Leichter bauen Klimaneutral – vom Neubau bis zur Sanierung 4 2 | 4 Hier keimt Hoffnung Neue Chancen im Kampf gegen Bakterien Dr. Winterberg und Dr. Dahlmann (r.), Fraunhofer ITEM Zukunftspreis 2024 an Fraunhofer Bundespräsident Steinmeier verleiht wichtigste Auszeichnung für Innovation »Wir schaffen mehr!« Ministerpräsident Stephan Weil im Interview

Vom Wissen zur Wertschöpfung Von Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Wir leben in volatilen Zeiten. So stehen wir am Ende eines spannungsreichen 2024 und haben das neue Jahr im Blick. Unser Fraunhofer-Motto für 2025 heißt: Transfer für unse- re Zukunft. Für einen erfolgreichen Weg in unsere Zukunft wird es nicht genügen, das Bewährte und Betagte in Deutschland und Europa zu bewahren. Um uns zukunfts- orientiert aufzustellen, müssen wir mehr denn je auf Inno- vationen setzen. Wir bei Fraunhofer wollen und werden unseren Beitrag dazu leisten, diese – ganz gemäß unserer Mission – gemeinsam mit Unternehmen zu entwickeln und in die breite Anwendung zu überführen. Wie immer, wenn die Lage schwieriger wird, gilt es, sich auf seine Stärken zu fokussieren, die Kräfte zu bündeln und gezielt einzusetzen. So ist das für Deutschland und Europa nach dem Ausgang der Wahl in den USA. So ist das auch für Fraunhofer. Um uns auch künftig agil und hand- lungsfähig im weltweiten Wettbewerb positionieren zu können, müssen wir uns auf unser Kerngeschäft fokussie- ren. Unser Modell mit seiner ausgewogenen Zusammenset- zung aus Wirtschaftserträgen, im Wettbewerb eingeworbe- nen öffentlichen Erträgen und Grundfinanzierung bildet dabei die Basis für unseren Erfolg, denn es garantiert die konsequente Marktorientierung unserer Forschung. Ideen, Anwendungen, Entwicklungen, Techniken in die Welt zu tragen: Das ist unser Auftrag. Während sich die politische Debatte über Transfer viel zu häufig auf Start-ups fokussiert, verstehen wir bei Fraun- hofer Transfer sehr viel breiter. Die Auftragsforschung ist nicht nur für uns, sie ist für unsere ganze Gesellschaft einer der wichtigsten Innovationsmotoren für Wertschöpfung, für Arbeitsplätze und auch für »Made in Germany«. Da entstehen ganz neue, ganz eigene Chancen. Theorie? Nein. Das ist durchaus praktisch. Nehmen wir das Beispiel der ge- nerativen KI. Künstliche Intelligenz wird Türen aufstoßen in eine neue Welt, die wir in allen Lebenssituationen erle- ben werden – und selbstverständlich in allen Wirtschafts- bereichen, ob in Materialforschung und Maschinenbau, ob in Energie und Mobilität. Und was geschieht? Deutschland wirkt mutlos, wenn es auf die großen US-Konzerne, deren Markt potenziale und deren Marktmacht blickt. 4 | 24 Editorial Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka Dabei wird unsere Stärke genau das sein, was Google nicht kann. Größer ist eben nicht immer gleichzusetzen mit bes- ser. Kleiner kann auch heißen: effizienter, energiesparender, kostensparender. Wenn wir es schaffen, unseren Mittelstand dazu zu befähigen, in die generative KI-Revolution einzu- steigen und Geschäftsmodelle mit internationaler Strahl- kraft zu entwickeln, können wir unser europäisches Werte- system auch als Standard etablieren. Unser Anspruch bei Fraun hofer ist es, eigene Kompetenzen aufzubauen und da- mit als Innovationspartner unserem Mittelstand zur Seite zu stehen. Unser Angebot von Fraunhofer ist, anwendungs- orientiert kundenspezifische und geschützte Communitys zu schaffen. Wir bei Fraunhofer haben gelernt: Unsere Wirt- schaftspartner wollen die eigene Hoheit behalten. Sie wissen: Je schwieriger die Gemengelage zwischen Amerika und Asien für uns in Europa wird, desto wertvoller wird es sein, der Sicherheit seiner Daten vertrauen zu können. Wenn wir beim Vertrauen sind: Gestatten Sie mir rund um Weihnachten und den Start in ein neues Jahr noch eine persönliche Bemerkung. Bei allen Unzufriedenheiten, die von interessierter Seite gerade in einem Wahljahr geschürt werden: Verlieren wir nicht den Blick auf unsere Stärken. Nutzen wir die Chancen, die sich uns bieten. Vertrauen wir in unsere Zukunft. Ihr Prof. Dr.-Ing. 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

4 | 24 74 Ganz schön geschützt Warum Verpacken wichtig ist – und wie es besser geht. 27 »Lust auf Zukunft!« Digitales Licht (nicht nur) fürs Auto – Fraunhofer gewinnt mit ams OSRAM den Deutschen Zukunftspreis 28 Freude am Fahrzeug Konzepte und Technologien, um die deutsche Automobilindustrie wieder in die Pole-Position zu bringen 36 Kontrollierter Knall Mehr Sicherheit am Steuer – durch den weltweit ersten Crashtest mit Röntgenstrahlung 38 Kampf gegen die Zeit Forschung kann Leben retten: Die Welt braucht dringend neue Waffen gegen multiresistente Erreger 48 Sichere Weihnacht überall Das Fraunhofer FHR hat einen Bodyscanner für große Menschen- mengen entwickelt. 48 Stille Nacht, heile Nacht Ein innovativer Bodyscanner macht Messer unter dem Wintermantel sichtbar 50 Aus Kulturgut wird Gigabyte Das Fraunhofer-Spin-off Verus Digital unterstützt Museen bei der Digitalisierung 66 Mit Fingerspitzengefühl Intelligente Prothesen können Betroffenen ein neues Körper- gefühl schenken 72 Fraunhofer international 79 Fraunhofer vor Ort e s a c o t o h P / e i j k n u e c a p s , Y B - L M D / t r a g n e W n a i i t s a b e S , e l r e b ä H a v E , e k s i r P o k r a M , y r a r b i L o t o h P e c n e i c S e d e b / l i e k n u K s i n n e D , I R N C , n n a m r e t a R s a n o J , a w ö L l e a h c i M : t l a h n I s o t o F 5 ; e k s i r P o k r a M d n u ) 2 ( y r a r b i L o t o h P e c n e i c S / s e t a i c o s s A o t o h p o B i 56 Aufatmen Künstliche Mikrosysteme können die Arzneimittel- Forschung tierfreundlicher gestalten. 52 Stimme aus der Wirtschaft Marie-Christine Ostermann, Präsidentin des Verbandes »Die Familienunternehmer e.V.« 54 Sichere Sache Das Fraunhofer IPA will durch ein neuartiges Verfahren die Kosten der Krebstherapie senken 56 Modell satt Maus Organe aus Kunststoff sollen die Zahl der Tierversuche deutlich reduzieren 58 Wenn KI die Verträge verhandelt Was gilt juristisch, wenn eine Künstliche Intelligenz geschäft- liche Abmachungen unterschreibt? 62 Wie kann KI nachhaltig werden? Der Energiehunger der Künstlichen Intelligenz hängt auch von der Datenqualität ab Bis zu 50 Prozent der Therapien mit Antibiotika werden nicht adäquat durchgeführt, zeigen internationale Studien. Die Arzneimittel werden beispielsweise in ungeeigneter Dosierung oder Behandlungsdauer verschrieben – eine Hauptursache für die Bildung von Resistenzen. 50 , n n a m r e t a R s a n o J : e t i e s k c ü R d n u r e v o C s o t o F

4 | 24 Sparsames Lawinen-Tracking Mit Passivradar wollen Forschende des Fraunhofer- Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR selbst in entlegenen Regionen erkennen, ob La- winen nach kontrollierten Sprengungen tatsächlich ausgelöst wurden. Bislang geschieht dies vom Hub- schrauber aus, über Drähte, die beim Lawinenabgang reißen, oder mit aktiver Radartechnologie, bei der elektromagnetische Energie von Objekten reflektiert und zurückgelenkt wird. Passivradar hingegen sendet nicht aktiv Strahlen aus, sondern nutzt Rundfunk- oder Mobilfunk-Sig- nale. Da sie dafür weder Sendeantenne noch Über- tragungslizenzen benötigt, ist die Technologie güns- tiger und auch stromsparend. Das Fraunhofer-Team setzt auf die Signale der Mega-Satellitenkonstellatio- nen OneWeb oder Starlink, die durch ihre Vielzahl eine kontinuierliche Radarabbildung der Erdober- fläche ermöglichen: Sobald ein Satellit am Horizont verschwindet, taucht ein neuer auf. Getestet wurde die Idee in einer ehemaligen Ba- saltmine nahe Remagen, in der »Erdlawinen« entste- hen, sobald ein Bagger seine Ladung in ein Loch schüt- tet. Das Ergebnis: Passives Radar mit Signalen aus Mega-Satellitenkonstellationen ist geeignet, um La- winenabgänge verlässlich zu bestätigen. Lawinen können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 Kilometern pro Stunde Berghänge hinabrutschen. 7 Wie oft taucht ein berühmter Kopf im TV-Programm auf? Eine KI-basierte Software liefert schnell Ergebnisse. Medienpräsenz messbar machen Gesichter und Stimmen in großen Medienarchiven und Datenbanken identifiziert die KI-basierte Software »In- sightPersona«, die am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT entwickelt wurde. In Sekun- denschnelle liefert sie Auswertungen zur Präsenz von Personen, Personengruppen und Gesprächsinhalten. So kann man beispielsweise schnell ermitteln, wie stark Frauen in bestimmten Fernsehsendungen vertreten sind oder wie hoch ihr Redeanteil ist. Auch können nahezu in Echtzeit Nachrichtenbeiträge mit Audio- und Videoaus- schnitten passender Personen zusammengestellt werden. Die Ergebnisse der Suchaufträge lassen sich kundenindi- viduell visualisieren. »Die Kombination aus audiobasierten und visuellen Erkennungstechnologien ermöglicht uns eine hohe Aus- sagekraft und Qualität der Suchergebnisse. Das ist be- sonders dann hilfreich, wenn sich die gewonnenen In- formationen gegenseitig ergänzen, beispielsweise wenn Personen in einem Medienbeitrag sprechen, aber gerade nicht im Bild gezeigt werden«, erläutert Uwe Kühhirt, Experte für Videoanalyse am Fraunhofer IDMT. Zudem kann die Anzeige von Sprachverständlichkeit einen Bei- trag zur Barrierefreiheit von Medieninhalten liefern. Me- diatheken, Streaming-Dienste oder Kommunikations- dienstleister könnten ihren Kunden damit Mehrwerte bieten, zum Beispiel durch das Angebot einer alternativen Tonspur mit optimierter Verständlichkeit. f l u W r e n r e W / R E K O R B e g a m i / e c n a i l l a e r u t c i p , o t o h p k c o t s i e l l a / o S j , d t s r a e G , d o o F o c r a M : s o t o F

Impressum Fraunhofer. Das Magazin, Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation. ISSN 1868-3428 (Printausgabe) ISSN 1868-3436 (Internetausgabe) Herausgeber: Fraunhofer-Gesellschaft Hansastraße 27c, 80686 München Redaktionsanschrift wie Herausgeber Telefon +49 89 1205-1301 magazin@zv.fraunhofer.de www.fraunhofer.de/magazin Kostenloses Abonnement: Telefon +49 89 1205-1301 publikationen@fraunhofer.de Redaktion: Monika Landgraf (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Beate Strobel Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Patrick Dieckhoff, Sirka Henning, Andrea Kaufmann, Laura Rottenstei- ner-Wick, Kathrin Schwarze- Reiter, Mehmet Toprak, Yvonne Weiß Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Jonas Ratermann Fotografie BAU: Marko Priske 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 z t a h c S r e t e P / e c n a i l l a e r u t c i p , o t o h p k c o t s i i e d e b / 0 6 8 d i r t s A , m B i : s o t o F 4 | 24 Wenn Wärme durch das Dach entweicht, bilden sich Eiszapfen. Kleiner Beitrag – große Wirkung Wie lassen sich Heizungen optimal an die Gebäude, in denen sie betrieben werden, anpassen? Forschende am Fraunhofer IIS haben eine Idee. W interkälte treibt manchem den Schweiß auf die Stirn. Den Grund rechnet Dr. Andreas Wilde vor: »Durch ineffizientes Heizen können in einem durchschnittlichen Einfamilien- haus Nacht für Nacht unnötige Mehrkos- ten von bis zu 30 Prozent entstehen.« Der Chief Scientist am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS will Hausbe- sitzerinnen und Mietern helfen, Geld zu sparen. Sein Projekt heißt: SHANGO. Dafür hat sich der promovierte Physi- ker göttlichen Beistand geholt: »SHANGO bezieht sich auf den Gott Shango, zustän- dig für Donner, Blitz und Feuer. Und der Name SHANGO geht deutlich leichter ins Ohr als Smarte HeizungsANlaGenOpti- mierung«, sagt Wilde mit einem Augen- zwinkern. Durch ein optimiertes Heizungsma- nagement ließen sich die Energiekosten bis zu einem Drittel verringern, verspricht der Forscher. Um die Betriebsdaten zu ana- lysieren und Potenziale für eine Optimie- rung zu erkennen, setzt SHANGO Künst- liche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen ein. Am Institutsstandort in Dres- den wurde ein Versuchsstand aufgebaut, an dem die gängigsten Bedienfehler simu- liert werden, um Lösungen für Nutzende zu entwickeln. Auch Montagefehler und unentdeckter Verschleiß können die Effi- zienz der Heizung reduzieren. Sparsamkeit ist für Wilde nicht nur bei den Heizkosten wichtig: »Wir beschäftigen uns nur mit den Mess- und Einstellmög- lichkeiten, die ohnehin an der Heizung vorhanden sind. An den Geräten muss nichts zusätzlich installiert werden.« Trotz dieser Bodenständigkeit behält Wilde auch sein Fernziel im Blick: Gebäude sollen zu- künftig nicht nur Energie verbrauchen, sondern zusätzlich zur Energiespeicherung genutzt werden, um so wenigstens teilwei- se die Schwankungen von Wind- und Son- nenstrom auszugleichen. 9

4 | 24 Nachhaltigkeit Pilzmyzel als Baustoff, umweltverträglicher Beton und smarte Recycling- lösungen ebnen den Weg zur Klimaneutralität. Von Kathrin Schwarze-Reiter; Fotograf: Marko Priske Kleben mit Pilzmyzel: Dr. Henrik-Alexander Christ (l.) und Dr. Steffen Sydow forschen am Fraunhofer WKI zu neuartigen Bau- und Dämmstoffen. 11

4 | 24 Superkräfte der Pilze: Lina Vieres druckt am Fraunhofer UMSICHT Schallabsorber, die durch Pilze leichter und umweltfreund- licher werden. 13

4 | 24 oder das Recycling dieser Produkte ist schwierig. Oft bleibt nur die Verbrennung als letzte Station – doch auch hier werden große Mengen an CO₂ freigesetzt.« Experimen- telle nachhaltige Baumaterialien stellen eine vielverspre- chende Antwort auf die ökologischen Herausforderungen der Baubranche dar. Diese innovativen Materialien zielen darauf ab, CO₂-Emissionen zu reduzieren, Ressourcen zu schonen und Abfall zu minimieren. Die Superkräfte der Pilze Bei Pilzen in den Wänden denken die meisten bisher nur an unansehnliche und gesundheitsschädliche Schim- melflecken. Christ und sein Kollege Dr. Steffen Sydow dämmplatte. »Pilze haben beeindruckende Fähigkeiten, die man sich biotechnologisch zunutze machen kann«, ist Lina Vieres überzeugt, wissenschaftliche Mitarbeite- rin in der Abteilung Produktentwicklung am Fraunho- fer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Vor fünf Jahren begann sie zusammen mit Biodesignerin Julia Krayer an Pilzwerkstoffen zu forschen – schließlich bilden die Lebewesen fantastische Formen, die extrem stabil werden können. Im Projekt FungiFacturing impften sie in Koopera- tion mit einem Team des Fraunhofer-Instituts für Bau- physik IBP eine Paste aus Reststoffen, die von einem Pilz durchwachsen wird. In ihrem Pilzlabor verarbeiteten die Forscherinnen und Forscher die Masse mit einem Kera- »Kalkstein wird bei hohen Temperaturen gebrannt. Das benötigt viel Energie, verbraucht fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas und setzt chemisch gebundenes CO₂ frei.« Dr. Sebastian Dittrich, Fraunhofer IBP wollen das ändern. Sie forschen an Pilzmyzel, das sie als biobasierten Klebstoff für heißgepresste Bau- und Dämm- stoffe nutzen wollen. Pilzmyzel besteht aus feinen lang- gestreckten Zellen, die ein komplexes dreidimensionales Netzwerk ausbilden. Dieses durchdringt die verwendeten Substrate – zum Beispiel Hanfschäben, Holzspäne oder andere Pflanzenfasern – und verwandelt sie in Verbund- materialien mit guten technischen Eigenschaften. »Das Myzel ist sozusagen der biologisch gewachsene Klebstoff und damit eine Alternative zu herkömmlichen erdölba- sierten Produkten«, sagt Henrik-Alexander Christ. Um die natürlichen Bindungskräfte der Pilze zu intensivie- ren, wird das Myzel in Heißpressen inaktiviert sowie das Material verstärkt und getrocknet. Aber auch darüber hinaus haben Pilze wahre Super- kräfte, wenn es ums Bauen geht: Ihr Myzel ist oft leichter als viele traditionelle Baustoffe, es ist extrem anpassungs- fähig und kann flexibel in Form gebracht werden. Außer- dem zeichnet es sich durch eine hohe Druckfestigkeit aus und wirkt thermisch und akustisch isolierend. In Ver- suchen war es ähnlich wärmeleitend wie eine Holzfaser- mik-3D-Drucker zu Schallabsorbern. Sägespäne, Treber aus der Bierproduktion oder Stroh – also pflanzliche Rest- stoffe – sind der Nährboden für die Pilzzucht. In einem Inkubationsschrank wächst dann das Pilzmyzel und här- tet das gedruckte Objekt, bis es steinhart ist. »Nicht alle Pilze eignen sich dazu – es sind vor allem holzabbauende Pilze wie der Lackporling und der Zunderschwamm.« Um sich dieses Wissen anzueignen, beschäftigte sich Lina Vieres intensiv mit den Schirmlingen, nächstes Jahr macht sie eine Weiterbildung zur Fachberaterin für My- kologie. »Mein Freundeskreis wundert sich nicht mehr, wenn ich ins Gebüsch krieche und nach spannenden Pil- zen suche«, sagt die Forscherin. Sie ist sich sicher: »Die Superkräfte der Pilze kann man viel weitreichender ein- setzen als bisher.« Die Beton-Verwandlung Trotz aller Vorzüge: Einen wichtigen Baustoff kann Pilzmyzel nicht vollständig ersetzen – Beton. Seine ho- he Stabilität und Druckfestigkeit, die für tragende 15

4 | 24 Styropor wegwerfen? Von wegen! Dr. Patrick Taschner von Fraunhofer Austria sammelt, reinigt und recycelt alten Styropor zu neuen Dämmplatten. 17

4 | 24 »Nur so können wir die Bau- branche in die Zukunft führen.« Dr. Simon Schmidt, Fraunhofer IBP : s o t o F Mehr Tempo beim Sanieren: Im Fraunhofer- Leitprojekt BAU-DNS entwickelt Dr. Simon Schmidt vom Fraunhofer IBP nachhaltige Sanierungs- und besonders einfach zu montierende Solarmodule. 19

4 | 24 Mehr als 33 kg Zucker pro Kopf konsumierten die Deutschen 2023. Viele bunte Smarties: Eine Zuckeralternative könnte Deutschland gesünder machen. 21 n e b e l l o H n o v n a J : o t o F

Herr Ministerpräsident, kennen Sie den größten Golf-Platz der Welt? Nein, wirklich nicht. Es ist – Wolfsburg! Aber mit alten Witzen aus der Generation Golf 1 wollen Sie wahrschein- lich nicht ankämpfen gegen etwas, was Sie als Standortnachteil für Deutschland ausgemacht haben: schlechte Laune. Keinesfalls, da bin ich sicher mehr bei Ludwig Er- hard. Von dem früheren Wirtschaftsminister und Bundeskanzler stammt die Einsicht, 50 Prozent der Wirtschaftspolitik seien Psychologie. Wir haben im Moment objektive Schwierigkeiten. Aber die schlechte Stimmung hemmt noch einmal zusätz- lich, insbesondere bei den Investitionen. Sie präsentieren sich als Anwalt der Wirt- schaft. Hildegard Müller, die Präsidentin des Ver- bandes der Automobilindustrie VDA, formuliert das eher als Forderung. Sie sagt, die deutsche Wirtschaft sei wettbewerbsfähig. Für nicht wett- bewerbsfähig hält sie allerdings die Rahmenbedin- gungen in Deutschland – also schlichtweg das, was die Politik der Wirtschaft als Standort Deutschland vorgibt. Das mit dem Anwalt der Wirtschaft stimmt nur bedingt. Ich bin mir bewusst, wir brauchen eine starke Wirtschaft für eine starke Gesellschaft. Ich engagiere mich jedoch nicht in erster Linie für gro- ße Gewinne. Zu der Aussage der von mir ansonsten sehr geschätzten Frau Müller: Wir haben bei den Rahmenbedingungen Handlungsbedarf, aber in manchen Bereichen liegen die Ursachen für fehlen- de Wettbewerbsfähigkeit auch bei der Wirtschaft selber. Wenn wir beispielsweise auf die digitalen Investitionen schauen, dann stellen wir fest, dass Deutschland im Ländervergleich keinesfalls vorne liegt. Die Digitalisierung aber ist einer der Haupt- treiber künftigen Wachstums, insofern fragen sich viele Unternehmen zu Recht, was sie auch selber noch tun können. Aber zurück zu den Rahmen- bedingungen: Die Energiekosten sind zu hoch. Gro- ße Bereiche der deutschen Industrie denken sehr ernsthaft und sehr grundsätzlich über ihre Wett- bewerbsfähigkeit in Deutschland nach. Es ist völlig klar: Für einen wirklich attraktiven Standort brau- chen wir wettbewerbsfähige Energiekosten. Und von denen sind wir ein großes Stück entfernt. Sie denken an die Kosten für den Netz- ausbau? Ja. Wir werden weitere 10, 15 Jahre lang viel Geld in die Netzmodernisierung investieren müssen. Diese Investitionen legen wir zur Zeit schlichtweg um auf die Verbraucherinnen und Verbraucher. Mehr Investitionen heißt also bislang: höhere Energie- kosten. Wenn wir das nicht ändern, dann wäre das 4 | 24 »Wir können stolz sein auf die außeruniversitäre Forschungsland- schaft.« Stephan Weil ein klares Signal an bestehende und an zukünftige Unternehmen, dass sie in Deutschland nicht glück- lich werden können. Wichtige Teile der künftigen Wirtschaft werden hoch energieintensiv sein. Den- ken Sie an die großen Rechenzentren oder an die Produktion von Batterie- oder Solarzellen. Energie ist also das eine Thema, das Sie umtreibt. Wie steht es mit der Bürokratie: Braucht Deutschland einen Elon Musk als Kampfansage an Regulierungen und Regulierer? Nein. Die Antwort überrascht mich bei Ihnen nicht allzu sehr. Nun wollen wir doch erst einmal sehen, wie weit das Experiment Musk als Staatsreformer trägt. Ich persönlich habe da schlimme Befürchtungen. Ich bin nicht für eine Entstaatlichung. Aber ich bin sehr dafür, dass unser Staat sich klug zu beschrän- ken weiß, kooperativ ist und kundenfreundlich. Wir sind zu kompliziert. Weil wir zu kompliziert sind, dauern Prozesse zu lange. Weil sie zu lange dauern, wird es am Ende auch noch teurer. Eine schöne Aufzählung: 1, 2, 3. Deshalb jetzt auch 1, 2, 3 die Lösung: Wir müssen einfacher werden, dann werden wir auch schneller und kostengünstiger. Herr Weil, jetzt sind Sie ja nicht ganz neu im Amt eines Ministerpräsidenten. Was ist so schwer daran, Bürokratie abzubauen. Alle wollen es doch! Hinter jeder Regelung steckt eine gute Absicht. Es ist aber die Summe aller guten Absichten, die uns blockiert. Natürlich müssen wir in vielen Be- reichen ausdifferenzieren im Interesse eines mög- lichst sachgerechten Verwaltungshandelns. Wenn das aber dazu führt, dass sich nichts mehr bewegt und dadurch das Gesamtsystem leidet, dann ist der Schaden für die Gesellschaft größer als der Nutzen für Einzelne. 23 a w ö L l e a h c i M : s o t o F

Ländern wächst. Das heißt: Der Abstand wird immer größer. Jetzt helfen Sie mir doch einmal: Wel- che Partei hat in den vergangenen drei Jahren, von denen Sie sprechen, den Kanzler gestellt? Das ist, mit Verlaub, ein wenig billig. Mit Beginn der Regierungszeit begann auch der Ukraine- krieg. Und wir wissen inzwischen, dass sich für die Regierung drei Partner zusammengetan ha- ben, die nicht zusammenpassten. Das hat dazu beigetragen, dass insbesondere die letzten ein- einhalb Jahre dieser Regierung von vielen als quälend empfunden wurden. Wie lässt sich zu neuer Stärke finden? Wo soll ich da anfangen? Digitale Bildung in unseren Schulen, kontrollierte Zuwanderung und erfolgreiche Integration. Wir werden es schaffen müssen, unsere höchst erfolgreiche In- dustrie in ein neues Zeitalter zu führen. Für all das werden wir einen aktiven Staat benötigen. Da fallen mir zwei Nachrichten des Tages ein: Berlin streicht sechs Millionen Euro für Quantenförderung. Beim Thema Grüner Wasser- stoff drohen Deutschland und Europa die Tech- nologieführerschaft an China und die USA zu verlieren. Beschreiben diese zwei Zufallsmeldun- gen den zu passiven Staat, den Sie beklagen? Ich könnte weitere Beispiele hinzufügen. Es be- unruhigt mich sehr, dass die Forschungsmittel für Batterieentwicklung massiv zusammen- gestrichen worden sind. Und um in der Branche weiterzumachen, in der ich mich ganz gut aus- kenne: Man unterschätzt vielfach die Bedeu- tung, die unsere Automobilindustrie als wich- tigste Industriebranche auch für Forschung und Entwicklung in Deutschland hat. Wenn wir an der Forschung sparen, sparen wir an der Zu- kunft. Das können wir uns nicht leisten. Natür- lich muss manches kritisch überprüft werden, »Bei der Forschung würde ich persönlich nicht kürzen.« Stephan Weil weil wir als Staat offenkundig mit dem Geld nicht auskommen. Bei der Forschung würde ich persönlich nicht kürzen. Das ist ein Satz, den wir gerne hören. Sind wir damit bei der Schuldenbremse ange- kommen? Wir wollen ja keine Schulden um ihrer selbst willen machen. Ich will das nicht. Ich war zehn Jahre Stadtkämmerer und ich weiß: Es ist kein Spaß, Kredite aufzunehmen. Man muss sie verzinsen und man muss sie zurückzahlen. Andererseits haben wir riesigen Investitions- bedarf, den wir nur mit einem auch finanziell leistungsfähigeren Staat auflösen können. Und deshalb sehe ich in der Tat Reformbedarf bei der Schuldenbremse. Was macht Ihnen Hoffnung? Wir sind nach wie vor die drittgrößte Volks- wirtschaft der Welt. Wir sollten uns nicht kleiner machen, als wir sind. Wir haben sehr viele vor allem mittelständige Unternehmen, die nichts von ihrer Innovationskraft verloren haben. Aber bei einigen in der Wirtschaft Ver- antwortlichen gefällt mir die derzeitige Körper- sprache nicht. Mitunter hängen die Schultern zu weit nach unten. Ich wünschte mir einen geraden Rücken, eine sehr offene und ehrliche Diskussion und das Signal: Wir schaffen mehr. Fahren Sie privat noch Ihren alten Golf? Ja. Wir fahren einen Golf, der elf Jahre alt ist. Der will und will nicht kaputtgehen. Und meine Frau ist so zufrieden mit unserem Auto, dass ich mit meinen Versuchen, so langsam einen Wech- sel in Richtung Elektromobilität einzuleiten, noch nicht erfolgreich gewesen bin. Insofern unterscheidet sich unsere hausinterne Diskus- sion nicht von der in vielen anderen deutschen Familien. Sie zögern also nicht wegen Ihres Zweifels an der Elektromobilität. Sie zögern, weil die alte Karre einfach zu gut funktioniert. Zweifel? Im Gegenteil. Ich befasse mich ja durchaus intensiv mit der Sache. Und ich weiß, auch privat kann ein Elektrofahrzeug außer- ordentlich sinnvoll sein. Wir könnten dann auf die Garage eine schöne PV-Anlage setzen und unseren eigenen Strom laden. Das wäre umweltfreundlicher und wesentlich preis- günstiger. Wenn wir von Ihrem guten alten Golf zu den aktuellen Zahlen aus der Verkehrs- branche kommen: Ford kündigt an, 4000 Stellen abbauen zu wollen. Beim Autozulieferer Bosch geht es um 3500 Arbeitsplätze. Bei Volkswagen wird um drei Werke und 30 000 Beschäftigte 4 | 24 Weils Freude am Fahren Im Käfer, Jahrgang 1956, posieren Weil, der damalige Bundeswirt- schaftsminister Sigmar Gabriel (l.) und der VW-Vorstandsvorsitzen- de Martin Winterkorn (r.). Doch die Basis schwankt: 2015 beginnt für VW der Dieselskandal. Weils Leid beim Fahren Vom Abgasskandal 2015 bis zu drohenden Werks- schließungen 2025: VW ist in Niedersachsen auch immer politisch. Das Land hält 20 Prozent der Stimmrechte und hat damit eine Sperrmino- rität im Konzern mit 120 000 Beschäftigten in Volkswagen-Werken in Deutschland. Die Beteiligung geht zurück auf das VW-Gesetz von 1960. VW rüttelt den Ministerpräsidenten immer wieder durch. Sommer, Sonne, Strand und Stephan Sehr privat zeigt sich der Ministerpräsident gut geschützt mit Käppi im Nordseeheilbad Carolinensiel. Privates behält er gerne für sich. Außer einem: Der gläu - bige Katholik ist aus der Kirche ausgetreten – »weil mir das Verbot der Pille nicht gepasst hat«. 25 a p d e l l i a / m a d d a h g o m n a s s A n e s s h o M , n e s n e J r e n a R i , e k b ü L n e h c o J , y a M k n a r F , ) 2 ( n n a m e l l o H r e g o H l ; d p s . l i . e w n a h p e t s / m a r g a t s n @ a w ö L l , I e a h c i M : s o t o F

4 | 24 »Lust auf Zukunft!« Eine LED-Matrix lässt den Autoscheinwerfer zum Projektor werden: Für die Umsetzung dieser Idee hat der Bundespräsident ein Forscher-Team von Fraunhofer und ams OSRAM mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Von Josef Oskar Seitz B esser sehen, weniger blenden: Diesen Wunsch vieler Auto- fahrer gerade in der dunklen Jahreszeit bringt ein Forscher- Team von Fraunhofer und ams OSRAM der Wirklichkeit sehr viel näher. Und mehr noch: Tatsächlich lässt die neuartige LED-Matrix den Scheinwerfer zum Pro- jektor werden. Diese Lösung findet Bun- despräsident Frank-Walter Steinmeier so zukunftsweisend, dass er die Umsetzung dieser Idee mit dem Deutschen Zukunfts- preis 2024 auszeichnete. Der Deutsche Zukunftspreis für Tech- nik und Innovation ist der einzige Preis des Präsidenten der Bundesrepublik Deutschland. Er ist mit 250 000 Euro do- tiert und wird seit 1997 jährlich verliehen für »herausragende technische, ingenieur- und naturwissenschaftliche Leistungen, die zu anwendungsreifen Produkten füh- ren«. Für Fraunhofer ist dies bereits der 10. Deutsche Zukunftspreis. Er gilt als wich- tigster Innovationspreis Deutschlands. Kleiner, leichter, effizienter, intelligenter und präziser in der Lichtabstrahlung: Das sind die Kennzeichen der grundlegend neuen Lichttechnik, entwickelt von einem Experten-Team um Dr.-Ing. Hermann Oppermann, Fraunhofer-Institut für Zu- verlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin, und Dr. Norwin von Malm sowie Stefan Grötsch von ams OSRAM. Anders als herkömmliche Scheinwerfer verfügt die Neuentwicklung nicht nur über zwei Lichtquellen, sondern über 25 600 LEDs in einer Matrix aus 320 mal 80 Lichtpunk- ten. Jede einzelne LED lässt sich über ein digitales Signal ansteuern. Zusammen mit einer Optik entsteht so ein Scheinwerfer, der ähnlich wie ein Videoprojektor arbei- tet. Dadurch lässt sich das Licht nicht nur a s l e a M / N Ö H C S D L I B / s i e r p s t f n u k u Z r e h c s t u e D : o t o F optimal an die Erfordernisse anpassen und blendfrei für Entgegenkommende in seiner räumlichen Verteilung steuern. Es benötigt auch nur minimalen Bauraum und arbeitet hocheffizient: Anders als bei passiver Modulation wird nicht die volle Leistung abgeschattet, sondern tatsäch- lich nur das benötigte Licht erzeugt. Als zusätzliche Sicherheitskomponente haben sich ams OSRAM und Fraunhofer noch etwas Besonderes einfallen lassen: Die Lichtquelle kann Warnhinweise auf die Straße projizieren, um beispielsweise auf Gefahr durch Glatteis oder eine drohende Geisterfahrt aufmerksam zu machen. Die zukünftigen Anwendungsmöglich- keiten der digital steuerbaren LED-Matrix gehen über den Straßenverkehr weit hinaus – etwa für die optische Datenkommunika- tion zwischen Computerchips in Datenzen- tren für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz. Oder auch für Augmented Rea- lity (AR). Bei einer AR-Brille, die neben der realen Umgebung zusätzlich digitale Infor- mationen ins Gesichtsfeld einspiegelt, wird die Lichtmatrix zum virtuellen Monitor. »Sie machen Lust auf Zukunft!«, sagte Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier bei der Preisverleihung am 27. November in Berlin. Auch Fraunhofer-Präsident Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka würdigt die Leistung: »Das Team des Fraunhofer IZM hat eindrücklich das Engagement, die Kreativität sowie den Forscher- und Un- ternehmergeist bewiesen, der die Fraun- hofer-Gesellschaft auszeichnet und die Grundlage für unseren Erfolg ist.« Bei der Verleihung des Deutschen Zukunftspreises 2024 (v.l.): Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier, Markus Blume (Bayerns Staatsminister für Wissenschaft und Kunst), Dr. Norwin von Malm und Stefan Grötsch (ams OSRAM), Dr.-Ing. Hermann Oppermann (Fraunhofer IZM), Fraunhofer-Präsident Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka. 27

4 | 24 Sonne, Strand und – ganz viele Autos. Das Fahrzeug der Zukunft wird anders aussehen, aber das Bedürfnis nach individueller Mobilität wird bleiben. Aus dem Buch »Kleine Autos, Große Welt«, Verlag »Delius Fine Books«, Autor: Veit Golinski. 29

4 | 24 Schöne Karosse: Großgussteile aus Aluminium statt vieler Einzelbleche ermöglichen die umweltfreundliche Fertigung hochwertiger Karosserien. Flotter Flitzer: Weniger Regulierungen aus der Politik könnten die Innovationsgeschwindigkeit in Deutsch- land deutlich erhöhen. bauen sie sehr kostengünstige Autos. Die deutsche Industrie ist hier im Moment nicht wettbewerbs- fähig.« Ganz ähnlich sieht das Prof. Steffen Ihlenfeldt, Sprecher der Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduk- tion: »Fluktuierende Märkte und steigende Anforde- rungen an die ökologische Nachhaltigkeit stellen insbesondere die Produktion vor neue Herausforde- rungen.« Er fordert eine »höhere Innovationsgeschwin- digkeit sowohl der Produkte als auch der Produktion in Deutschland«. Laut Bauernhansl bremsen Regulierungen der Politik kreative Lösungen. Als Beispiel nennt er die Sicherheitstechnik in selbstfahrenden Autos. »Auch wenn das Auto autonom fährt, schreibt die Regulie- rung vor, dass man als Fahrer oder Fahrerin die Hän- de immer am Lenkrad halten muss, sonst gibt es einen Warnton. Ohne diese Regulierung würden Hersteller innovative Lösungen finden, wie etwa eine Innenraumkamera, die den Menschen beobachtet und erst dann warnt, wenn er zu lange nicht nach vorne geschaut hat.« Für solche und andere Nachhaltige Karosseriekonzepte: Effizientere Prozesse und Technologien für den nachhaltigen Bau hochwerti- ger Karosserien für Elektrofahrzeuge – für dieses Ziel ha- ben sich acht Fraunhofer-Institute zusammengeschlos- sen. Zum Einsatz kommen sollen beispielsweise hoch integrierte Großgussteile aus Aluminium anstelle vieler Einzelbleche. Zudem arbeiten die Forschungsteams an Verbesserungen bei Reparaturfähigkeit und Crashsicher- heit.»Bei Elektrofahrzeugen ist die Karosserie nach der Batteriefertigung der zweitschlimmste Emissionstreiber von CO2. Da Nachhaltigkeit den Einbezug des ganzen Lebenszyklus erfordert, arbeiten wir an ganzheitlichen Lösungsansätzen und Methoden zur Bewertung und Entwicklung nachhaltiger Karosseriekonzepte«, sagt Prof. Stephan Krinke, Abteilungsleiter Nachhaltigkeits- management und Life Cycle Engineering am Fraunhofer- In stitut für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Modulare Produktion mit Open-Source-Faktor: Eine intelligent agierende Fertigung mit flexibel einsetz- baren Robotern und Maschinen, die für jeden Auftrag individuell geplant werden können: Das ist das Ziel der Produktionsarchitektur SWAP-IT. Das softwarebasier- te Konzept vereint Automatisierung, Vernetzung und Flexibilisierung von Produktionsmitteln und soll bei- tragen, die Herstellung zu modularisieren. Das erleich- tert auch die Fertigung kleiner Stückzahlen. Herzstück von SWAP-IT ist eine Beschreibungsspra- che für Maschinen, Prozesse und Produkte, in der das Produktionssystem autonom Aufträge an die einzelnen Maschinen oder Roboter gibt. Zehn Fraunhofer-Institu- te bündelten ihr Know-how im Leitprojekt SWAP, des- sen Ergebnisse nun als Open Source verfügbar sind. Viele Akteure der Fertigungsbranche können so eigene Szenarien gestalten und zukünftig modular fertigen. z e B r e n a R / A P i I r e f o h n u a r F : l s n a h n r e u a B o t o F Weitere Informationen: CombiPower https://s.fhg.de/ combipower Karosseriekonzepte https://s.fhg.de/ karosserie Modulare Produktion https://s.fhg.de/swapit 31

Schon heute werden in Autos 50 bis 100 kleine Rechner- einheiten verbaut. Effiziente Fertigung für das individuelle Auto Neben der Batterietechnik liegt in der Fertigung der Weg zum Erfolg. Ein zukunftsweisendes Konzept ist die modulare Produktion. Sie könnte die in die Jahre gekomme- ne Plattform-Bauweise ablösen. Die Produktionsarchi- tektur SWAP-IT sieht vor, dass die Fertigung weitge- hend automatisiert mit flexibel einsetzbaren Robotern und Maschinen erfolgt. Diesen werden für jeden Auf- trag einzelne Montage-Jobs zugeteilt. Die Ergebnisse sind Open-Source-verfügbar. Damit können viele Ak- teure der Fertigungsbranche eigene Szenarien für mit flüssigem Elektrolyt. Mehr Sicherheit, niedrigeres Gewicht und höhere Reichweiten sind die Vorteile. An einer möglichst schnellen und automatisierten Produktion der komplexen Brennstoffzellen durch Roboter arbeiten Fraunhofer-Forschende im Projekt H2FastCell. Im Projekt COOLBat optimieren Expertinnen und Experten das Ak- kugehäuse. Durch Nutzung spe- zieller Kunststoffe und cleverer Strukturen im Gehäuse wird die Batterie leichter und leitet Hitze zü- gig ab. Außerdem ist der Batterie- kern beim Unfall besser geschützt. Eine ebenso überraschende wie naheliegende Idee steckt im Projekt CombiPower. Ein bidirektionales Lade- und Antriebsmodul sorgt dafür, dass der Akku eines E-Autos nicht nur zügig aufgeladen wird, sondern nicht benötigte Energie in das Stromnetz zurückgibt. Früher waren Autos Stand-alone-Maschi- nen. In Zukunft könnten sie inte- graler Teil der Strom- und Energienetze sein und ih- ren Teil dazu beitragen, das Stromnetz zu stabilisieren, etwa wenn Lastspitzen auftreten. Beim viel diskutierten öffentlichen Ladenetz geht es nicht nur darum, möglichst schnell möglichst viele Ladestationen aufzustellen. Hier hofft der Auto-Exper- te Rausch, dass in Zukunft immer mehr Unternehmen PEM-Brennstoffzellen – leicht und leistungsstark: Einige Fraunhofer-Institute beschäftigen sich mit PEM- Brennstoffzellen (Protonen-Austausch-Membran) für eine nachhaltige Mobilität. Diese sind wegen ihrer ho- hen Leistungsdichte und kompakten Bauweise gut für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet. Hier steht bei- spielsweise die Produktion von Membranelektroden- einheiten (MEA) im Fokus. In der MEA findet die Um- wandlung von Wasserstoff zu Strom, Wärme und Produktwasser statt. Besonders aktiv sind hier die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraun- hofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. 4 | 24 Ladestationen auf dem Firmenparkplatz installieren. Bei Dienstschluss ist der Akku wieder voll. Auf Park- plätzen von Einkaufszentren oder Supermärkten wä- re eine Schnellladestation ein schöner Service. Ebenfalls gefragt: mehr Komfort beim Aufladen. Beim Einstöpseln des Ladekabels meldet das Smart- phone den Wagen automatisch an. Wenn der Akku aufgeladen ist, er- hält die Autobesitzerin oder der Autobesitzer via App eine Nachricht. »All diese Lösungen werden da- zu beitragen, dass die Menschen die Angst verlieren, sie könnten auf halber Strecke mit leerem Akku stehen bleiben«, hofft Rausch. Weitere Informationen: PEM-Brennstoffzellen https://s.fhg.de/ pem-wasserstoff Brennstoffzellen schnell produziert https://s.fhg.de/fastcell Brennstoffzellen schnell produziert: Ein For- schungsteam vom Fraunhofer-Institut für Produk- tionstechnik und Automatisierung IPA hat gemeinsam mit dem Campus Schwarzwald im Projekt H2FastCell eine Roboterzelle entwickelt, die Brennstoffzellen automatisiert und sehr schnell herstellt. Ein Roboter nimmt die Bipolarplatten vom Fließband auf und legt sie auf einem Stapel (Stack) ab. Ein zweiter Roboter stapelt Membran-Elektrodeneinheiten. Ein Stack mit 400 Brennstoffzellen ist nach 13 Minuten fertig. Ka- meras, die die Abmessungen und die Beschaffenheit der Bipolarplatten scannen, gewährleisten Qualität und hohe Präzision der Herstellung. Die Technologie ermöglicht so die effiziente Massenproduktion von Brennstoffzellen insbesondere für den Schwerlast- verkehr. 33

4 | 24 Fahrfreude: Intelligente Fahrzeuge mit coolen Designs und individuellen Innenraumkonzepten sollen den Spaß am Fahren zurückbringen. Wenn das Auto das Hören übernimmt: Beim auto- nomen Fahren haben die Insassen Zeit für Arbeit, Ent- spannung oder Entertainment. Gleichzeitig gewinnt die akustische Interaktion zwischen Mensch und Fahr- zeug an Bedeutung. Das Fraunhofer-Institut für Digi- tale Medientechnologie IDMT bietet mit SpatialSound Wave eine 3D-Audiotechnologie, die Lösungen für Entertainment, Fahrsicherheit und akustische Mensch- Maschine-Interaktion umfasst. Diese zentrale Audio- plattform ermöglicht ein ganzheitliches Sound- management im Fahrzeug und die Steuerung aller audiofähigen Funktionen. Dadurch entsteht eine 360-Grad-Wahrnehmung der Fahrzeugumgebung. Gefahren wie eine herannahende Bahn oder ein Fahr- zeug im toten Winkel werden in Echtzeit und räumlich exakt als Audioobjekte wiedergegeben. Nähert sich beispielsweise eine Bahn von links hinten, dann ertönt links hinten im Fahrzeug das Geräusch der Bahn. DressMAN: Behaglich fahren – auch im Winter: Ein thermisch komfortables Innenraumklima und die damit verbundenen behaglichen Temperaturen sind für das Wohlbefinden der Insassen und für die Sicher- heit beim Fahren gut und wichtig. Doch die für die Heiz- und Kühlvorgänge nötige Energie kann gerade bei E-Autos die Reichweite verringern. Mit der am Fraunhofer- Institut für Bauphysik IBP entwickelten Messpuppe DressMAN können die thermischen Randbedingungen im Auto und das Komfortempfin- den des Menschen erfasst werden. Daraus entwickeln die Forschenden thermische Komfortmodelle sowie Heiz- und Kühlkonzepte für den Innenraum. M A F I r e f o h n u a r F : h c s u a R o t o F Weitere Informationen: Auto übernimmt Hören https://s.fhg.de/spatial DressMAN https://s.fhg.de/car-climate 35

4 | 24 Nach dem Crashtest: Dummies zeigen, wie sicher ein Fahrzeug ist. Kotflügel, sondern innere Trägerstruk- turen oder Airbags. Sie nehmen die Ener- gie des Aufpralls auf, sind aber im Inne- ren des Autos verborgen«, erklärt der Physiker. »Dank unserer Röntgentechnik bekommen wir hier einen Einblick – und sehen so, was genau im Moment eines Unfalls abläuft.« Für den Versuch im Crashzentrum bringen die Forschenden oberhalb des Au- todachs eine Röntgenquelle an, einen spe- ziell modifizierten Linearbeschleuniger. Auf dem Boden unterhalb des Fahrzeugs befindet sich ein Röntgendetektor, den das Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer-Instituts für Integ- rierte Schaltungen IIS bereitstellt. Er nimmt die Bilder auf – und zeigt nicht nur, was dem Dummy während des Versuchs widerfährt, sondern auch, wie es dazu ge- kommen ist. können Entwicklern der Fahrzeugherstel- ler bei der Auslegung der Fahrzeugstruk- tur sowie Crashsimulationen helfen. »Unsere Messmethode gibt uns Antwor- ten auf besonders schwer zu beobachten- de Fragestellungen«, so Kurfiß. »Neben dem Dummy beobachten wir auch, was mechanisch mit den Schutzstrukturen passiert bei einem Aufprall.« Dank der Röntgenbilder lässt sich etwa detailliert feststellen, wie sich die Wagen- tür bei einem Unfall verschiebt – welche Türstruktur also an welcher Position in den Innenraum eindringt und so zu einer erhöhten Gefährdung führen könnte, bei- spielsweise für die Beine oder den Brust- korb der Insassen. Diese Informationen Neben Mercedes-Benz setzen bereits weitere Autohersteller auf den Röntgen- Crashtest des Fraunhofer EMI. Aktuell fei- len Malte Kurfiß und sein Team an präzi- sen 3D-Messungen. Auch der E-Mobilität widmen sich die Forschenden und beob- achten, wie sich Batterien bei einem Auf- prall verhalten. Die Technologie begeistert Malte Kur- fiß: »Verkehr ist ein wichtiges Grundbe- dürfnis unserer Gesellschaft. Es fasziniert mich, mit unserem Test möglichst viele Informationen bereitzustellen, Simulatio- nen zu optimieren – und damit zur Unfall- sicherheit beitragen zu können.« 37 G A z n e B - s e d e c r e M : o t o F

4 | 24 39

4 | 24 »Herausstechend ist aber wirklich diese starke Wirksamkeit gegen MRSA.« Dr. Tim Lüddecke, Fraunhofer IME Das Gift in den Scheren des Bücherskorpions lähmt Beutetiere – und kann auch gefährliche Krankenhaus- keime außer Gefecht setzen, entdeckte Dr. Tim Lüddecke. 41

4 | 24 dementsprechend keine in der EU oder den USA zugelas- senen Phagen-Medikamente. Nachdem in den USA 1943 ein Weg gefunden worden war, Penicillin in großen Men- gen zu produzieren, setzte der Westen auf Antibiotika. Denn im Vergleich zu Phagen sind Antibiotika der klinisch einfachere und erfolgversprechendere Weg: Sie wirken breit gegen Bakterien, während Phagen wählerisch sind. Sie infizieren nur bestimmte Stämme einer Bakterienart. Um passende Phagen auswählen zu können, muss daher vor Therapiebeginn genau abgeklärt werden, welcher Er- reger die Infektion verursacht. Im Unterschied zu Anti- biotika kann die Behandlung nicht bereits auf Verdacht ge- startet werden. Das ist um- ständlicher und teurer, aber gleichzeitig auch ein Vorteil: Phagen verschonen die gesun- den Bakterien im menschlichen Mikrobiom, die von Antibioti- ka unterschiedslos attackiert werden, was oft Nebenwirkun- gen von Durchfall bis zur Schwächung des Immunsys- tems zur Folge hat. »Die Herstellung von Phagen ist anspruchsvoll, denn Phage ist nicht gleich Phage.« Dr. Sarah Wienecke, Fraunhofer ITEM chemische Analyse zusammenhatten, dauerte es ewig. Aber glücklicherweise mussten wir diese Prozedur nur einmal machen.« Denn sobald der Giftcocktail aufge- schlüsselt ist, kann man ihn chemisch-synthetisch oder biotechnologisch herstellen. Lüddecke: »Das gilt nicht nur für das Gift des Bücherskorpions, sondern für alle Tiergifte, mit denen wir arbeiten.« Diese sind in der Regel komplexe Gemische aus vielen verschiedenen Toxinen. »Es gibt Spinnen, deren Gift aus bis zu 3000 einzelnen Stoffen besteht«, begeistert sich Lüddecke. Auch der klei- ne Bücherskorpion gehört zu den Spinnentieren. Sein Gift enthält zwar nicht ganz so viele Wirkstoffe, jedoch einen, der es in sich hat: Checacin haben Lüddecke und sein Team das Toxin getauft, das hochwirksam gegen MRSA ist. Es attackiert auch andere häufige Krankenhauskeime wie E. coli oder Pseudomonas aeruginosa und ei- nige pathogene Pilze wie Candida. Lüddecke: »Herausstechend ist aber wirklich diese starke Wirksamkeit gegen MRSA.« Noch stehen er und sein Team am Anfang ihrer Forschung, die genauen Eigenschaften und Wirk- mechanismen von Checacin sind unklar. Lüddecke: »Bevor das Toxin als Arzneimittelwirk- stoff in Betracht kommen kann, müssen wir beispiels- weise untersuchen, ob die Moleküle im Blutserum stabil bleiben oder schnell zerfallen.« Für diesen Fall scheide der Einsatz als Antibiotikum aus. Schneller umsetzbar, weil mit weniger Hürden, Zeit- und Kostenaufwand ver- bunden, sei zunächst die Verwendung in antimikrobiel- len Beschichtungen, denn MRSA wird häufig über me- dizinische Instrumente und Geräte übertragen. So ließe sich insbesondere die Infektionsgefahr von immunge- schwächten Patientinnen und Patienten im Krankenhaus mit dem gefährlichen Bakterium eindämmen. Viren, die Bakterien töten Hat eine Infektion bereits stattgefunden, steht eine an- dere vielversprechende Therapieoption gegen MRSA und andere Problemerreger bereit: Bakteriophagen, zu Deutsch »Bakterienfresser«. Die Viren, die Bakterien als Wirte nutzen, sich in ihnen vermehren und sie so zum Platzen bringen, will ein Team am Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in die pharmazeutische Anwendung bringen. Obwohl die Phagentherapie bereits seit mehr als 100 Jahren existiert und in Russland und Osteuropa verbrei- tet ist, gibt es bisher keine Studien, die ihre klinische Wirk- samkeit wissenschaftlich gesichert nachweisen – und In der georgischen Haupt- stadt Tiflis befindet sich am Georgi-Eliava-Institut, gegrün- det 1923, die größte Phagensammlung der Welt. Hier lan- den viele Anfragen von Patientinnen und Patienten, de- nen Antibiotika nicht mehr helfen können. Die Therapie ist ihre letzte Hoffnung. Die Phagen, die sie erhalten, ent- sprechen jedoch nicht den Sicherheits- und Qualitätsan- forderungen des europäischen Arzneimittelrechts. Die Behandlung ist entsprechend riskant. Phagen-Cocktails sicher produzieren An sicheren Alternativen arbeiten Forscherinnen am Fraunhofer ITEM. Im Projekt Phage4Cure wollen sie gemeinsam mit dem Leibniz-Institut DSMZ – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH und der Charité Berlin die Wirksamkeit der Pha- gen-Therapie belegen und erstmalig in der EU ein Phagen- Arzneimittel auf den Markt bringen. Der Cocktail aus drei verschiedenen Phagen wirkt gegen Bakterien der Art Pseudomonas aeruginosa, die häufig die Lunge befallen und hier für schwere Entzün- dungen sorgen. Die meisten Stämme sind gegen eine Viel- zahl von Antibiotika resistent. Dr. Sarah Wienecke und Dr. Imke Korf, Expertinnen für biotechnologische Pro- duktionsverfahren und Phagenbiologie, gelang am Braun- schweiger Standort des Fraunhofer ITEM ein Durchbruch: Sie identifizierten nicht nur Phagen mit therapeutischem Potenzial, sondern stellten den Phagen-Cocktail auch 43

4 | 24 Dr. Belinda Loh geht in Kläranlagen auf Phagen-Jagd – mit Erfolg. Ihre Sammlung am Fraunhofer IZI umfasst inzwischen 200 unterschiedliche Phagen. Rund die Hälfte ist gegen Klebsiella pneumoniae wirksam, einem gefürchteten Krankenhauskeim (orange eingefärbt). 45

/ r e g r e B n e g r ü J , I R N C , ) 2 ( s e t a i c o s s A o t o h p o B i , r e n s s i e m h c s G e v e t S , H O N I , ) 3 ( l e k n u K s i n n e D l : s u a e b a T / s o t o F y r a r b i L o t o h P e c n e i c S e l l a 4 | 24 Antibiotika sind nicht lukrativ. Die Preise sind niedrig, die Entwicklungskosten hoch. »Eigentlich müssten wir in der Lage sein, dieser schleichenden Pandemie, wie es der frühere Präsident des Robert Koch-Instituts Lothar Wieler einmal formuliert hat, mehr entgegenzusetzen«, sagt Dr. Dorothee Winterberg vom Fraunhofer ITEM. Es gebe zwar zahlreiche Forschungsinitiativen, aber leider zu wenig Geld. Winterberg seufzt: »Das macht einen manchmal ver- rückt.« Ähnlich sieht das Prof. Till Schäberle vom Fraun- hofer IME. »Der Markt wird es nicht richten, das muss staatlich gesteuert werden«, ergänzt er. Er setzt Hoffnun- gen auf große, global agierende Förderinitiativen wie CARB- X, die unter anderem von der Bill & Melinda Gates Foun- dation, der US-amerikanischen und kanadischen Regierung sowie dem deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird. Schäberle ist überzeugt: »Es ist nötig und daher wird sich auch etwas tun.« Emily Mattig forscht am Fraunhofer IZI-BB an Diagnostiksystemen, die lebensbedrohliche Erreger wie Pseudomo- nas aeruginosa (in Blau) und Resistenzen rasch erkennen. hofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisie- rung IPA in Stuttgart hatte zu diesem Zweck eine einfache, aber sehr effektive Idee, die bereits erfolgreich in zwei Kliniken getestet wurde: antimikrobielle Wandfarbe, die Bakterien und Viren zuverlässig abtötet. Dr. Christina Bauder, Teamleiterin Lackchemische Anwendungstech- nik: »Wir haben der Farbe photokatalytisch aktive Pig- mente beigemischt. Durch Tageslicht oder künstliche Raumbeleuchtung werden sie aktiviert und bilden Radi- kale, die mit den Keimoberflächen reagieren und sie so zerstören.« Dafür müssen die Erreger noch nicht einmal mit der Wandfläche direkten Kontakt haben – es reicht, wenn sie durch die Luftzirkulation in die unmittelbare Nähe kommen. »Das Schöne an unserer Methode ist: Die chemische Reaktion läuft endlos weiter, der Photokata- lysator wird nicht verbraucht«, unterstreicht Bauder. Denn er nutzt den Sauerstoff und das Wasser aus der Raumluft, um die für Menschen ungefährlichen Radikale zu erzeu- gen. So behält die Wandfarbe dauerhaft ihre Wirksamkeit – im Unterschied zu anderen antimikrobiellen Beschich- tungen, die nach und nach Stoffe abgeben, um die Keime abzutöten. Bauder: »Wenn diese Substanzen aufgebraucht sind, ist der Schutz nicht mehr gegeben. Das kann bei uns nicht passieren. Sogar im Dunkeln hat unser Photokata- lysator eine Restaktivität, die mindestens 24 Stunden anhält.« Die Ergebnisse der Feldversuche in der Ober- schwabenklinik in Ravensburg und im Kantonsspital Graubünden in Chur sind beeindruckend: Die Farbe war hochwirksam, die Abstrichproben, die die Forschenden von den Wänden nahmen, waren nahezu keimfrei. Trotz aller Lösungsansätze bleibt die Antibiotikakrise hochgefährlich, denn es gibt ein besonderes Problem: erklärt Mattig. Gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen ist es ihr gelungen, modifizierte Sonden auch für Resistenzen zu entwickeln: »Bei Resistenzen reicht es nicht, nur das Gen nachzuweisen. Es kommt auf spezifische Punktmutationen an, die sich in dem Gen befinden. Aber auch die können wir identifizieren.« Dabei ist das Microarray winzig. Auf einer Fläche von etwa drei Quadratzentimetern finden 5000 Sonden Platz. Das komplette Diagnostiksystem ließe sich problemlos im Behandlungszimmer einer Klinik unter- bringen. So könnte man sich den zeitraubenden Weg über externe Labore zukünftig sparen. 47

4 | 24 »Der ange- strebte Einsatzbe- reich sind öffentliche Räume mit hohem Personenauf- kommen.« Patrick Wallrath, Fraunhofer FHR Unbeschwerte Weih- nachtszeit: Dafür müssen auch Christmärkte (Foto: Striezelmarkt in Dresden) abgesichert werden. 49 Y B - L M D / t r a g n e W n a i i t s a b e S : o t o F

4 | 24 über die Präsentation im Museum oder im Internet hinaus für wissenschaftliche Analysen und Simulationen verwendet werden. Auch das Handling des Systems wur- de denkbar einfach gestaltet. Domajnko: »Der Kurator muss lediglich das Objekt platzieren. Das System lernt dann auto- matisch die wichtigsten Parameter des Objekts, also etwa Größe und Form, sodass der Arm beim Scan das Kunstwerk nicht versehentlich zerstört.« Dadurch ist das Museumspersonal bereits nach einer kur- zen Schulung in der Lage, den CultArm3D zu bedienen. Die digitale Transformation in den Mu- seen und Instituten hat erst begonnen, es gibt noch viel zu tun. Daher begeisterten sich die drei Forscher schnell für die Idee, die Technologie als Spin-off des Fraun hofer IGD voranzutreiben und auf den Markt zu bringen. 2023 gründete das Wissenschafts- trio das Start-up Verus Digital mit Do- majnko als CEO, Reimar Tausch als VP Engineering und Martin Schurig als COO. Inzwischen ist das Team auf acht Mitarbei- ter angewachsen, auch weil das Einsatz- gebiet von CultArm3D ausgeweitet wurde auf die Forensik. Für Geschäftsführer Do- majnko ein logischer Skalierungsschritt: »Bei Funden von Verdächtigen oder Tat- orten geht es um die maximal präzise und konsistente digitale Dokumentation der potenziellen Beweismittel, die gegebenen- falls auch vor Gericht standhalten muss. Den Kriminalbeamten und -beamtinnen bietet das 3D-Modell die Möglichkeit der Simulation, ohne dafür das reale Objekt nutzen zu müssen.« Aktuell arbeitet Verus Digital hier mit der Polizei Hessen zusam- men, die ihre Asservatenkammer mit der CultArm3D-Technologie für effiziente Ana- lysen und eine bessere Präsentation digi- talisieren will. Eine Ausweitung der Sys- temnutzung für die Landeskriminalämter sowie das BKA ist bereits angedacht. Die starke Verbindung zu Fraunhofer bleibt Hilfe für die Gründungs- und Startphase von Verus Digital holte sich das Team im Fraunhofer-Programm AHEAD, das als eine Art Business-Inkubator Geschäfts- modelle validiert und potenzielle Entre- preneure aus der Forschung mit Work- shops und Coachings auf das »Überleben« in der freien Wirtschaft vorbereitet. Auch die Expertise von Fraunhofer Venture, dem Ausgründungs- und Beteiligungs- management der Fraunhofer-Gesellschaft, war den Business-Neulingen sehr wich- tig. Das Fraunhofer IGD ist von Beginn an Shareholder des Start-ups und unterstützt bei der Weiterentwicklung der Technolo- gie: »Die Connection zu Fraunhofer ist nach wie vor sehr stark«, so Domajnko. Zusammen mit zwei externen Business Angels haben die jungen Gründer bereits neue Anwendungsfelder detektiert, etwa die Kooperation mit geologischen Institu- ten für die Digitalisierung von Gesteins- formationen. Oder aber die Arbeit für Auktionshäuser, die ihrer weltweiten Kundschaft dadurch einen detaillierten Blick auf die Ware ermöglichen können. Auch der 3D-Druck von Kunstwerken und Gemälden ist interessant, da CultArm3D nicht nur Formen, sondern auch Farben präzise scannen und verarbeiten kann. Matevz Domajnko zeigt ein dreidimensio- nal gedrucktes Gemälde, bei dem jeder einzelne Pinselstrich erkennbar ist: »Man sieht keinerlei Unterschied zum Original!« Vorerst aber sollen bei Verus Digital die Schwerpunkte »Heritage« und »Foren- sik« im Zentrum stehen: »Unser Ziel für 2025 ist, die Technologie in diesen Feldern weiterzuentwickeln, hier Standards zu set- zen und uns als globale Nummer eins zu etablieren«, fasst Domajnko zusammen. Es soll etwas Ruhe in den Alltag kommen, denn die Jahre seit dem Aufkeimen der Gründungsidee wirken auf den CEO rück- blickend wie eine Achterbahn: »In zwei Tagen ereignete sich oft so viel wie davor in zwei Monaten.« Seine wichtigste Bot- schaft an andere Entrepreneure – bei einer guten Geschäftsidee nicht lange zaudern, sondern einfach durchstarten: »Je länger man auf die perfekten Rahmenbedingun- gen wartet, desto größer ist die Wahr- scheinlichkeit, dass man das Zeitfenster verpasst.« 51 Sehenswert: Digitale Ergebnisse des CultArm3D in Aktion finden Sie in diesem Video. »Unser Ziel für 2025 ist, die Technologie weiterzuentwickeln, Standards zu setzen und uns als globale Nummer eins zu etablieren.« Matevz Domajnko, CEO Verus Digital l i a t i g D s u r e V : o t o F

E rinnern Sie sich an große staat- lich induzierte Erfindungen oder Errungenschaften? Ja, sicher, es gab sie – zum Beispiel die von den USA unter Präsident Kennedy angestrebte und dann schließlich auch erreichte Mond- landung. Ein großer Wurf, der in unglaublich vielen Feldern Fortschritt und Grundlagen ge- schaffen hat. Aber letztendlich sind erfolgrei- che Wissenschaftsprojekte, bei denen der Staat die Richtung vorgibt, sehr selten. Zu oft dienen sie nur kurzfristigen politischen Zielen oder dem Prestige. Auch die Mondlandung war, trotz der unglaublichen Katalysatorleistung für unzählige Wirtschaftszweige, ein Projekt mit Hintergedanken. Das schnelle Ende der auskömmlichen Finanzierung der NASA nach dem Sieg im »Space Race« spricht hier Bände. Aber wie viele Innovationen kommen da- gegen von privat startenden Erfindern, Tüftlern, Ingenieuren, Freigeistern? Wie viel mehr könnten es gerade bei uns in Deutsch- land sein, wenn nicht alles von vornherein staatlich vorgegeben würde? Wie oft höre ich von Familienunternehmern, dass die PV-An- lage nicht aufs Dach kann, weil sie zu groß ist, weil das Netz nicht ausreicht, weil rechtliche Hemmnisse sie unwirtschaftlich machen. Wie oft stehen staatliche Regularien im Weg? Wie oft fehlt das Eigenkapital für Wag- nisse, weil die Steuerlast in Deutschland im internationalen Wettbewerb so hoch ist, dass nur Ersatzinvestitionen möglich sind und kei- ne Erweiterungsinvestitionen. Laut einer Um- frage unter Familienunternehmern wollen bzw. können nur noch 18 Prozent ihr Unternehmen durch Investitionen erweitern. 49 Prozent der Unternehmen wollen gar keine Investitionen tätigen, nicht einmal Ersatzinvestitionen. Ich lese die neuesten Meldungen über das US-amerikanische Raketensystem Starship via Google News auf meinem iPhone und ver- fasse in Microsoft Word Gastbeiträge dazu – und frage mich: Wo sind eigentlich die deut- schen Musks, Pages, Brims, Jobs´ und Gates´? Wo sind unsere deutschen Genies und wirt- schaftlichen Einhörner? Es gibt sie sicherlich, denn unser Land ist ja zu Recht berühmt für seinen Erfindergeist. Aber werden sie hier auch erfolgreich? Nein, weil bei uns die Rahmen- bedingungen nicht stimmen. Eine private Finanzierung mit Risikoka- pital – genau das, was für Innovationen nötig ist – finden die wenigsten. Denn in Deutsch- »Wir brauchen ein Steuersystem, das Mut akzep- tiert und auch Gewinne nicht bestraft.« Marie-Christine Ostermann ist seit 2015 Gesellschaf- terin der Startup Teens GmbH und stellvertreten- de Vereinsvorsitzende des STARTUP TEENS Netzwerk e.V., der junge Menschen für das Unternehmertum begeistern will. trat 2013 in die FDP ein und wurde im selben Jahr Präsidiumsmitglied des Verbands »Die Familien- unternehmer e.V.«; seit April 2023 ist sie dessen Präsidentin – die erste Frau in dieser Position seit Gründung der Lobbyorga- nisation vor 75 Jahren. war zunächst als Bereichs- leiterin bei Aldi Süd in München tätig, bevor sie 2006 bei dem von ihrem Urgroßvater 1923 gegrün- deten Lebensmittelgroß- handel Rullko Großeinkauf GmbH & Co. KG als ge- schäftsführende Gesell- schafterin einstieg. wurde 1978 in Hamm ge- boren. Nach dem Abitur absolvierte sie von 1997 bis 1999 eine Ausbildung zur Bankkauffrau, studierte anschließend Betriebswirt- schaftslehre an der Univer- sität St. Gallen und machte 2004 ihren Abschluss als Diplomkauffrau. 4 | 24 land ist mutiges unternehmerisches Risiko immer verdächtig, weshalb auch privates Ka- pital als Ressource von deutschen Politikern abschätzig oder zumindest gierig betrachtet wird. Wenn überhaupt muss es aus Sicht der um sich greifenden Staatsgläubigkeit besteu- ert werden. Aber privat eingesetzt? Um Erfolg zu haben? Womöglich noch, um Geld zu ver- dienen? Schockschwerenot. Also gehen die deutschen Stars von morgen doch lieber dort- hin, wo sie Chancen haben: ins Ausland. Auch die »alteingesessenen« Familienun- ternehmer würden gern mehr wagen, haben aber die gleichen Probleme wie die Start-ups. Wir haben in Deutschland hohe Lohnneben- kosten – von denen bei meinen Mitarbeitern leider netto viel weniger ankommt –, hohe Energiekosten, hohe Steuerlasten, wahnsinnig hohe Bürokratiekosten, eine lahmende Digi- talisierung, eine ineffiziente Verwaltung. Von der Rendite des eingesetzten Kapitals halten wir trotz all dieser Kosten unsere Be- triebe am Laufen. Wir Unternehmerinnen und Unternehmer investieren, was wir können, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Aber viel bleibt dann nicht übrig, um mal ins Risiko zu gehen und einfach etwas auszuprobieren und womöglich auch zu scheitern. Und vieles, was man ausprobieren möchte, stößt dann auch noch auf bürokratische Hürden. Schon allein unser Arbeitsrecht ist derart restriktiv, dass wir Unternehmer Angst haben müssen, wenn vielleicht ein paar leidenschaftliche Mitarbei- ter noch nach Feierabend an einer pfiffigen Idee basteln wollen. So bringen wir keine In- novationen hervor! Statt Verzagtheit brauchen wir Zuversicht und Freiheit. Freiheit, um zu wirtschaften und Eigenkapital anzusammeln und um eine Idee oder einen Versuch wagen zu können. Wir brauchen ein Steuersystem, das Mut akzep- tiert, Investitionen und Verlustphasen geltend werden lässt und auch Gewinne nicht bestraft. Denn wer keine Aussicht auf Gewinn hat, der investiert nicht – auch nicht in Innovationen. Vor allem aber brauchen wir eine neue Mentalität. Eine Gesellschaft, die ein Scheitern nicht verurteilt, sondern die anerkennt, die etwas versuchen. Wir brauchen einen Staat, der die Freigeister, Ingenieure und Unterneh- mer machen und ausprobieren lässt, statt sich anzumaßen, es besser zu wissen, oder vorzu- geben, wie die Zukunft auszusehen hat. Inno- vation braucht Freiheit – auf allen Ebenen. 53 . . V e r e m h e n r e t n u n e i l i i m a F e D / n n a m ß o r G e n n A : o t o F

Absolut steril: Um Krebs- arten wie Leukämie effizient zu bekämpfen, kommt die sogenannte CAR­T­Zell­ therapie zum Einsatz. wird ihre Hülle erhitzt – und tötet so mög- liche Keime ab. Ist die Nadel anschließend wieder ab- gekühlt, wird das Gefäß gedreht. Darauf- hin lassen sich die Reagenzien mit Unter- druck durch die Nadel entnehmen. So können immer wieder unterschiedliche Substanzen hinzugefügt werden, die für die Modifikation der körpereigenen Zellen nötig sind. Ist die Kultivierung abgeschlos- sen und sind die veränderten Zellen auf- bereitet, landen sie im Schlauchsystem – und können später dem Patienten zugeführt werden. Aktuell feilen Pfeifer, Rösch und Schan- dar an der Produktion der Nadel und ihrer Umhüllung; deren Material muss nicht nur biologisch verträglich, sondern auch in- duktiv erhitzbar sein. Einen Demonstrator der Technologie gibt es schon, ihre Funk- tionalität haben die Fraunhofer-Forschen- den damit bereits bewiesen. Die Chancen, die die Technologie für diverse Behandlungsmethoden künftig bieten kann, stimmen die Wissenschaftler optimistisch: »Perspektivisch ist es mög- lich, derzeit unheilbare Krankheiten zu heilen«, so Michael Pfeifer. »Es motiviert uns sehr, wenn wir dazu etwas beitragen können.« Auch Richard Rösch freut sich, das Pro- jekt voranzutreiben: »Der Markt ist noch offen, es gibt bisher keinen Produktions- standard. Es macht Spaß, in diesem Be- reich Pionierarbeit zu leisten.« 4 | 24 55 y r a r b i L o t o h P e c n e i c S / e g a m I k e T : o t o F

4 | 24 Am Ende verschlungener Atemwege sitzen mehr als 300 Millionen Lungen- bläschen. e l r e b ä H a v E : o t o F Überlebensnotwen- dig: Über verästelte Blutbahnen versorgt die Lunge das Blut mit Sauerstoff. 57

Wie rechtssicher also ist ein Vertrag, der von Künst- licher Intelligenz statt von menschlichen Mitarbei- tenden unterzeichnet wurde? Hält er einer gericht- lichen Auseinandersetzung stand? Mit diesen Fragen befassten sich wissenschaftlich auch Forschende der Fraunhofer-Institute für Materialfluss und Logistik IML sowie für Software- und Systemtechnik ISST, des Instituts für Rechtsinformatik der Universität des Saarlandes und des Horst-Görtz-Instituts für IT-Si- cherheit der Ruhr-Universität Bochum im Projekt »In- dustrie 4.0 Recht-Testbed«. »Unser Ziel lag vor allem darin, Politik und Unternehmen Handlungsempfeh- lungen für neue rechtliche Standards zu geben«, sagt Pro- jektleiter Benjamin Korth vom Fraunhofer IML. Um dies tun zu können und eine technologische Basis zu schaffen, entwickelten die For- schenden zunächst ein digita- les Experimentierfeld für auto- matisierte Geschäftsprozesse – das »Recht-Testbed«. Mit die- sem lässt sich der gesamte Ge- schäftsprozess automatisiert durchexerzieren, von der Ver- tragsverhandlung über den Vertragsschluss bis hin zur Ver- tragsdurchführung – eine bislang einmalige Möglich- keit. »Als Beispiele haben wir zwei Szenarien beleuch- tet«, sagt Philipp Hagenhoff, der diese Use-Cases als Wissenschaftler am Fraunhofer ISST zusammen mit weiteren Projektmitgliedern vorangetrieben hat und für ihre Gestaltung und Konzeptionierung verant- wortlich war. »Das eine ist ein Transport-Szenario, bei dem Ware an einen Logistikdienstleister überge- ben werden soll, das andere ein Produktionsszenario, bei dem wiederkehrend eine gewisse Anzahl an Wälz- lagern produziert und geliefert wird.« Vertragsverhandlung: Feilschende Software-Agenten o t o h p k c o t s i / v o p o P y e r d n A : o t o F Zunächst einmal gilt es, einen Vertrag auszuhandeln mit den relevanten Größen: Preise, Lieferzeitpunkt, Lieferabrufe. Die Probleme sind vielfältig. Beispiel Lie- ferzeitpunkt: Wird die Ware früher geliefert als benö- tigt, muss sie zwischengelagert werden – es entstehen Kosten durch Ein- und Auslagerung. Es kann daher sinnvoll sein, mehr zu investieren, damit der Trans- portdienstleister zuverlässig am gewünschten Tag einen Fahrer bereitstellt. Bevor die Künstliche Intelli- Bevor die Künstliche Intelligenz ihr O. K. unter einen Vertrag setzt, muss sie auch die Vertrauenswür- digkeit des Gegen- übers abklopfen. genz ihr O. K. unter einen Vertrag setzt, muss sie auch die Vertrauenswürdigkeit des Gegenübers abklopfen. Erfüllt dieser die Anforderungen, die das Unterneh- men an einen Vertragspartner hat? Gibt es Gründe, die gegen eine Zusammenarbeit mit dem potenziellen Vertragspartner sprechen? Gelingen soll dies über eine digitale Selbstauskunft, in der die Unternehmen Informationen zu ihrer Rechtsform und dem Standort ihres Hauptsitzes geben sowie Zertifikate wie IT-Si- cherheitszertifikate oder die ISO-9001-Zertifizierung für ein normiertes Qualitäts managementsystem hin- terlegen. Nur wenn alle vorab festgelegten Bedingun- gen erfüllt sind, steigt die KI in die Verhandlung ein. Wie aber bringt man Ma- schinen dieses Verhandeln bei? »Dazu haben wir Algorithmen entworfen, die verschiedene Verhandlungsstrategien ab- bilden«, erläutert Korth. Die Forschenden setzten einen Software-Agenten ein, der nachgiebig verhandelt – also mit einem hohen Preis anfängt, jedoch schnell entgegenkommt –, aber auch einen Hardliner, der sehr lange auf seiner Posi- tion beharrt. Sind alle Kondi- tionen ausgehandelt, folgt der Vertragsschluss: Sämtliche Bedingungen werden rechtsgültig nieder- geschrieben und von beiden Seiten bestätigt. Die Be- sonderheit: Anders als bei menschlichen Verhandlern genügt nicht der Vertragstext. Festgehalten werden darüber hinaus auch das Datenmodell und die ma- schinenlesbare Logik. Den Grund beschreibt Philipp Hagenhoff: »Mit ihr können beide Vertragspartner die Schritte der KI transparent nachverfolgen.« Sämt- liche Ereignisse, die für die Vertragsdurchführung wichtig sind, werden von der KI in die Blockchain geschrieben. Alle Daten bleiben bestehen, die Liste wird lediglich erweitert um Ergänzungen wie das Ver- schicken oder das Entgegennehmen der Ware. Auf diese Weise wird die gesamte Handlungskette mani- pulationssicher gespeichert. »Es war eine große Her- ausforderung, dies in eine Logik zu gießen«, erinnert sich Korth. »Die Inhalte in der Blockchain sind je nach Vertrag sehr individuell. Ein Beispiel sind Störfälle wie das Standgeld: Kommt der Lkw-Fahrer zur ver- einbarten Abholzeit zum Übergabepunkt, die Ware steht jedoch noch nicht bereit, kann er seiner Arbeit nicht wie vorgesehen nachgehen. In wessen Risiko- sphäre fällt diese Verzögerung und ein damit 4 | 24 Bereits heute lässt der US- amerikanische Einzelhandels- riese Walmart den Einkauf testweise von einem Chatbot erledigen. 59

Forscherinnen im Fokus – Wir schaffen Veränderung Frau N. Hofer: 42 Frauen begeistern für Wissenschaft Ein Buch voller Erfolgsgeschichten, wie Frauen ihren Weg zu Mathematik und Informatik, Naturwissenschaft und Technik fi nden. Ab sofort kostenfrei als E-Book. https://s.fhg.de/ki-buch-forscherinnen-im-fokus

4 | 24 e c n a i l l a e r u t c i p / m o c s w e N / o t o h P g n o W x i l e F : o t o F Die Zukunft im Blick: Eine Verbesserung der Trainingsdaten kann KI-Modelle energetisch optimieren. 63

»Nachhaltigkeit ist mehr als der Strom- verbrauch. Neben der Ökologie gehören auch ökonomische und soziale Aspekte dazu.« Dr. Paulina Prantl, Fraunhofer IIS nig Aufwand nachhaltig zu trainieren, damit sie die wertvollen Brownfields zur Reaktivie- rung für neue Bauvorhaben ausfindig machen. Zudem haben die Forschenden herausge- funden: Es macht einen großen Unterschied, welcher Datenpunkt in welcher Reihenfolge für das Lernen herangezogen wird. »Mit den richtigen Datenpunkten lässt sich schneller auch mit weniger Daten eine gute Performance erzielen. Beim Active Learning wählt der Al- gorithmus die Daten aus, die für ihn den größ- ten Informationsgewinn bieten«, erläutert Prantl. Für ein Maschinenbauunternehmen hat das Team die Trainingsdaten bereits opti- miert. Ursprünglich mussten Menschen jedes Bauteil begutachten, automatisiert messen und Defekte in einer Bildbearbeitungssoft- ware manuell nachfahren und markieren, um Trainingsdaten zu generieren. Die Mitarbei- tenden mussten also nicht nur überprüfen, welche Bauteile einen Fehler aufweisen, son- dern auch schauen, welcher Fehler so viel zu- sätzlichen Informationsgewinn liefert, dass sich die aufwendige Markierung lohnt. In der automatisierten Prüfung dagegen sollen alle Bauteile kontrolliert, schlussendlich jedoch nur diejenigen Bauteile durch einen Menschen annotiert werden, die dem Modell einen Mehr- wert geben. Damit können unnötiger Aufwand für die manuelle digitale Annotation der Da- ten eingespart und Modelle mit weniger rele- vanten Daten energieeffizient trainiert werden. Anwendungsphase: Kleinere Modelle und Nachtrainieren Künstliche Intelligenz einmal entwickeln – und dann läuft`s? Damit ist es nicht getan. KI muss wie jede andere Anlage gewartet und gegebenenfalls repariert, sprich nachtrainiert werden. Das Material schimmert etwas an- ders als zuvor? Die Materialflussröhren sind leicht zugewachsen und der Druck hat sich minimal verändert? »Schon bei solchen klei- nen Änderungen kann es notwendig werden, dass man mit dem KI-Training von vorne an- fangen muss«, weiß Prantl. Die Forschenden haben daher für das Unternehmen Siemens Digital Industries einen Mitarbeiter-effizi- enten und energieschonenden Ansatz entwi- ckelt. In den Hallen des Unternehmens gibt es mehrere Produktionsstätten für Lötplatinen, die einander recht ähnlich, aber doch unter- v o k n e s o m A n i t n e l a V / o t o h p k c o t s i : n o i t a r t s u l l I 4 | 24 schiedlich genug sind, um ein und dieselbe Qualitätssicherungs-KI an ihre Grenzen kom- men zu lassen. Für jede Anlage wäre somit ein eigenes Training erforderlich. Nicht so mit der automatisierten Lösung aus dem Fraunhofer IIS: »In diesem sind mehrere unterschiedli- che Modelle hinterlegt, von denen jeweils das für den aktuellen Anwendungsfall optimale Modell automatisiert ausgewählt wird«, sagt Prantl. Solche Lösungen können sogar den Energieverbrauch als eines der Auswahlkri- terien heranziehen. »Sinn ergibt eine solche Lösung überall dort, wo ein Modell in ver- schiedenen Varianten immer wieder benötigt wird oder man es aufgrund von Umgebungs- änderungen immer wieder adaptieren muss.« Zwar verbraucht die einmalige Anwendung von KI deutlich weniger Energie als das Trai- ning, dennoch lässt sich auch hier noch eini- ges einsparen. Vor allem über die Auswahl der genutzten KI-Modelle: Der Einsatz großer Mo- delle wie tiefer neuronaler Netze kann je nach Anwendungsfall mitunter dem Versuch glei- chen, mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Dabei verbrauchen sie deutlich mehr Energie, liefern jedoch nicht zwangsläufig bessere Lö- sungen. Prantl: »Wenn möglich, greifen wir deshalb auf kleinere Modelle wie Entschei- dungsbäume zurück: Sie sind einfacher, nach- vollziehbarer und weniger energieintensiv.« Wie sieht die Expertin die generelle Chan- ce für eine nachhaltige Künstliche Intelligenz? »Von ChatGPT wissen wir, welche Überra- schungen an Qualität und Output möglich sind – denkbar ist eine solche sicherlich auch im Bereich der Nachhaltigkeit. Dennoch sehe ich aktuell den größten Hebel im bewussten Umgang mit KI: Nicht für alle Fragestellungen sind große generalisierte Modelle nötig. Deut- lich nachhaltiger können spezifische spezia- lisierte kleine Modelle sein, die konkret auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind«, fasst Prantl zusammen. »Andererseits führt auch kein Weg an KI vorbei, denn viele Fir- men finden keine qualifizierten Fachkräfte mehr.« Die nicht immer nachhaltige KI trägt also ihrerseits auch zur Nachhaltigkeit bei. Neben der bereits angesprochenen Nutzung zur Energieoptimierung von Prozessen unter anderem, indem sie das Loch der fehlenden Fachkräfte stopft und damit auf den sozialen und ökonomischen Aspekt der Nachhaltigkeit einzahlt. 65

4 | 24 Mit Fingerspitzengefühl Intelligente Prothesen können Betroffenen dank neuronaler Schnittstellen das eigene Körpergefühl zurückgeben – bis in die Fingerspitzen. Wie die dafür notwendigen Mikrochips über Jahrzehnte hinweg im Körper funktionieren, untersuchen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. D ie Herausforderung ist ein rohes Ei. Will ein Patient mit Unterarmprothese das mit Daumen und Zeigefinger aufheben, droht es zu zerbrechen – es sei denn, Sensoren am Ende der Prothese registrieren die Berührung des Eis und senden ein elektrisches Signal über das Implantat und die Nerven zurück ans Gehirn. Durch Training kann das Gehirn des Patienten dieses taktile Feedback mit der Zeit entschlüsseln und als Berührung empfinden: Das Fingerspitzengefühl des Patienten kehrt zurück. In Deutschland verlieren Jahr für Jahr 60 000 Menschen eine Extremität, in den USA rund dreimal so viele. Amputationen können nicht nur durch unfallbedingte Verletzungen notwendig werden, sondern auch als Folge von Diabetes, Gefäßerkran- kungen oder Krebs. Wie sich der Alltag Betroffener dank intelligenter Prothesen revolutionieren lässt, untersuchen Forschende im von der Europäischen Union mitbegründeten Pro- jekt NerveRepack, an dem sich 27 Einrich- tungen aus zehn europäischen Ländern beteiligen und das vom Forschungsinsti- tut IMT Rumänien koordiniert wird. Dank neuronaler Schnittstellen sollen sich künst- liche Hände, Beine und Füße künftig mehr wie der eigene Körper anfühlen – und Pa- tientinnen und Patienten etwa ihren Tast- sinn wiedererlangen. »Die Prothese soll ein intuitives Nut- zererlebnis ermöglichen und das Gefühl der eigenen Hand simulieren«, erklärt Dr. Joshua Wilson. So können Betroffene fein- motorische Kontrolle zurückerlangen. Wil- son ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Technologies for Bioelec- tronics am Fraunhofer IZM. Von Yvonne Weiß »Im Projekt arbeiten wir an Techno- logien, die Menschen mit Amputation, ge- lähmten Gliedmaßen oder einer Rücken- marksverletzung ihre Mobilität im Alltag zurückgeben sollen«, fügt er hinzu. Zwei Exoskelette für Menschen mit Lähmungen der Beine und eine Unterarmprothese wol- len die Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler entwickeln. Wilson forscht ge- meinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen an speziellen Gehäusen für die »Unsere Innovation kann bei bestimmten Lähmungen und motorischen Störungen helfen, für die kein Arzneimittel existiert.« Dr. Joshua Wilson, Fraunhofer IZM notwendige Elektronik: Sie sorgen dafür, dass die Implantate über Jahrzehnte hin- weg sicher und effektiv im menschlichen Körper arbeiten können – ohne weitere Eingriffe. Dank eines Implantats, das im Stumpf des Patienten eingesetzt wird, kann die Unterarmprothese in zwei Richtungen kommunizieren: Das Gehirn sendet einen Bewegungsimpuls an die Prothese, die wiederum überträgt die Berührung in Form eines Signals zurück an das Gehirn. Entscheidend für den Erfolg der Tech- nologie ist, dass die Implantate langfristig in einem sich stetig verändernden Körper funktionieren. Dort sind sie ungünstigen Bedingungen ausgesetzt, Wasser und Sal- ze greifen elektronische Bauteile an – und führen im schlimmsten Fall zu ihrem Aus- fall. Deshalb kommt es besonders auf eines an: die richtige Verpackung. Um etwa Herzschrittmacher zuverläs- sig zu schützen, setzt man bisher vor allem auf Keramikgehäuse. Diese sind allerdings verhältnismäßig groß und unflexibel. Da- her lassen sie sich nicht nah genug am Ziel- gewebe einsetzen, was wiederum störan- fällige Kabel erfordert. Wilson und sein Team nutzen deshalb Gehäuse, die Keramik- mit Polymerschich- ten kombinieren – und gleichzeitig feiner sind als ein menschliches Haar. »Durch ihre dünne Beschichtung bieten unsere biokompatiblen Gehäuse erhebliche Vor- teile für das Implantat: Aufgrund der ge- ringen Größe sinkt das Risiko möglicher Immunreaktionen. Ist das gesamte Im- plantat kleiner, lässt es sich zudem nahe am Zielgewebe platzieren – und wir kön- nen auf störanfällige Kabel verzichten.« Bevor die Technologie zum Einsatz kommt und eine sichere Implantation im Menschen möglich ist, arbeiten die For- scherinnen und Forscher derzeit unter an- derem an Testsystemen, mit denen sie die Beschichtungen überprüfen. Sie entwickeln die einzelnen Komponenten und testen die Materialien hinsichtlich ihrer Biokom- patibilität. Wilson ist bereits gespannt auf das Feedback der Patientinnen und Patien- ten – und freut sich über das Potenzial der Technologie: »Unsere Innovation kann bei bestimmten Lähmungen und motorischen Störungen helfen, für die kein Arzneimit- tel existiert. Langfristig dürften unsere intelligenten Prothesen die Lebensqualität von Millionen von Menschen mit Ampu- tation, gelähmten Gliedmaßen oder Rü- ckenmarksverletzung verbessern – und ihre soziale und finanzielle Unabhängig- keit fördern.« 67 e r u t c i p n a p / r e l i i e M a n i t r a M : o t o F

4 | 24 Foto & Fraunhofer Auf dem Holz-Weg Im Dschungel der EU-Richtlinien hat ein neuer Baum Wurzeln geschlagen: Die EU- Entwaldungsverordnung (EUDR) verpflich- tet holzverarbeitende Unternehmen ab 2025 dazu, nicht nur die verwendeten Holzarten zu deklarieren, sondern auch deren legale Her- kunft zu belegen. Und das aus gutem Grund: Illegale Holzfällung ist eine der Hauptursa- chen für die globale Entwaldung. Schätzun- gen gehen davon aus, dass weit mehr als die Hälfte der weltweiten Abholzungen nicht rechtens sind. Die Bestimmung von Holzart und -her- kunft mag bei Möbeln noch relativ einfach sein. Doch bei Holzprodukten wie Spanplat- ten, Papier oder Pappe ist dies ein höchst zeit- intensiver und aufwendiger Prozess: Erst wer- den die Holzzellen aus dem Material gelöst, dann eingefärbt sowie auf einem Objektträger platziert und schließlich unter dem Mikroskop individuell begutachtet und anhand des Er- scheinungsbildes klassifiziert. Damit das künftig effizienter geht, entwi- ckeln Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern nun in Kooperation mit dem Hamburger Thünen-Institut für Holzforschung eine Analysesoftware, die das mühsame Prüf- verfahren automatisieren und damit effizienter machen soll. In dem Projekt KI_Wood-ID trai- nieren sie Neuronale Netze mit Referenzprä- paraten aus dem Fundus des Thünen-Instituts so lange, bis die Künstliche Intelligenz in der Lage ist, eigenständig die typischen Merkmale einer Holzart zu identifizieren und den Befund mit der deklarierten Holzart abzugleichen. Ein erster Prototyp kann bereits elf Laub- hölzer eindeutig anhand von hochaufgelösten Mikroskop-Bildern erkennen; als nächster Lernschritt stehen Nadelhölzer an. Langfristig soll die KI-basierte Bilderkennung Institute und Behörden weltweit bei der Kontrolle des Holzhandels unterstützen. Und so den Holz- weg deutlich nachhaltiger gestalten. 69 s d r a w A y h p a r g o t o h P e r u t a N d l r o W / s s o R . J t r e b o R : s : o o t t o o F F

4 | 24 »Durch die Anbindung an das Fernwärmenetz in Zittau können wir die Anlage unter Reallabor- Bedingungen mit unterschiedlichen Temperaturen und Bedarfen im Winter und Sommer testen.« Dr.-Ing. Clemens Schneider, Fraunhofer IEG Doppelt nachhaltig: Die Abwärme aus der Wasserstoff-Produktion kann in Fernwärmenetzen verwendet werden. nutzen – vorausgesetzt, er ist entspre- chend rein. Immerhin kommt für zwei Moleküle Wasserstoff auch ein Molekül Sauerstoff aus dem Prozess. Verwendet werden kann er etwa zur biologischen Reinigung in Kläranlagen oder für die vierte Reinigungsstufe, bei der moderne Klärwerke mittels Ozon Hormone oder Medikamentenrückstände aus dem Was- ser filtern. Potenzielle weitere Anwen- dungsgebiete für den so gewonnenen Sauerstoff sind die Chemieindustrie, die Fischzucht oder Krankenhäuser. Die große Herausforderung hierbei ist laut Clemens Schneider ein stimmiges Sicherheitskonzept: »Wenn es im Störfall aufgrund ungleicher Drücke im Prozess zu einer Verunreinigung des Sauerstoffs durch Wasserstoff kommt, senkt das nicht nur den O2-Wert, sondern es kann sich ein explosives Gemisch bilden«, erklärt der Experte. »Aus diesem Grund wurde der bei der Elektrolyse anfallende Sauer- stoff bisher kaum genutzt, sondern in die Luft entlassen. In der Zittauer Anlage werden wir die Reinheit und Sicherheit durch die Integration von Sensoren, Be- hältern und Rekombinatoren kontrollie- ren und den Sauerstoff damit nutzbar machen.« Im Frühjahr 2025 soll die Versuchs- anlage des Fraunhofer IEG in Betrieb ge- hen. Künftig könnten dort auch andere industrienahe Prozesse für Hersteller und Betreiber getestet und qualifiziert werden, etwa die Methanisierung von Kohlendi- oxid, geschlossene Kohlenstoffkreisläufe, Verdichter für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse. Damit leistet die Anlage nicht nur einen Beitrag zum Hochlauf der Wasserstoffwirt- schaft und zu einer nachhaltigen Energie- versorgung, sondern auch zum Struktur- wandel in der Lausitz. 71 silen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liegt, ändern sich Betriebsweise und Betriebsparameter. Mit der neuen Anlage prüft das Projektteam nun in der Praxis die Konzepte, die es in den letzten Jahren entwickelt hat. »Durch die Anbindung an das Fernwärmenetz in Zittau können wir die Anlage unter Real- labor-Bedingungen mit unterschiedlichen Temperaturen und Bedarfen im Winter und Sommer testen«, so Schneider. Zudem variieren die Forschenden in ihren Szena- rien auch die Kopplung an den Strompreis: Wie verhält sich die Anlage, wenn sie aus- schließlich bei Niedrigstrompreisen läuft, also wenn möglichst viel Wind- und Son- nenenergie im Netz vorhanden sind? Sauerstoff zur biologischen Reinigung einsetzen G E I r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i / r i i l m d a V v e r o g i r G : s o t o F Neben der Abwärme lässt sich auch der bei der Elektrolyse entstehende Sauerstoff

Lkw-Lade- räume besser nutzen mit KI. ÖSTERREICH Smarte Logistik Der Online-Handel wächst und mit ihm der Bedarf an immer kurzfristigeren und schwer planbaren Transportauf- trägen. Die Folge: unausgelastete Lkw, die die Umwelt belasten und unwirt- schaftlich sind. Ein Forschungsteam von Fraunhofer Austria will das ändern: Mithilfe eines KI-gestützten Algorith- mus sollen zukünftig auf Basis von Echtzeitdaten Transporte gebündelt und Restkapazitäten ausgeschöpft werden, um vorhandene Ressourcen nachhaltig und effizient zu nutzen. Anhand von modularen Sensor-Wäge- zellen im Laderaum, bildbasierten Messverfahren und Daten aus dem In- ternet kombiniert der Algorithmus in- terne und externe Informationsströme zu Frachtvolumen, Gewicht, Restlade- flächen, Aufträge entlang der Strecke oder Frachtbörsen – und berechnet die effizienteste Route auf Basis der aktu- ellen Wetter- und Verkehrslage, freier Kapazitäten im Lkw und der spezifi- schen Anforderungen des Ladeguts. EUROPA Globales CO2-Monitoring Wie hoch ist der von Menschen verur- sachte Anteil an Kohlendioxid in der Erdatmosphäre? Das untersucht die Europäische Weltraumorganisation ESA ab 2026 mithilfe von hochauflö- senden Spektralmessungen. Die Co- pernicus-Mission, die aus einer Kon- stellation von Satelliten besteht, will die CO2-Emissionen von Städten, Län- dern und großen Industriegebieten genau kartieren. Für die Infrarot-Spek- trometer der Satelliten hat das Fraun- hofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF einen opti- schen Disperser gefertigt. Das speziell für die Anforderungen im Weltraum entwickelte Bauteil zerlegt das von der Erde reflektierte Licht präzise in seine Spektralfarben und ermöglicht Messungen mit einer Genauigkeit von weniger als 100 CO2-Teilchen pro Milli- arde Luftmoleküle. Seine extreme Prä- zision verdankt der Disperser einem bisher einzigartigen nanostrukturier- ten optischen Gitter in Kombination mit zwei Prismen. Die Copernicus- Mission soll dabei helfen, die Ziele des Pariser Klima- abkommens zu erreichen. 4 | 24 SCHWEDEN Klimaveränderungen präziser berechnen In der Arktis wird der Klimawandel besonders sichtbar. Erstmals genaue Wetterdaten für die Arktis erheben und globale Klimamo- delle verbessern – das ist die Aufgabe eines Kleinsatelliten, den die ESA Mit- te August auf den Weg zu seiner erd- nahen Umlaufbahn geschickt hat. Ent- wickelt und gebaut wurde er unter der Leitung von OHB Sweden. Der mit mo- dernster Mikrowellenradiometer-Tech- nologie ausgestattete Arctic Weather Satellite von der Größe eines Geschirr- spülers enthält vier rauscharme Hoch- frequenz-Verstärker des Fraunhofer- Instituts für Angewandte Festkörper- physik IAF, deren hohe Elektronenbe- weglichkeit für eine optimale Signal- empfindlichkeit und Datenqualität sorgt. Ihre zentrale Funktion ist, schwache Mikrowellensignale von der Erdoberfläche zu verstärken und dabei möglichst wenig Hintergrundrauschen zu verursachen. Dadurch können kon- tinuierlich präzise Daten über Tempe- ratur, Luftfeuchtigkeit und Wolken selbst unter ungünstigen Wetterbe- dingungen erhoben werden. 73 e c a p s b a M l / A S E , o t o h p k c o t s i e l l a / x i p i x i R , h c i z e l y W n r e o B j , o k n e h c a k T m i s k a M , o t o h p _ e n r e b i : s o t o F

4 | 24 W eihnachten ist für die Ton- ne. Natürlich nicht kom- plett, aber auf jeden Fall all die Versandtaschen und Hochglanzpapiere sowie die vielen Schleifen und Bänder rund um das, was an Heiligabend unter dem Christbaum liegt. An den Feiertagen, so eine Exper- tenschätzung, steigt die Menge des Ver- packungsmülls in deutschen Haushalten um 20 bis 30 Prozent. Und das, obwohl Deutschland bei Verpackungsabfall mit 237 Kilogramm pro Kopf und Jahr auch ohne Weihnachten deutlich über dem EU- Durchschnitt von knapp 189 Kilogramm liegt. Seit 2005 ist die Pro-Kopf-Menge an Verpackungsmüll in Deutschland um 26 Prozent gewachsen – trotz Unverpackt- Läden, Plastikfasten und Mehrweglösun- gen. »Verpackungen sind extrem wichtig – auch aus Gründen der Nachhaltigkeit«, findet hingegen Polymerphysiker Dr. Jens Balko. Die Extra-Hülle schütze Lebensmittel und andere Waren, sodass diese nicht weg- geworfen werden müssen, nur weil sie beim Transport an Frische verloren haben oder anderweitig beschädigt und damit unver- käuflich würden, argumentiert der Leiter des Verarbeitungstechnikums Biopoly- mere Schwarzheide des Fraunhofer-Insti- tuts für Angewandte Polymerforschung IAP. Aber natürlich stört sich auch Balko an Dingen, die »überverpackt« sind, bei denen also mehr Kunststoff, Papier oder andere Materialien verwendet werden, als für den reinen Schutz nötig sind. Für Weih- nachtsgeschenke mag diesbezüglich eine Ausnahmeregelung gelten, doch funktions- lose Schmuckverpackungen sind ein öko- logisches Ärgernis angesichts der Tatsache, dass jedes Jahr weltweit laut einer Studie der Universität Leeds 52 Millionen Tonnen Kunststoffmüll in der Natur landen. Die Europäische Union hat sich das Thema Verpackungsmüll auf die Agenda geschrieben und als Ziel ausgegeben, dass bis 2040 der Einsatz von Plastikverpackun- gen um 20 Prozent im Vergleich zum Re- ferenzjahr 2018 sinkt. Bis 2030 sollen be- reits alle Verpackungen recyclefähig sein. Leichte Einweg-Plastiktüten etwa für den Einkauf von losem Obst und Gemüse in Supermärkten werden dann verboten sein. Für die Forschung ist das Herausforderung und Chance zugleich: Wie lassen sich Din- ge künftig nachhaltiger verpacken? Wie so oft, wird es nicht nur eine Lö- sung geben, denn: »Nachhaltigkeit ist ein weiter Begriff«, erklärt Jens Balko. Es gilt, jeweils die Verpackung zu wählen, die für einen bestimmten Anwendungsfall den geringsten ökologischen Fußabdruck hin- terlässt. Der wiederum wird von einer Viel- zahl an Faktoren beeinflusst: Auswahl des Rohstoffs, Produktionsform, Energiever- brauch beim Transport und Recyclingfä- higkeit, um nur einige zu nennen. »Verpackungen sind extrem wichtig – auch aus Gründen der Nachhaltigkeit.« Dr. Jens Balko, Fraunhofer IAP In Deutschland dreht sich die Debatte oft um Ansätze, mit denen sich die Recy- clingquote steigern lässt. Doch die Vorstel- lung, die für Verpackungen verwendeten Kunststoffe eines Tages zu 100 Prozent re- cyceln zu können, ist utopisch. Denn durch Produktionsverluste oder Abrieb wird es immer Verlustmengen geben, die in der Umwelt landen und – sofern es sich um fossil basierte Kunststoffe handelt – dort als Mikroplastik auf unbestimmte Zeit ver- bleiben. Die winzigsten Partikel gelangen in unsere Nahrung und sogar in unsere Atemluft. Biologisch abbaubare Verpa- ckungsmaterialien hingegen zersetzen sich mit der Zeit. Balko: »Die biologische Ab- baubarkeit als Nachhaltigkeitsfaktor für Verpackungsmaterial ist ein Aspekt, der in der öffentlichen Diskussion bislang eher unterbewertet wird.« Pilze könnten eine Lösung sein. Am Fraun- hofer IAP im Potsdam Science Park arbei- tet ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Hannes Hinneburg daran, Verpa- ckungen mithilfe von Pilzmyzel herzustel- len. Aufgabe des unterirdisch arbeitenden Pilzfäden-Geflechts – etwa von Speisepil- zen oder auch Baumpilzen wie dem Aus- ternseitling oder Zunderschwamm – ist dabei, pflanzliche Reststoffe in Werkstoffe umzuwandeln. »Zunächst vermischt man Wasser mit landwirtschaftlichen Reststof- fen wie Stroh, Hackschnitzeln oder Säge- spänen zu einer Masse. Nach der Einstel- lung von Feuchtegrad und Partikelgröße und einer Hitzebehandlung zum Abtöten konkurrierender Keime liegt das Substrat vor«, erklärt Biotechnologe Hinneburg. Das Substrat wird mit dem Pilzmyzel vermischt und dient diesem über meh- rere Wochen als Nahrung. Im Laufe der Stoffwechselvorgänge wird es komplett von einem feinen Geflecht aus Pilzfäden durchzogen. Hinneburg: »Es bildet ein verdichtetes dreidimensionales Netzwerk und kann eine selbsttragende Struktur aufbauen.« Licht ist für diesen Vorgang nicht notwendig, was der Energiebilanz der Produktion zugutekommt. Dicht, dehnbar, reißfest oder lieber elastisch, weich und fluffig? Je nach Pilz- art und einer geschickten Kombination von Parametern wie Temperatur, Luft- feuchte und Substrat lassen sich gezielt Materialien herstellen mit Eigenschaften, die interessant sind für die Verpackungs- industrie. Hinneberg entwickelt bereits mit seinem Team und in Kooperation mit dem Institut für Lebensmittel- und Um- weltforschung sowie der Agro Saarmund e.G. myzelbasierte Verpackungsschalen aus Rest- und Rohstoffen der Land- und Forstwirtschaft. Mit einem neuartigen Rol- le-zu-Rolle-Verfahren, für das bereits ein Prototyp existiert, der zuerst für die Pro- duktion von Lederalternativen entwickelt wurde, soll die Herstellung auch bald auf andere Myzelmaterialien ausgeweitet wer- den. Der Fraunhofer-Forschende denkt aber bereits weiter: »Durch den Einsatz von Technologien wie Künstlicher Intelligenz zur Optimierung der Kombination von 75 e s a c o t o h P / e i j k n u e c a p s : o t o F

nicht als Basis für flexible Einwegverpa- ckungen wie Tragetüten, die aber zu den Hauptverursachern von Einweg-Kunst- stoffabfällen zählen. Bestimmte Additive könnten dieses Manko ausgleichen und PLA flexibler machen, sind aber nicht bio- basiert, teilweise sogar umweltschädlich und erschweren außerdem das Recycling. In Kooperation mit einem Industrie- partner hat sich die Chemikerin Dr. Antje Lieske mit ihren Kollegen Dr. Benjamin Rodríguez und André Gomoll vom Fraun- hofer IAP das große Ziel gesetzt, eine lang- lebige, flexible Verpackungsfolie aus PLA zu entwickeln, die preiswert ist und gut mit üblichen Maschinen verarbeitet wer- »Das Potenzial ist riesig – nicht als Nischenprodukt, sondern für den Massenmarkt.« Dr. Jens Balko, Fraunhofer IAP den kann. »Anfangs haben wir wild her- umprobiert«, erinnert sich Lieske. Klar war lediglich, dass PLA mit Polyether als Weich- macher ergänzt werden muss. Aber wel- cher Polyether? In welcher Menge? Und wie kann das Additiv im PLA verankert werden, damit es nicht mit der Zeit aus dem Material migriert und der Biokunst- stoff wieder hart wird? »Im Laufe der Zeit bekamen wir ein Gefühl für die Eckpunk- te und was passiert, wenn an den einzel- nen Stellschrauben gedreht wird«, erinnert sich die Polymer-Expertin: »Die Verbesse- rungen wurden mit der Zeit immer kleiner, aber dafür zielgerichteter.« Getestet wurde das entwickelte PLA- Granulat im Verarbeitungstechnikum Bio- polymere Schwarzheide des Fraunhofer IAP. Lieske erinnert sich noch an das er- hebende Gefühl, als dabei erstmals nach gut zehn Jahren Forschungsarbeit eine s e g a m i p d d : o t o F 4 | 24 schön gleichmäßige und weiche Folie ent- stand: »Das war schon großartig!« Das Ergebnis ist ein flexibles PLA-Ma- terial, das völlig ohne migrierende Weich- macher auskommt und – anders als seine erdölbasierten Pendants – zu mindestens 80 Prozent biobasiert ist und zudem kos- tengünstig aus kommerziellen Rohstoffen in einem einfachen Syntheseprozess her- gestellt werden kann. Die SoBiCo GmbH, ein Tochterunternehmen des Industrie- partners Polymer-Gruppe, hat inzwischen Anlagen mit einer jährlichen Produktions- kapazität von bis zu 2000 Tonnen des neu- en Biokunststoff-Granulats installiert und peilt langfristig ein Produktionsvolumen von 10 000 Tonnen pro Jahr an. Die nächs- te Forschungsetappe ist nun die Weiter- entwicklung zu einer nahezu 100-prozen- tigen Biobasiertheit sowie die Verbesserung der Kreislauffähigkeit von PLA, um aus Alt-PLA ein Kunststoff-Granulat in Neu- warenqualität gewinnen zu können. Jens Balko hat allerdings noch einen weiteren Kunststoff im Fokus: Polybuty- lensuccinat (PBS) wird aus Bernsteinsäure und Butandiol hergestellt. Beide Ausgangs- chemikalien können durch Fermentation aus pflanzlicher Zellulose (z. B. Schadholz oder Gärreste aus Biogasanlagen) gewon- nen werden. Gelangt dieses Biopolymer in die Umwelt, baut es sich dort binnen weniger Jahre selbstständig ab. Zurück bleiben lediglich Wasser und Kohlen- dioxid. »Während man an PLA schon seit gut zwei Jahrzehnten forscht, gilt PBS noch als relativ neuer Biokunststoff, der aber großes Potenzial hat«, sagt Balko. Im Ver- gleich zu PLA punktet PBS mit einer Fül- le spannender Eigenschaften: Das Polymer ist schlagfest und flexibel und es kann von harten Kunststoffteilen bis Folien in viele unterschiedliche Formen gebracht werden. Da PBS außerdem eine gegenüber PLA hö- here Temperaturbeständigkeit aufweist, eignet es sich auch als Verpackung für war- mes Essen sowie den Kaffee to go. Im Projekt RUBIO haben Forschende des Fraunhofer IAP gemeinsam mit Unter- nehmen und Forschungseinrichtungen neue PBS-Typen entwickelt. Mit der 77

Fraunhofer vor Ort München 13. – 17. Januar 2025 BAU Weltleitmesse für Architektur, Materialien, Systeme Nürnberg 11. – 13. März 2025 Embedded World Fachmesse für eingebettete Systeme Hannover Berlin Nürnberg München 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 4 | 24 Berlin 19. – 20. März 2025 Transform B2B-Leadevent des Bitkom für die Digitale Transformation von Unternehmen Hannover 31. März – 4. April 2025 Hannover Messe Weltleitmesse der Industrie. Hochtechnologie und innovative Lösungen zur Bewältigung der globalen industriellen Herausforderungen Leichter bauen Klimaneutral – vom Neubau bis zur Sanierung 4 2 | 4 Hier keimt Hoffnung Neue Chancen im Kampf gegen Bakterien Dr. Winterberg und Dr. Dahlmann (r.), Fraunhofer ITEM Zukunftspreis 2024 an Fraunhofer Bundespräsident Steinmeier verleiht wichtigste Auszeichnung für Innovation »Wir schaffen mehr!« Ministerpräsident Stephan Weil im Interview 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 | 24Deepfake & Desinformation So hilft Forschung gegen ManipulationDr.-Ing. Marius Mohr, Fraunhofer IGBGründen mit FraunhoferVom Ein-Mann-Unternehmen zum Erfolg mit Laser-Technologie»Wir nehmen die Lage ernst!«Bundesinnenministerin Nancy Faeser im InterviewWasser marsch!Wie wir mit dem Überlebensmittel besser wirtschaften