realisieren, um damit einen noch stärkeren technologi- schen Beitrag für eine umfassende Sicher- heit leisten zu können. In der nächsten Ausgabe: Welche Beiträge kann Fraunhofer für den Kampf gegen das weltweite Artensterben leisten? 37

3 | 24 Jetzt mit Köpfchen! Die nächste Evolutionsstufe der Technik steht an: Künstliche Intelligenz soll Roboter zu selbstlernenden Allroundern für Industrie, Logistik, Pflege und Privathaushalt machen. Werden smarte Maschinen unser (Arbeits-)Leben schon bald grundlegend verändern? Von Beate Strobel, Fotografie: Sven Döring Wie arbeiten wir morgen? Fraunhofer unterstützt Unternehmen dabei, KI für Robotik nutzbar zu machen. 39

3 | 24 Wie lernen KI-Robo- ter? Christian Jestel (u.) trainiert am Fraunhofer IML den RoboMaster in der Simulation mit Belohnung und Bestrafung. Hier ist Platz für eine Bildunter- schrift lorem ipsum sit dolorit 41 Darf‘s noch etwas KI sein? Informatiker Sebastian Hoose (auch Foto r.o.) hat am Fraun- hofer IML mit »RAI – Remote AI« ein transportables System entwickelt, das Roboter mit kognitiven Fähigkeiten ausstattet. Nicht nur viel im Kasten: Sebastian Hooses transpor- table »RAI – Remote AI« erfreut zusätzlich durch ihr fröhliches Design.

3 | 24 Der Einzug der KI in die Robotik soll helfen, diese Hürden zu überwinden, und gilt als einer der bahnbrechenden Trends in der Digitalisierung der industriellen Produktion. Das Marktforschungsunter- nehmen Mordor Intelligence etwa prog- nostiziert für den Robotikmarkt bis 2029 eine jährliche Wachstumsrate von 29 Pro- zent. Smarte Industrieroboter können Pro- duktionsgeschwindigkeit, Genauigkeit und Sicherheit steigern, die Fehlererkennung und -behebung erleichtern und die Pro- duktion durch vorausschauende Wartung resilienter machen. Um die Wirtschaft auf ihrem Weg in die Industrie 5.0 zu unterstützen, hat das Fraunhofer IPA gemeinsam mit dem Fraun- hofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart 2019 das KI- Forschungszentrum »Lernende Systeme und Kognitive Robotik« gegründet – ein anwendungsorientierter Zweig des Cyber Valley, Europas größter Forschungskoope- ration im Bereich KI. Ziel ist, über praxis- nahe Forschungsprojekte eine Brücke zu schlagen zwischen Technologien der KI- Spitzenforschung und dem Mittelstand. In Magdeburg hat das Fraunhofer- Institut für Fabrikbetrieb und -automati- sierung IFF gemeinsam mit Unternehmen Use Case Labs geschaffen, in dem das pro- duzierende Gewerbe ihre Automatisie- rungsanforderungen präsentieren und maßgeschneiderte intelligente Robotik- Lösungen erarbeiten kann. Das Spitzen- forschungsinstitut Lamarr – eines von fünf universitären KI-Kompetenzzentren bun- desweit, die als Teil der KI-Strategie der Bundesregierung dauerhaft gefördert wer- den – gestaltet eine neue Generation der Künstlichen Intelligenz, die leistungsstark, nachhaltig, vertrauenswürdig und sicher zur Lösung zentraler Herausforderungen in Wirtschaft und Gesellschaft beiträgt. Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML bringt sich dabei unter anderem mit seiner Forschungsinfrastruk- tur PACE Lab ein. Im Juli ist zudem das Robotics Insti- tute Germany (RIG) gestartet, das zur zentralen Anlaufstelle für Robotik in Deutschland werden soll. An dem vom Bundesministerium für Bildung und For- schung (BMBF) mit 20 Millionen Euro ge- förderten Kompetenznetzwerk unter der Leitung der Technischen Universität Mün- chen (TUM) sind neben den Fraunhofer- Instituten IPA und IML auch das Fraun- hofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB beteiligt. Ziele des RIG sind, eine international wettbe- werbsfähige Forschung für KI-basierte Ro- botik in Deutschland zu etablieren, For- schungsressourcen effektiv zu nutzen, Talente auf dem Gebiet der Robotik gezielt »Ein humanoider Roboter wäre insgesamt für Industrie und Logistik völlig überentwickelt.« Leon Siebel-Achenbach, Fraunhofer IML zu fördern und den Transfer von For- schungsergebnissen in die Industrie, in Logistikunternehmen und die Dienstleis- tungsbranche zu vereinfachen und voran- zutreiben. Roboter entsprechend ihrer Aufgabe entwickeln Der Roboter als »der Neue« im Team muss nicht zwingend auf zwei Beinen einlau- fen, denn das ist beim aktuellen Stand der Technik nicht die effektivste Art der Fortbewegung: zu energieintensiv, zu langsam, zu sturzgefährdet. »Ein huma- noider Roboter wäre insgesamt für Indus- trie und Logistik völlig überentwickelt: zu viele Aktoren, zu viele Freiheitsgrade, zu viele Motoren, die gar nicht für den jewei- ligen Use Case nötig sind«, argumentiert Leon Siebel-Achenbach, stellvertretender Leiter der Abteilung IoT und Eingebettete Systeme am Fraunhofer IML. »Wir müs- sen stattdessen mehr Roboter bauen, die nennenswert Leistung bringen können – gerade für Branchen, in denen der Fach- kräftemangel bereits spürbar ist.« Am Fraunhofer IML hat ein kreatives Projektteam bereits 2019 für den Logistik- bereich den LoadRunner entwickelt – ein autonomes Highspeed-Fahrzeug mit dem Aussehen eines überdimensionierten Staubsauger-Roboters, der sich dank in- telligenter Fahrzeugkoordination mit bis zu zehn Metern pro Sekunde selbst im Schwarm sicher bewegt und sich bei Be- darf mit seinen Roboterkollegen zusam- menkoppeln kann. Als Transporter für Lasten bis zu 30 Kilogramm eignet sich der LoadRunner perfekt für Sortier- und Verteilungsaufgaben. Auf den LoadRunner folgte 2021 unter Leitung von Patrick Klokowski der evo- BOT®: »Projektziel ist die Entwicklung ei- nes agilen Roboters für die Logistik, der Lasten selbstständig aufnehmen, trans- portieren und aktiv übergeben kann in einer Höhe, die auch von Menschen be- dient wird«, beschreibt es Elektrotechnik- Ingenieur Leon Siebel-Achenbach. Statt auf zwei Beinen zu gehen, rollt der evoBOT® auf zwei Rädern heran, und das ganz schön flink. Der AMR (autonome mobile Robo- ter) basiert auf dem Prinzip des inversen Pendels, wie man es beispielsweise vom Segway kennt, einem sich selbst ausba- lancierenden elektrischen Roller auf zwei Rädern. Links und rechts besitzt er zwei mit Greifern versehene »Arme«, mit denen er Gegenstände aufheben und transpor- tieren kann. Am Ende des Projekts soll der evoBOT® in der Lage sein, dank Künstlicher Intel- ligenz seine Umgebung und den Unter- grund zu erkennen und zu kartografieren, sodass er sich frei in einem definierten Raum bewegen und Hindernissen auswei- chen kann. Kamerasysteme unterstützen ihn dabei, Ladegut zu identifizieren und zu klassifizieren, es also korrekt aufzuhe- ben, sich entsprechend des Gewichts aus- zubalancieren und die Ware an einem an- deren Ort abzugeben. »Dann könnte 43

3 | 24 Wie viel Nähe ist möglich? Prof. Elkmann und Magnus Hanses stellen auch die Sicher - heitsfrage bei der Mensch-Roboter-Kolla- boration ins Zentrum ihrer Forschung am Fraunhofer IFF. Prof. Norbert Elkmann mit Assistenzroboter ANNIE. Der Care-o-Bot® wurde am Fraunhofer IFF als Serviceroboter entwickelt. 45

Was sieht der Roboter? Erkundung des Geländes mit Sensoren und optischen Kameras. 3 | 24 ausgerüstet, können die RoboMaster dann in der realen Welt Richtungsentscheidun- gen dezentral und autonom auf der Basis der Umgebungswahrnehmung mittels La- serscanner treffen. Auch dieser Trainings- ansatz könnte schon bald die Logistikbran- che verändern. »Mitunter bekomme ich zu hören, der RoboMaster sei ja nur ein Spielzeug«, sagt Jestel. »Doch bei diesem Projekt geht es nicht um das Fahrzeug selbst, sondern um die Idee dahinter. Und die hat Transformationspotenzial für eine Vielzahl von Anwendungen für indust- rielle mobile Roboter.« »Um ein intelligen- tes Gesamtsystem zu entwickeln, ist Expertise aus vielen Fachbereichen gefragt.« Dr.-Ing. Janko Petereit, Fraunhofer IOSB Intelligenz zum Andocken Dank Künstlicher Intelligenz emanzi- piert sich der Roboter immer mehr vom Menschen. Die Einsatzmöglichkeiten für seinesgleichen sind – Stand heute – noch nicht abzuschätzen, doch gerade das faszi- niert Informatiker Sebastian Hoose an der Thematik: »Alles ist so superschön kom- pliziert, immer wieder neu und anders spannend.« Um den Technologie-Sprung auch kleinen und mittelständischen Un- ternehmen zu ermöglichen, forscht der wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraun- hofer IML an einer Software, die möglichst generisch trainiert und verwendet wer- den kann. »RAI – Remote AI« ist so etwas wie eine KI zum Mitnehmen: Künstliche Intelligenz in einer Box, mit deren Hilfe sich herkömmliche Transportfahrzeuge nach dem Plug-and-Play-Prinzip schnell und einfach autonomisieren und mit spe- ziellen Fähigkeiten aufwerten lassen. Die Algorithmen der KI-Box ermöglichen es dem Roboter, sich in definierten Räumen fortzubewegen und Transportaufgaben zu übernehmen. Ein weiterer Vorteil des Remote-Ansatzes: Der Lernerfolg einzel- ner Fahrzeuge kann problemlos anderen Robotern oder gar einer gesamten Robo- ter-Flotte zur Verfügung gestellt werden. Aufrüsten statt Neuanschaffung: »RAI macht die Technologie für KMU ökono- misch interessant«, urteilt Sebastian Hoo- se. Als ein Zusatzmodul besitze die KI-Box eine gewisse Brückenfunktion zwischen herkömmlicher und KI-basierter Robotik. Limitiert wird der Remote-Ansatz noch durch die Herausforderung, dass aktuell jeder Transportroboter je nach Hersteller eine andere Schnittstelle aufweist, was ein simples Andocken der Box verhindert. »Wir haben deshalb von RAI-Seite aus einen Standard entwickelt«, erklärt Hoose. Nun müsse man bei der Installation lediglich ein kleines Code-Stück implementieren, »darum kommen wir nicht herum, solan- ge es keine Industriestandards gibt«. Roboter auf gefährlicher Mission KI-basierte Robotik ist einerseits interes- sant für jene Wirtschaftszweige, die vom Fachkräftemangel bedroht sind und be- stimmte Jobs gerne an Robotersysteme vergeben würden. Auf der anderen Seite gibt es aber auch die Aufgaben, deren Be- wältigung für den Menschen zu schwie- rig, zu belastend oder zu gefährlich sind: Tätigkeiten etwa in Krisen- und Katastro- phengebieten, auf Deponien, bei der Ber- gung von Altlasten oder auf vermintem Gelände. Intelligente Robotersysteme für menschenfeindliche Umgebungen zu ent- wickeln, hat sich das Kompetenzzentrum ROBDEKON auf die Fahne geschrieben. Es wurde 2018 vom BMBF ins Leben gerufen und mit rund 20 Millionen Euro gefördert; die Gesamtkoordination des Netzwerkes hat das Fraunhofer IOSB inne. Denn dort entwickeln Forschende schon länger un- terschiedliche Basisfunktionalitäten, 47

3 | 24 verletzt zu werden. Knapp jeder Zweite ist besorgt wegen möglicher Sicherheitslücken durch Störungen der Hard- oder Software des Geräts, beinahe jeder Dritte sieht den Roboter als potenzielles Hindernis an. Sol- che Ängste und Wahrnehmungen begüns- tigen das sogenannte Robot-Bullying, also tätliche Angriffe auf das Gerät. Niedlich – aber bitte nicht zu niedlich Um derlei zu unterbinden und dem Men- schen die Interaktion zu erleichtern, wurde beispielsweise die KI-Box RAI des Fraunhofer IML mit zwei stilisierten Au- gen versehen sowie zwei Lautsprechern links und rechts des Kastens, die wie Oh- ren aussehen. Dem evoBOT® verleihen zwei Punkte, die entfernt an Augen erin- nern, ein niedliches, leicht menschliches Aussehen. »Das freundliche Design hat die Funktion, die Hemmschwelle für die Interaktion mit dem Roboter zu senken«, sagt Forscher Leon Siebel-Achenbach. »Das haben wir mit dem Design besser erreicht als erwartet. Obwohl es sich um einen Pro- totyp handelt, der noch einige Entwick- lungszyklen durchlaufen muss, um ihn für die sichere Interaktion mit dem Menschen fertigzustellen, sind wir überrascht, wie offen die Menschen auf den Roboter zuge- hen.« Bei den mobilen Reinigungsgeräten, die bei ZEN-MRI zum Einsatz kommen, wurde bewusst auf ein humanoides oder tierähnliches Äußeres verzichtet, um jeg- liche unterschwellige Aufforderung zur Interaktion zu vermeiden. »Gerade weil Roboter momentan noch nicht so etabliert sind im Alltag der Men- schen, finde ich die Forschung in diesem Bereich so spannend und wertvoll«, erklärt Selina Layer. »Es geht um die Gestaltung von Standards: Wie werden wir künftig mit Robotern kommunizieren – und wie sie mit uns?« Eine Frage der Sicherheit Industrieroboter agieren immer noch vorwiegend hinter Schutzgittern. Bei Co- bots, die ohne Schutzzaun zum Einsatz kommen können, spielt das Thema der Personensicherheit und Sicherheitszerti- fizierung eine sehr wichtige Rolle. Doch mit intelligenten AMR, also autonomen mobilen Robotern, und humanoiden Ro- botern wird eine neue Stufe der Sicher- heitsbewertung und deren Anforderungen erreicht. »Die Sicherheitsfrage hat sich de facto als einer der wichtigsten Heraus- forderungen für die Kollaboration von Mensch und Roboter im gemeinsamen Arbeitsraum erwiesen«, erklärt Prof. Nor- bert Elkmann vom Fraunhofer IFF. »Sie ist »Die Erwartungshaltung der Wirtschaft wie der Menschen überhaupt hinsichtlich intelligenter und möglicherweise auch humanoider Robo­ ter ist hoch, manchmal auch stark überhöht.« Norbert Elkmann, Fraunhofer IFF ein wesentlicher Grund, warum sich die Hoffnungen der Industrie auf eine schnel- le Implementierung von Robotern und Co- bots in der Produktion nicht in dem Maße erfüllt haben.« In einer Studie von 2018 wurde bei- spielsweise vom Weltwirtschaftsforum prognostiziert, dass im Jahr 2025 gut 52 Prozent und damit die Mehrheit aller Ar- beitsstunden von Robotern erledigt wer- den. Davon, so Elkmann, sind wir aktuell noch weit entfernt – auch weil der Pla- nungs- und Umsetzungsaufwand sowie der Prozess zur CE-Kennzeichnung für Anwendungen mit Mensch-Roboter-Kol- laboration oftmals sehr aufwendig ist. Für mobile Roboter entstehen ganz neue He- rausforderungen: die Aktionen und Sze- narien des Zusammentreffens von Mensch und Roboter sind viel weniger planbar als bei stationären Robotern. Das Fraunhofer IFF verfolgt daher einen neuen Ansatz: Je- de Aktion eines Roboters wird einer digi- talen Risikoanalyse unterzogen und dann mit einem CE-Kennzeichen versehen. »KI- gestützte Robotik, die ihre Bewegungen selbstständig plant und ausführt, steht diametral den heutigen Sicherheits- und Zertifizierungsprinzipien entgegen, die von deterministischen Systemen ausge- hen«, erläutert Elkmann. »Aber wir werden auch das lösen.« Das Fraunhofer IFF erstellt Sicherheits- standards für die Mensch-Roboter-Koope- ration, die sich weltweit in Normen nieder- schlagen. Beispielsweise haben Forscher des Instituts eine Versuchseinrichtung mit einem Pendel entwickelt, die – mit Zustim- mung der Ethikkommission – Kollisions- versuche mit Versuchspersonen ermöglicht, um die sogenannte Schmerzeintritts- schwelle zu ermitteln: Ab wann tut eine Kollision an welchen Körperstellen weh? Die in derlei Studien ermittelten Belas- tungswerte für Kraft, Druck und Stoßener- gie lassen sich dann in verifizierte Grenz- werte überführen, die von essenziellem Nutzen für die Gestaltung einer sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration sind. Die Resultate aus der Studie bilden heute den Stand der Technik weltweit ab. Zudem er- möglichen die Daten eine sehr präzise si- mulative Abbildung von Berührungen zwischen Mensch und Roboter. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass sich künftig KI-gesteuerte Roboter so be- wegen, dass der Mensch im Kontaktfall nicht zu Schaden kommt. »Die Erwartungshaltung der Wirtschaft wie der Menschen überhaupt hinsichtlich intelligenter und möglicherweise auch hu- manoider Roboter ist hoch, manchmal auch – bedingt durch die neuen Entwicklungen aus den USA – stark überhöht«, bilanziert Norbert Elkmann. »Die Robotik-Entwickler haben noch einige grundsätzliche Aufga- ben vor sich, bis wirklich flexibel und öko- nomisch sinnvoll einsetzbare Produkte auf den Markt kommen. Die Sicherheits- fragen sind zusätzlich zu lösen. Diese Ent- wicklung zu begleiten und mitzugestalten, macht sehr viel Spaß.« 49

3 | 24 Dr.-Ing. Martin Feistle Experte für Künstliche Intelligenz in der Produktion am Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungs- technik IGCV »Es ist nicht notwendig, dass Industrieroboter ein menschliches Äußeres haben.« 1 Was ist Ihres Erachtens das größte Missver- ständnis über humanoide Roboter in der Gesellschaft? Das größte Missverständnis ist die Annahme, dass intel- ligente Roboter unabhängig von ihrer Bauart hochspezi- fische Aufgaben mit gesellschaftlichem Bezug oder auch Entscheidungen von Schlüsselpersonen übernehmen könnten. Im Speziellen ist das Missverständnis weit ver- breitet, dass humanoide Roboter uneingeschränkt Alltags- aufgaben, etwa das Führen eines Kfz, ausführen könnten. Ihr menschliches Aussehen und ihre Fähigkeit zum Han- deln befähigen diese nicht zur vollumfänglichen Durch- führung von menschbezogenen Aufgaben. 2 Wenn Sie gedanklich ins Jahr 2050 springen: Welche Rolle werden humanoide Roboter da womöglich in der Produktion und im Privatbereich ausüben? Humanoide Roboter, gepaart mit einer Künstlichen Intelli- genz, könnten uns als Diskussionspartner gegenüberste- hen, um Entscheidungen abzuwägen. Die Integration von Humanoiden in die eigentliche Produktion hingegen schät- ze ich als gering ein, da es nicht notwendig ist, dass Indus- trieroboter ein menschliches Äußeres haben. Im privaten Umfeld wird ein Humanoid zukünftig möglicherweise als Kontaktperson angesehen, welche zugleich immer wieder- kehrende Aufgaben übernimmt. 3 Was müsste ein Roboter, den Sie privat gerne besitzen würden, beherrschen? Solch ein humanoider Roboter muss zwingend wie ein Mensch agieren. Darüber hinaus sind alltägliche To-dos selbstständig zu identifizieren und situationsbedingt abzu- arbeiten, wie etwa das Wegräumen eines benutzten Glases. Ein Humanoid muss durch Gestik, Mimik und Stimmlage seines Gegenübers entscheiden können, in welcher Stim- mung dieses sich befindet und sich zurückziehen oder gezielt ins Spiel bringen. Nur so können Zusammenleben und Akzeptanz vollumfassend erfolgen. g n i r ö D n e v S , n n a m h c i e T o J , n n a m A a k k e b e R / V C G I r e f o h n u a r F , F F I r e f o h n u a r F : s o t o F Mensch oder Roboter? Das ist nicht die Frage. Die Fraunhofer-Institute (Foto: Leon Siebel-Achenbach vom Fraunhofer IML) entwickeln Lösungen für das Zusammenspiel von Mensch und Technik. — Was die Roboter am Fraunhofer IPA bei Nacht so machen, sehen Sie hier im Video. 51

3 | 24 mend auf Bewässerungstechnologien angewiesen sind. Heißere Sommer begünstigen zudem Schädlinge wie den Apfelwickler, dessen Larve im Apfelinneren heranwächst und die Frucht unverkäuflich macht. Aber auch neue Schadinsekten wie die aus Asien stammende Marmorier- te Baumwanze werden dank wärmerer Temperaturen zunehmend in Deutschland heimisch. Verstehen, was jeder Baum braucht All diese unguten Entwicklungen erfordern neue Ant- worten. Gefördert vom Bundesministerium für Ernäh- rung und Landwirtschaft und koordiniert vom Fraun- hofer IFAM erarbeiten Forscherinnen und Forscher seit 2023 im Verbundprojekt SAMSON (»Smarte Automati- sierungssysteme und -services für den Obstanbau an der Niederelbe«) Hightech-Lösungen, die dem Obstbau die digitale Transformation erleichtern sollen. Die Er- hebung und Analyse saisonaler Anbau- und Erntedaten könnte die Obstbauern demnächst dabei unterstützen, die Wechselbeziehungen zwischen Faktoren wie Klima, Wetterereignissen, Wassereinsatz, Bodenpflege, Blüte und Vorjahresertrag besser zu verstehen und entspre- chend reagieren zu können. Dafür werden erst einmal über das Jahr hinweg mög- lichst viele Daten gesammelt. Seit März fährt in regelmä- ßigen Abständen ein Traktor entlang der Apfelbaum-Spa- liere eines Experimentierfelds im Alten Land, an dessen Frontseite eine Sensorbox befestigt ist. Eine solche High- tech-Box – gefüllt mit Stereokameras, einem LiDAR-Sen- sor zur Tiefenmessung sowie Messeinheiten für kleinste Bewegungen und hochpräzise Lokalisierung – soll künf- tig den Obstbauern bei Routinetätigkeiten in der Planta- ge begleiten und dabei automatisiert sowie kontinuierlich jede Menge Daten über die Bäume sammeln. Diese Daten werden von der Künstlichen Intelligenz verarbeitet. Die KI erfasst etwa das Wachstum der Bäume, die Blühstärke, die Anzahl der Äpfel und einen möglichen Schädlings- befall. Blome: »Detektiert die KI dann etwa Schadinsek- ten an einem Baum, muss der Betriebsleiter nicht mehr – wie bisher – Pflanzenschutzmaßnahmen an allen Bäu- men in diesem Schlag durchführen, sondern kann gezielt nur die befallenen Bäume behandeln. Das reduziert den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln.« Ähnlich bei der An- zahl der Blütenbüschel am Baum: Bislang werden die Blü- ten pauschal im Frühjahr chemisch reduziert. Dadurch kommt es vor, dass an manchen Bäumen zu viele oder zu wenige Blüten zerstört werden, was in der Folge entweder die Ernte verringert oder aber zu viele Äpfel von geringer Qualität und Größe heranwachsen lässt. Eine indivi- 53 Mehr als 24 kg Äpfel verzehrt jeder Deutsche pro Jahr. i l e r u t c i p n a p / r e b a F x a M : o t o F

3 | 24 Hot oder Schrott? Deutschland braucht Antimon für Autobatterien, Solarmodule und militärische Ausrüstung. Jetzt plant China, mit einer Exportkontrolle die Verfügbarkeit des Halbmetalls um beinahe die Hälfte zu reduzieren. Eine bereits patentierte Lösung hat das Fraunhofer- Institut für Integrierte Schaltungen IIS gemeinsam mit einem Industriepartner erarbeitet. Von Yvonne Weiß F arbe? Silbergrau. Relevanz für die Industrie? Hoch. Zugang? In Gefahr. Antimon ist ein ent- scheidender Bestandteil vieler Produkte, etwa in Halbleitern, militärischer Ausrüstung wie Nachtsicht- geräten oder Autobatterien. Daher zählt das Halbmetall etwa in der Europäischen Union und den USA zu den sogenannten kritischen Rohstoffen: Materialien von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung, für die das Risiko eines Versorgungsengpasses hoch ist. Da Antimon vor allem in chinesischen Minen vor- kommt, ist der Zugang zum Edelmetall nun in Gefahr. Der Grund: China möchte den Export von Antimon dras- tisch einschränken. Die Verfügbarkeit des Halbmetalls? Könnte so weltweit um etwa 40 Prozent abnehmen. Eine Lösung für die Industrie erarbeitet das Fraun- hofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS gemeinsam mit dem Industriepartner GEM Recovery Systems GRS. Die Forschenden entwickeln dafür eine sensorbasierte Sortierungstechnologie, mit deren Hilfe sich das Halb- metall im Bergbau identifizieren lässt. »Antimon tritt als Nebenprodukt auf, etwa in Goldminen«, erklärt Alexan- der Ennen. Der Abteilungsleiter und Experte für Rohstoff, Produktentwicklung und Recycling am Fraunhofer IIS beschreibt den Ansatz: »Mittels Röntgentechnologie möch- ten wir den Stoff von anderen Gesteinen isolieren – und dabei im Vergleich zum herkömmlichen Abbau Ressour- cen wie Wasser und Energie einsparen.« Sensoren helfen, Gesteine zu sortieren Die Idee: Ein Hochgeschwindigkeitsförderband transpor- tiert das unsortierte Gestein, das von einem Multi-Energie- Röntgensensor durchleuchtet wird. Dieser spezielle Sensor erfasst Daten, um Informationen über die Eigenschaften des Erzes zu gewinnen. Bildverarbeitungsmethoden analy- sieren und klassifizieren die Informationen anschließend. So lässt sich herausfinden, ob ein bestimmter Partikel das gewünschte Material enthält – Antimon zum Beispiel. Auf Basis der gesammelten Daten wird die Sortierung ange- stoßen: Spezielle Ventile trennen das Gestein, wobei eine Luftdüse unerwünschtes Material vom Band entfernt. »Die neue Technologie ermöglicht es, Abfall von Ziel- mineralen zu trennen und ein sogenanntes Superkon- zentrat zu erzeugen«, erklärt Roy Spencer von GRS. Laut dem Geologen wird im Anschluss lediglich dieses Kon- zentrat an eine stark reduzierte konventionelle Auf- bereitungsanlage geschickt. Das Materialvolumen redu- ziert sich so erheblich – und damit auch der Wasser- und Energieverbrauch sowie die gesamten Investitionskosten. Spencer: »Die internationale Integration der Technologie könnte ein Wendepunkt sein für die Materialverarbei- tungsindustrie.« Erste Labortests haben bereits gezeigt, dass sich An- timon zuverlässig erkennen lässt, Versuche mit größeren Materialmengen stehen nun an. Anschließend könnte die Technologie in jeder Mine zum Einsatz kommen, wo Antimon natürlicherweise vorkommt – also auch außer- halb Chinas. Das südafrikanische Mopani gilt etwa als eines der attraktivsten, bisher ungenutzten Antimonvor- kommen der westlichen Welt. Kleinere Vorkommen gibt es auch in Deutschland, Schweden, Australien. Ennen: »Unsere sensorbasierte Technologie kann beim Abbau des Gesteins unterstützen – und so nicht nur Minen ren- tabler machen, sondern auch Fördermengen und Verfüg- barkeit wichtiger Stoffe wie Antimon stabilisieren.« Das silbergraue Halbmetall Antimon kommt als Nebenprodukt in Goldminen vor. 55 a p d / t s r o h n e p m u R k n a r F : o t o F

o t o h p k c o t s i / a n g n a Y : o t o F 3 | 24 Sonne ernten: 2023 lieferte Photovoltaik bereits 12 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland. 57

Damit tatsächlich im Jahr 2030 eine Stromleistung von 215 Gigawatt von Solaranlagen in die deutschen Netze fließt, reicht allein eine Doppelnutzung bei den Lärmschutzwänden jedoch bei Weitem nicht aus. Auch Äcker und Felder sollten für PV erschlossen werden. Solarenergie ernten statt Lebensmittel? Tatsächlich ist beides möglich – auf derselben Fläche. Denn nicht alle Obst- und Gemüsesorten benötigen die volle Son- nendosis – bekommen die Pflanzen zu viel Sonne ab, stellen sie vielfach das Wachstum ein. Bett: »Kombi- nieren wir Photovoltaik und Landwirtschaft – man spricht dabei von Agri-PV –, haben wir eine Win-win- Situation: Der landwirtschaftliche Ertrag bleibt gleich, möglicherweise steigt er sogar, zudem lassen sich die Flächen zur Stromerzeugung nutzen.« Weintrauben beispielsweise reifen aufgrund des wärmeren Klimas immer früher, in Baden musste die Traubenlese bereits um sechs Wochen vorverlegt wer- den. Die höheren Temperaturen gehen zudem mit ver- mehrtem Schädlingsbefall und Ertragseinbußen ein- her. Können Photovoltaik-Module über den Reben für eine gewisse Verschattung sorgen und so die Wein- stöcke vor den Folgen des Klimawandels schützen? Dies wird in Munzingen am Tuniberg im Projekt VinoPV untersucht, an dem sich auch das Fraunhofer ISE mit Begleit- und Akzeptanzforschung sowie einem Langzeitmonitoring beteiligt. »Unter den PV-Elemen- ten herrscht ein anderes Mikroklima: Feuchteproble- me nehmen ab, der Pilzbefall sinkt, der Fungizid-Ein- satz kann reduziert werden. Auch Tagesfrost kann den Rebstöcken weniger anhaben«, fasst Bett zusammen. So etwa im April diesen Jahres: Während die Tempe- ratur minus zwei Grad Celsius betrug, waren es unter den Modulen lediglich null Grad. Die Schäden an den Pflanzen waren dementsprechend geringer. Ähnliche Erfahrungen sammelten die Forschenden in anderen Demonstrationsanlagen, etwa im Obstbau. Die Früchte gediehen besser, es traten weniger Schäd- linge auf. Inwieweit Solarmodule im Obstbau die Funk- tion von Hagelschutznetzen übernehmen und so Qua- litäts- und Ertragseinbußen verhindern können, untersucht ein Team aus dem Fraunhofer ISE im Projekt APV-Obstbau. Bett: »Im Bereich der Agri-PV gibt es ei- ne ganze Reihe an offenen Fragen: Wie tropft das Was- ser von den Elementen ab? Was bedeutet das für den Boden? Kann man das Wasser auffangen und zur Be- wässerung nutzen? Auf dem Testfeld erproben und be- werten wir die verschiedenen Lösungsansätze und bringen Wirtschaftlichkeit und Technologie in Einklang.« Die Landwirtschaft zeigt sich offen: 72,4 Prozent der Landwirtinnen und Landwirte können sich vor- stellen, Agri-PV für ihren Betrieb zu nutzen – vor al- lem aufgrund der zusätzlichen Einkommensquelle sowie der zukunftsfähigen Entwicklung des Betriebs. Zu diesem Ergebnis kam eine Studie des Fraunhofer ISE und der Universität Göttingen. Mit der Bereitschaft allein ist es jedoch nicht getan. »Die Netzanschlüsse stellen eine große Herausforderung dar: Aufgrund der relativ klein parzellierten Bewirtschaftung in Deutschland lohnt sich die Investition in einen teuren Netzanschluss derzeit vielfach noch nicht«, erläutert Bett. Soll das riesige Potenzial auf Deutschlands Fel- dern gehoben werden, müssen dringend kostengüns- tige Netzanschlüsse entwickelt werden. Eine Aufgabe, der sich das Fraunhofer ISE ebenfalls widmet. Die Resilienz der Landwirtschaft gegenüber dem Klimawandel zu erhöhen und den Wasserverbrauch zu minimieren, ist aber nicht nur in Deutschland ein drängendes Thema. Das Fraunhofer ISE entwickelt die Agri-PV daher auch für weltweite Fragestellungen. Eines der exotischeren Beispiele aus dem Fraunhofer ISE: ein Photovoltaik-Tunnel für die Shrimp-Zucht in Vietnam. Beschattet von PV-Elementen, können die kleinen Krebstiere in geschlossenen Systemen an Land heranwachsen. Sonnenstrom aus der Motorhaube Je näher am Verbraucher der Strom erzeugt wird, desto besser. Warum also nicht die Karosserie von E-Autos nutzen, um Strom zu generieren? Dass dies möglich ist, zeigte Mercedes im April mit dem Vision EQXX und einer Langstreckenfahrt von 1000 Kilo- metern – ohne Nachtanken, versteht sich. Möglich wurde das auch dank des fraunhoferschen Solardachs mit 117 Solarzellen. Nun legt das Fraunhofer ISE im Projekt HighLite nach: mit einer dünnen Solarzellen- folie für Motorhauben, die sich über die hauseigene MorphoColor®-Technologie farblich der Farbe des je- weiligen Autos anpassen lässt. Als technisch heraus- fordernd erwiesen sich dabei die gebogene Form und die Rückseite der Solarzellen, die statt aus Glas oder Folie aus Blech bestehen muss. Prototypen mit ver- schiedenen Stückzahlen an Solarzellen sowie unter- schiedlichen Zell- und Verschaltungstechnologien sind bereits gebaut und intensiv getestet. »Über im Auto verbaute Solarzellen lassen sich im Mittel etwa 10 000 Kilometer Reichweite jährlich erzielen«, pro- gnostiziert Bett. »Ein substanzieller Beitrag, wenn man bedenkt, dass die mittlere jährliche Fahrleistung von Deutschlands Autos bei etwa 15 000 Kilometern liegt.« Sie ist also auf einem guten Weg, die Solar- stromversorgung in Deutschland. Und was fast noch wichtiger ist: Sie hat noch viel mehr Potenzial. E S I r e f o h n u a r F : o t o F 3 | 24 »Über im Auto verbaute Solarzellen lassen sich im Mittel etwa 10 000 Kilometer Reichweite jährlich erzielen.« Prof. Andreas Bett, Fraunhofer ISE 59

3 | 24 Bis zu acht Millimeter groß wird der Kleinkrebs Hyalella azteca. Für den klassischen Labortest zur Über- prüfung der Bioakkumulation wurden bisher mehr als 100 Versuchsfische je Substanz benötigt. Fische eignen sich be- sonders gut für die Prüfung der Umwelt- wirkung von Chemikalien, da sie Stoffe im Wasser dank ihrer Kiemen effizient aufnehmen. Prof. Christian Schlechtriem, Leiter der Abteilung Bioakkumulation und Tiermetabolismus am Fraunhofer IME, möchte den umstrittenen Test er- setzen: mithilfe von Hyalella azteca, dem bis zu acht Millimeter großen mexikani- schen Flohkrebs. Das am Fraunhofer IME entwickelte Verfahren namens Hyalella azteca Biocon- centration Test (kurz HYBIT) beruht auf dem gleichen Testkonzept wie der Fisch- test – vermeidet jedoch den Einsatz von Wirbeltieren. Möchte nun etwa der Her- steller einer Gesichtscreme einen Inhalts- stoff auf seine Umweltverträglichkeit tes- ten, geben die Forschenden die Substanz gemeinsam mit einer Gruppe von Floh- krebsen in ein Aquarium mit Wasser. An- schließend messen sie, wie die Konzen- tration des Stoffes langsam im Gewebe der Kleinkrebse ansteigt. Bleibt die Gewebe- konzentration schließlich konstant, über- führt das Team die verbleibenden Floh- krebse in frisches Wasser. Weitere Messungen zeigen, wie schnell die Subs- tanz im Gewebe abgebaut und aus dem Organismus ausgeschieden wird. Der so- genannte Biokonzentrationsfaktor gibt so Antwort auf die Frage, ob für die geteste- te Substanz ein Bioakkumulationsrisiko besteht. Der Kleinkrebs ist nicht nur einfach und schnell im Labor zu züchten. Auch die Er- gebnisse des neuen Ansatzes überzeugen Christian Schlechtriem: »Mit unserem Testverfahren reduzieren wir den Einsatz von Wirbeltieren wie Fischen – und kön- nen dennoch zuverlässig bewerten, wie stark sich eine Chemikalie in der Umwelt anreichert.« Mit wissenschaftlicher Unterstützung seiner Kolleginnen und Kollegen sowie mit Fördermitteln des Verbandes der Europäi- schen chemischen Industrie und des Um- weltbundesamtes hat Schlechtriem inzwi- schen seine ursprüngliche Idee zu der international gültigen Richtlinie OECD TG 321 weiterentwickelt – und damit zu einem Testverfahren, das nun weltweit zulässig und anwendbar ist. Der Wissen- schaftler verfolgt bereits das nächste Ziel: »Aktuell entwickeln wir den Test so weiter, dass er sich auch für die Bewertung der Bioakkumulation von Nanopartikeln an- wenden lässt.« t s e p p a K r e t e P - s u a K / E M l I r e f o h n u a r F : o t o F 61

Das Team experimentiert zudem mit verschiedenen Mi- kroorganismen wie Milchsäurebakterien oder Pilzen, die der Pflanzenmilch zugefügt werden. Sie bauen die Koh- lenhydrate ab und sorgen für eine Säuerung und Gerin- nung der Mixtur. Dabei beeinflussen sie das Aroma. »Wir konnten beispielsweise feststellen, dass einige Mikro- organismen das bohnige Aroma in Hülsenfrüchten nicht nur neutralisieren, sondern sogar in käsige Attribute um- wandeln können.« Wie bei der traditionellen Käseherstellung wird die fermentierte Pflanzenmilch abgepresst und die Masse anschließend unter kontrollierten Bedingungen einige Zeit gelagert, sodass sich Geschmack und Textur weiter- entwickeln können. Muranyi: »Ein wichtiger Vorteil un- seres Verfahrens ist, dass wir Geräte nutzen, die bereits heute in den Käsereien vorhanden sind.« Teure Investi- tionen sind nicht notwendig, der Produktionsprozess bleibt gleich – entsprechend groß ist das Interesse der Industrie. Ein Konsortium aus Molkereien, Käsereien, Agrarindustrie und Herstellern von Mikroorganismen, Enzymen sowie anderen Zutaten unter- stützt und begleitet die Forschungs- arbeiten. Das Fraunhofer IVV-Team hat sich zunächst die Nachbildung von Gouda und Emmentaler vorgenommen – bei- des in Deutschland besonders gefrag- te Sorten. Generell gilt: Kräftig-wür- zige Aromen sind leichter umzusetzen, milchig-buttrige wie in Mozzarella oder in einem jungen Gouda hingegen kniff- lig. Doch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben bereits Lösungs- ansätze entwickelt: »Verschiedene Mi- kroorganismen setzen Vorläufersubs- tanzen aus Pflanzenproteinen und -ölen zu aromaaktiven Substanzen wie beispielsweise Diacetyl um, das ein buttriges Aroma entstehen lässt«, so Muranyi. Außerdem könnte eine kürzere Fermentations- dauer helfen, einen milderen Geschmack zu erzeugen. Insgesamt schreitet der Reifeprozess bei Pflanzenmilch wesentlich schneller voran als bei Kuhmilchkäse. »Be- sonders leicht«, verrät sie, »lässt sich Parmesan imitieren.« Selbst wenn man überfermentiere, indem man beispiels- weise die vegane Käsemasse zu lange bei zu hohen Tem- peraturen lagere oder zu viele Mikroorganismen einset- ze, käme man mit Textur und Geschmack nahe an den beliebten italienischen Reibekäse. Für die Käsearomen besonders geeignet sind verschie- dene Nussfrüchte, mit denen das Fraunhofer IVV-Team experimentiert. Welche das sind, soll noch ein Geheimnis bleiben – die Konkurrenz im Bereich Käseersatz ist groß. 3 | 24 Muranyi: »Wir bringen sowohl das Protein als auch das Öl der Nüsse in unsere Versuche ein. Die Mikroorganis- men bauen sie zu Amino- und Fettsäuren ab, die aroma- aktiv sind, also relevant für unseren Käsegeschmack.« Die Forscherinnen und Forscher experimentieren zudem mit Sonnenblumen- und Rapsöl. »Bei Sonnenblume muss man allerdings aufpassen: Da kann der Käse leicht grün werden«, warnt Muranyi, was an den oft in den Sonnen- blumenproteinen enthaltenen Polyphenolen liege, die sich bei einem bestimmten pH-Wert verfärben. Im Projekt Pulse2Cheese steht nicht der Geschmack, son- dern das Schmelzverhalten des pflanzlichen Käses im Mittelpunkt. Preisgünstiger Analogkäse zerläuft zwar gut auf Pizza, Aufläufen oder Gebäck, ist aber nährstoffarm und enthält meist zahlreiche Zusatzstoffe. Muranyi: »Mit unserem Fermentationsverfahren können wir Käsealter- nativen mit einem wesentlich höheren Nährwert her- stellen. Unsere Zutatenliste ist kurz: Protein und Öl aus einem pflanzlichen Rohstoff, Milch- säurebakterien – fertig.« Dabei sind die ungesättigten pflanzlichen Fettsäuren gesünder als die gesättigten, die im Kuhmilch-Käse dominieren. Gesun- de Inhaltsstoffe sind nach Geschmack und Preis wichtigstes Kaufkriterium für die meist ernährungsbewussten Konsumentinnen und Konsumenten von Milchersatzprodukten. Das Problem: Der proteinreiche Pflanzenkäse zerfließt bei Hitze nicht gut, sondern bildet einen festen Klum- pen. Die Idee: Durch die Zugabe von Stärke soll das Protein flexibler werden, sich mit der Stärke verbinden und beim Erwärmen verlaufen. Als Ausgangs- stoff besonders geeignet sind Hülsenfrüchte. Muranyi: »Wir konnten bereits unter dem Mikroskop beobachten, dass die Hülsenfrucht-Proteine Netzwerke ausbilden, wie es auch bei schmelzendem Kuhmilch-Käse der Fall ist.« Hülsenfrüchte lassen sich nicht nur nachhaltig anbauen, sondern haben auch einen besonders hohen Proteinge- halt – die Extraktion ist entsprechend effizient. Aus den Rückständen lässt sich Stärke gewinnen. Das Forschungs- team arbeitet zurzeit am optimalen Stärke-Protein-Ver- hältnis und perfekt abgestimmten Milieubedingungen. »Der pH-Wert spielt eine Rolle, ebenso der Salzgehalt. Nur dann ist die Interaktion zwischen Stärke und Protein so, dass das gesamte System anfängt zu fließen«, erklärt Mu- ranyi – und sich auf Pizza und Co bald eine qualitativ hochwertige, nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Lösungen ausbreiten kann. »Genau wie bei Kuhmilch­Käse wollen wir die Aromen natürlich mithilfe von Fermentation erzeugen.« Dr. Isabel Muranyi, Fraunhofer IVV i l e r u t c i p n a p y b L O P E E D / n o s r e h P c a M m T : i o t o F 63

3 | 24 zeptanz. Projektkoordinator Diederichs: »Die Interaktion im Fahrzeug der Zukunft ist vergleichbar mit einem Butler, der sich im Hintergrund hält, aber den Kontext kennt und den Insassen bestmögliche Unterstützung bietet.« Die Automatisierungslevel geben den Fahrerinnen und Fahrern unterschiedliche Freiheitsgrade. Je niedriger das Level, des- to mehr müssen sich Fahrende auf die Stra- ße konzentrieren. Ist das Fahrzeug hin- gegen teil- oder hochautomatisiert oder sogar autonom unterwegs, können sich die Fahrer mit anderen Tätigkeiten befassen. Für KARLI haben die Forschenden daher verschiedene KI-Applikationen entwickelt: Mit visuellen, akustischen und haptischen Hinweisen wird der Fahrer zum Beispiel auf besondere Straßenverhältnisse oder Sicherheitsaspekte aufmerksam gemacht. »Gleich wird es regnen und wir müssen das automatisierte Fahren beenden. Bitte bereite dich darauf vor, selbst ein Stück zu fahren. Es tut mir leid, dass du deinen Lap- top jetzt sicher verstauen musst. Sicherheit geht vor«, könnte es dann etwa heißen. So soll verhindert werden, dass die Person am Steuer zur falschen Zeit vom Straßenver- kehr abgelenkt ist. Ein weiteres KI-Tool nimmt eines der größten Probleme beim Passivfahren in den Fokus: die Reiseübelkeit. Studien zufolge leiden zwischen 20 und 50 Prozent an so- genannter Motion Sickness. Passagiere sol- len deshalb künftig mittels KI rechtzeitig gewarnt werden, indem deren Aktivitäten – etwa das die Reiseübelkeit begünstigen- de Lesen während der Fahrt – mit erwart- baren Beschleunigungen auf kurvenreichen Strecken abgeglichen werden. Sogenannte generierte User Interfaces (kurz: GenUIn). konzentrieren sich auf individualisierte Ansprachen und Signale. Die Art der Inter- aktion hängt dabei unmittelbar vom Au- tomatisierungslevel ab: Kurze, rein sprach- liche Hinweise gibt es, wenn sich der Fahrer auf das Verkehrsgeschehen kon- zentrieren muss. Im autonomen Modus sind auch ausführliche Tipps etwa über visuelle Kanäle denkbar. Erste Erkenntnisse aus dem For- schungsprojekt testen Diederichs und sein Team mittlerweile auch in der Praxis: Um die Nutzerbedürfnisse beim Fahren im hochautomatisierten Level auf der Straße zu erforschen, nutzen sie ein mobiles For- schungslabor des Fraunhofer IOSB auf Ba- sis eines Mercedes EQS. Erste Funktionen aus KARLI könnten bereits 2026 in Serien- fahrzeugen zur Verfügung stehen. 65 o t o h p k c o t s i / g n u b r e w d n u o d u a i : o t o F

3 | 24 V eränderungen im Gewebe oder Anomalien bei der Durchblutung können auf Krebs hin- deuten, sind jedoch in der anatomischen Bildgebung manchmal nur schwer zu er- kennen – vor allem in der Frühphase der Krankheit. Ex- pertinnen und Experten erhalten jetzt Unterstützung bei der Diagnosestellung: Lernfähige KI-Systeme tragen dazu bei, solche messbaren Parameter, sogenannte Biomarker, in pathologischen Bildern aufzuspüren. Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medizin MEVIS ist es in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen, der Universität Regensburg und der Hannover Medical School gelungen, hierfür ein KI-Basismodell zu entwickeln, das Gewebe- proben anhand eines Bruchteils der üblichen Trainings- datensätze schnell, zuverlässig und ressourceneffizient analysiert. Für seine Forschungsarbeit wurde das Team im internationalen SemiCOL-Wettbewerb (Semi-super- vised learning for colorectal cancer detection) ausge- zeichnet. Vor allem in der Krebs-Klassifikation lieferte das Modell überzeugende Ergebnisse. Weg von großen Datenmengen und selbstüberwachtem Lernen Klassische Basismodelle, etwa Sprachmodelle wie ChatGPT, werden selbstüberwacht mit großen, diversen Datensätzen trainiert. Diese liegen jedoch bei medizini- schen Bildanalysen meist nicht vor. Tatsächlich stellen die geringen Datenmengen in klinischen Studien eine große Herausforderung für die KI dar. Zudem unterscheiden sich klinische Zentren in der Aufbereitung pathologischer Präparate und der Zusammensetzung ihrer Patienten- population voneinander – von spezifischen Krankheits- ausprägungen ganz abgesehen. All das erschwert es, vorhandene Muster und damit diagnostisch relevante Merkmale verlässlich aufzuspü- ren. Um KI effektiv zu trainieren, werden daher in der Regel große Mengen an Beispielbildern unterschiedlicher Herkunft benötigt. Dabei misst jeder Gewebeschnitt ty- pischerweise mehrere Gigabyte, enthält Tausende unter- schiedlicher Zellen und spiegelt doch nur einen Bruchteil der beschriebenen Variabilität wider. Spezialisierung nach fundierter Grundausbildung Der Lösungsansatz der Fraunhofer-MEVIS-Fachleute ba- siert auf überwachtem Vortraining. »Wir entwickeln eine Grundlagenschulung für die KI nach dem Vorbild der Ausbildung, die Pathologinnen und Pathologen durchlau- fen. Die müssen ja auch nicht von Fall zu Fall neu lernen, was ein Zellkern ist. Einmal erfasst, sind diese Konzepte vorhanden und auf verschiedene Krankheiten übertrag- bar«, erklärt Experte Dr. Johannes Lotz. Analog dazu erlernt das KI-Modell in seiner Grund- ausbildung aus einer breiten Sammlung von Gewebe- schnittbildern mit verschiedenen Fragestellungen allge- meine Merkmale und Gesetzmäßigkeiten, sogenannte Tissue Concepts. In der Kombination dieser Aufgaben- stellungen entstehen die großen Datenmengen, die für das Training eines robusten KI-Basismodells benötigt werden. In einem zweiten Schritt werden die gelernten Konzepte für eine spezifische Fragestellung genutzt. Auf diese Weise können die Algorithmen mit deutlich weni- ger Daten Biomarker identifizieren, die etwa verschiede- ne Tumorarten unterscheiden. Jan Raphael Schäfer, KI- Experte am Fraunhofer MEVIS: »Im Vortraining geben wir unserem Basismodell das Bild und liefern ihm die Antwort mit.« Zudem nutzt das Team das am Institut ent- wickelte Bildregistrierungsverfahren HistokatFusion. Es bietet die Möglichkeit, automatisch annotierte Trainings- daten etwa aus immunhistochemischen Gewerbefärbun- gen zu generieren, die Proteine oder andere Strukturen mithilfe von markierten Antikörpern sichtbar machen. Dazu kombiniert es Informationen aus mehreren histo- pathologischen Bildern. Diese automatisch erzeugten Markierungen bauen die Fachleute in das Training ihres Modells ein und beschleunigen so die Sammlung von annotierten Trainingsdaten. »Wegen der geringen Datenmenge benötigen wir nur etwa sechs Prozent der Ressourcen.« Dr. Johannes Lotz, Fraunhofer MEVIS In Vergleichstests mit klassischen, nicht-überwacht geschulten Modellen kommen die Fraunhofer-Fachleute mit lediglich sechs Prozent der Trainingsdaten aus. »We- gen der geringen Datenmenge benötigen wir nur etwa sechs Prozent der Ressourcen«, freut sich Wissenschaftler Lotz. Auch die Trainingsdauer verkürze sich: »160 Stun- den reichen.« So ist das Basismodell nicht nur schneller an verschiedene medizinische Herausforderungen an- passbar, sondern auch noch wesentlich günstiger als her- kömmliche Lösungen. s e g a m i s u i t i r u a m / 1 6 d n e t s e W / l a r t c e p S : o t o F 67

EUROPA Leichter in die Zukunft fliegen Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS hat im Rahmen des EU-Programms Clean Sky 2 einen Durchbruch im Flugzeugbau erzielt. Im Projekt »Multifunctional Fuselage Effizienter unterwegs dank neuem Fügeverfahren. Demonstrator« (MFFD) entwickelten die Forschenden eine Methode, um Bau- teile aus kohlenstofffaserverstärktem Thermoplast (CFRTP) ohne Bohren und Nieten zu fügen. Erstmals gelang es so, die obere und untere Hälfte des weltweit größten Flugzeugrumpfsegments aus CFRTP automatisiert zu verbinden – mithilfe des CONTIjoin-Verfahrens, einer Kom- bination aus CO2-Lasertechnologie und hochdynamischer Strahlablenkung. Der Wegfall von mechanischen Verbin- dungselementen und Materialdopplun- gen wie bei klassischen Überlappver- bindungen spart Zeit, Material und Ge- wicht – und macht die Produktion von Verkehrsflugzeugen effizienter und ökologischer. KI als »Black Box«: Was bringt mehr Transparenz? ITALIEN Blick in die KI Viele Nutzer misstrauen KI-Systemen, weil sie deren innere Prozesse nicht verstehen. Im Projekt XMANAI ent- wickelte das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS unter Leitung des italienischen Unternehmens TXT e-solutions und mit Partnern aus ganz Europa eine Plattform, die den Einsatz von KI in der Industrie transparenter machen soll. Aufgabe des Fraunhofer FOKUS war dabei die Gestaltung von Tools, die Daten importieren, speichern und aufbereiten können, um dann die Ent- scheidungsprozesse der KI durch in- teraktive Visualisierungen, Wissens- graphen und Erläuterungen in natür- licher Sprache nachvollziehbar zu machen – selbst für Fachfremde. Als Praxisbeispiele dienten die Diagnose und Vorhersage von Maschinen- und Produktionslinienfehlern und die Vorhersage der Kundennachfrage mithilfe von KI. Die Plattform lässt sich durch offene Schnittstellen naht- los in bestehende IT-Infrastrukturen integrieren. Das Projekt wird von der Europäischen Kommission im Rahmen des Forschungsprogramms Horizont 2020 finanziert. y l f e r i F e b o d A / d l i B s e t r e i r e n e g - I K , o t o h p k c o t s i e l l a / c i t e c r i M n a r o Z , n a F n a i J , i k a w o k a r K l a h c i M , n u w n K i : s o t o F 3 | 24 Guck mal: Ein neues Verfahren holt kritische Weichmacher aus alten PVC-Böden. EUROPA Kritische Weichmacher neutralisiert Polyvinylchlorid (PVC) ist ein Kunst- stoff, der häufig in Bodenbelägen steckt. Alte Beläge enthalten jedoch gesundheitlich bedenkliche Weich- macher wie DEHP, deren Verwendung inzwischen verboten ist. Bisher konnte PVC mit diesen Schadstoffen nur ver- brannt werden. Im EU-Projekt »Circu- lar Flooring« ist es gelungen, solche alten PVC-Böden nachhaltig zu re- cyceln. Mit dem lösungsmittelbasier- ten Recyclingverfahren, das die vom Fraunhofer-Institut für Verfahrens- technik und Verpackung IVV und dem Unternehmen CreaCycle entwickelten CreaSolv®-Formulierungen verwendet, lassen sich kritische Weichmacher effi- zient entfernen. Das verbleibende Material erfüllt die Anforderungen der EU-Gesetzgebung und darf zur Her- stellung neuer PVC-Böden verwendet werden. Das neue Verfahren lässt sich auf industriellen Maßstab skalieren und unterstützt eine kreislauforien- tierte Wirtschaft. 69

Foto: Momosu/photocase 7 1 3 | 2 4

Wärmetauscher 3 Wärmetauscher 1 Luft, Erde, Grund- wasser Kältemittel Verdichter 2 Entspannungs- ventil 4 3 | 24 Wie funktioniert eine Wärmepumpe? 1. Das flüssige Kältemittel nimmt Wärme aus Luft, Erde oder Grund- wasser auf und verdampft dabei. 2. Im Verdichter wird der Kältemittel- dampf komprimiert, der Druck steigt und der Dampf erwärmt sich. 3. Der Kältemitteldampf gibt seine Wärme an den Heizkreis ab und kondensiert. 4. Mithilfe eines Entspannungsventils wird der Druck reduziert, wodurch das Kältemittel abkühlt und erneut Wärme aufnehmen kann. Quelle: Bundesverband Wärmepumpe e. V. ren in der Wärmepumpe und ermöglichen die Auf- nahme und Abgabe der Wärme. Das Team am Fraun- hofer ISE setzt hier unter anderem auf Propan, das wegen seiner sehr guten thermodynamischen Eigen- schaften wesentlich höhere Vorlauftemperaturen von bis zu 70 bis 75 Grad ermöglicht. Es ist daher besonders für unsanierte Bestandsgebäude vorteilhaft. Aber auch Wärmepumpen mit herkömmlichen Kältemitteln er- reichen mittlerweile Vorlauftemperaturen von 50 bis 55 Grad und sind für die Beheizung von Altbauten ge- eignet. Miara: »85 Prozent der Geräte, die letztes Jahr verkauft wurden, waren für den Bestand gedacht und nicht für den Neubau – einfach, weil es funktioniert.« In Zukunft, so ist Miara überzeugt, wird sich Pro- pan als Kältemittel in Wärmepumpen durchsetzen. Bereits heute laufen rund 25 Prozent der Anlagen mit Propan, das auch große ökologische Vorteile hat. Sein Treibhauspotenzial ist 200- bzw. 700-mal geringer als das der beiden bisher am häufigsten genutzten Kälte- mittel R32 und R410A, deren künftige Verwendung durch die sogenannte F-Gas-Verordnung der EU oh- nehin stark eingeschränkt ist. Miara: »Um ein weite- res Vorurteil in diesem Zusammenhang richtigzu- stellen: Es ist keineswegs so, dass die Kältemittel während des Betriebs in die Umgebungsluft entwei- chen. Sie bewegen sich in hermetisch abgeschlossenen Kreisläufen. Das Problem entsteht also vor allem beim Befüllen und Entsorgen der Geräte.« Verbraucherin- nen und Verbraucher, die heute eine Wärmepumpe mit synthetischem Kältemittel kaufen, müssen nicht befürchten, diese irgendwann nicht mehr betreiben zu dürfen. Die F-Gas-Verordnung zwingt lediglich die Hersteller dazu, zunehmend auf Kältemittel mit ge- ringerem Treibhauspotenzial oder auf natürliche Käl- temittel umzustellen. Einen Nachteil hat Propan allerdings: Es ist leicht brennbar und explosiv. Deshalb benötigen Propan- Wärmepumpen zusätzliche Sicherheitskomponenten und sind meistens nur für den Betrieb im Außenbe- reich zugelassen. Den Forscherinnen und Forschern am Fraunhofer ISE ist es jedoch gelungen, auch dieses Problem zu lösen: Durch die Reduktion der Kältemit- telmenge auf nur 146 Gramm, was in etwa der Füll- menge von fünf Feuerzeugen entspricht, reduziert sich auch das Sicherheitsrisiko. So wird der Betrieb in Innenräumen möglich. Die innovative Pumpe erzeugt elf Kilowatt Leistung, die für die Beheizung eines durchschnittlichen Einfamilienhauses ausreichend sind. Marek Miara glaubt an diese Zukunft: »Wär- mepumpen sind einfach die bessere Option – sowohl ökologisch als auch finanziell.« n u a r B d n u r e l a h t r e V i , E S I r e f o h n u a r F : n o i t a r t s u l l I / o t o F 73

3 | 24 9. Juli, 21 Uhr MESZ: Die Trägerrakete Ariane 6 startet von Kourou in Französisch- Guayana zu ihrem Jungfernflug. Später soll sie mindestens neun Flüge pro Jahr absolvieren. 75 i G S C u d o é d V e u q i t p O / P U O R G E N A R A I - E C A P S E N A R A I - S E N C - A S E : o t o F

3 | 24 Die Idee der Nachnutzung von stillgelegten Bergwer- ken für die Wärmewende ist nicht brandneu. Die Stadt- werke Bochum etwa entziehen der Grube Robert Müser seit gut zehn Jahren das von Natur aus 20 Grad warme Wasser und beheizen damit eine Feuerwache und zwei Schulen auf klimafreundliche Weise. Um den Bochumer Industrie-, Wissens- und Technologiecampus MARK 51°7 mit Wärme und auch Kälte zu versorgen, wird das rund 27 Grad warme Wasser der Zeche Dannenbaum aus 810 Meter Tiefe hochgepumpt, über Wärmepumpen auf bis zu 48 Grad Celsius erwärmt und ins Wärmenetz geleitet. Für die Kälteversorgung kommt das Wasser aus einer 340 »Wir möchten zeigen, unter welchen Bedingungen Wärmespeicherung im Grubenwasser optimal funktioniert.« Dr. Mathias Nehler, Fraunhofer IEG Meter tiefen Bohrung. Seine Temperatur von etwa 16 Grad Celsius wird über Wärmepumpen auf 10 Grad herunter- gekühlt. Das Grubenwasser soll so in Zukunft mehr als 75 Prozent des Wärme- und Kältebedarfs der Kunden im Quartier decken. Nicht nur die vorhandene Wärme zu nutzen, sondern Grubenwasser mittels Solarenergie oder alternativ auch über industrielle Abwärme aufzuheizen, ist ein neuer Ansatz im Projekt WINZER, der auch interessant sein könnte für ehemalige Bergbauregionen weltweit. Das Ruhrgebiet kann dafür als Blaupause dienen. »Hier gibt es nicht nur zahlreiche ungenutzte Gruben, sondern auch eines der größten Fernwärmenetze Europas«, erklärt Flo- rian Hahn. »Das sind günstige Rahmenbedingungen, um etwa ein Müllheizkraftwerk, das ja viel Abwärme produ- ziert, mit einem Grubenspeicher zu verbinden und so r e f o h n u a r F G E I / r e i i e m e d e W k n a r F : o t o F Tiefe Blicke: Mittels mobiler Bohranlage wurde das Grubengebäude unterhalb des Fraunhofer IEG-Campus erschlossen. 77

Fraunhofer vor Ort Bremen Frankfurt Berlin München Berlin 01. – 10. November 2024 Berlin Science Week Festival wissenschaftlicher Ideen und Debatten Berlin 07. – 09. November 2024 Falling Walls Science Summit Internationale Wissen- schaftskonferenz Frankfurt/Main 19. – 22. November 2024 Formnext Internationale Fachmesse für additive Fertigungs- technologien 3 | 24 Bremen 19. – 21. November 2024 Space Tech Expo Europe Europäische Ausstellung und Konferenz für Raum- fahrttechnologie und -dienstleistungen München 13. – 17. Januar 2025 BAU 2025 Weltleitmesse für Architektur, Materialien, Systeme 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 79 3 24Schutz vor CyberangriffenSo schafft Quantentechnologie mehrSicherheit für kritische NetzwerkeNatürlich wärmenReizthema Wärmepumpe:Jetzt gibt es neue ChancenAber bitte mit Köpfchen Wie sich KI und Robotik verbindenAmelie Reigl,Gründerin TigerShark ScienceRaum für großeGründen – einGewinn für dieGesellschaftIdeen2