Das Methusalem-Gen Der Traum vom langen Leben wird wahr 1 2 | 2 Gründer- Zeit Neue Impulse für die Wirtschaft Alles Fake? Segen und Fluch der digitalen Welt »Modernisierung gelingt nur mit Forschung!« Kanzlerkandidat Armin Laschet im Interview

Wandel braucht Sicherheit Die Corona-Pandemie hat in vielen Unternehmen den digitalen Wandel beschleunigt. Darüber hinaus werden Digitaltechnologien wie Künstliche Intelligenz, Next Ge- neration Computing und Quantencomputing zum zent- ralen Enabler für Innovationen und die Wertschöpfung der Zukunft. Sowohl direkt in Form neuer Produkte, Services und Plattformdienste als auch indirekt durch neue Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung. Die Digitalisierung und die Investition in entsprechen- de Technologien sind entscheidend für die Wettbe- werbsfähigkeit Deutschlands. Gleichzeitig erfordert dies aber auch eine erhöhte Sicherheit von Datennetzen – insbesondere im Hinblick auf zentrale Infrastruktu- ren für Stromnetze, Verkehrswege, Krankenhäuser und Verwaltung. »Sicherheit und resiliente Gesellschaft« zählt zu den zentralen Zielen der Fraunhofer-Gesell- schaft. Zusammen mit der Technischen Universität und der Hochschule Darmstadt betreibt Fraunhofer das nationale Forschungszentrum ATHENE für angewand- te Cyber sicherheit. 550 Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler entwickeln hier Konzepte, Methoden und Technologien, die Cybersicherheit und Privatsphären- schutz unter Einbezug neuer Technologien über alle Lebensbereiche und kritischen Infrastrukturen hinweg nachhaltig verbessern und sicherstellen. Zur praktischen Schulung von IT-Fachkräften und Sicherheitsverantwortlichen in Unternehmen, Indus- trie und öffentlicher Verwaltung bietet Fraunhofer in Kooperation mit ausgewählten Fachhochschulen und Hochschulen für Angewandte Wissenschaften an 16 Standorten in 8 Bundesländern die »Fraunhofer- Lernlabore Cybersicherheit« an und fördert damit die Entstehung lokaler IT-Sicherheitsökosysteme. Durch die Zusammenarbeit mit exzellenten Partnern rund um den Globus stärkt Fraunhofer den Wissens- transfer und setzt neue Impulse für Deutschland und die internationalen Partner. Ein Beispiel im Kontext Cybersicherheit stellt das »Fraunhofer Project Center for Cybersecurity at the Hebrew University of Jerusa- lem« dar. Als bilaterale Forschungs- und Entwicklungs- 2 | 21 Editorial Prof. Reimund Neugebauer plattform für Unternehmen entwickeln Expertinnen und Experten des Fraunhofer-Instituts für Sichere In- formationstechnologie (SIT) und der Hebrew University neue Strategien, um Daten, IT-Systeme und kritische Infrastrukturen vor unerlaubten Zugriffen zu schützen. Fraunhofer vereint den raschen Transfer exzellenter Spitzenforschung, zukunftsweisender Technologien und agiler Prozesse in die Anwendung und leistet da- mit einen entscheidenden Beitrag zum Ausbau techno- logischer Souveränität. Nur auf einer soliden, von Wett- bewerbern unabhängigen Basis lassen sich innovative – vielleicht sogar disruptive – Lösungen entwickeln, die entscheidend für unsere wirtschaftliche Zukunft und unser aller Wohlergehen sind. Lassen Sie uns die Zu- kunft gemeinsam gestalten. Ihr Reimund Neugebauer Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft — Mehr zu den großen Forschungsthemen der Fraunhofer-Gesellschaft: Prof. Reimund Neugebauer auf LinkedIn 3 r e b u H d r a h n r e B / r e f o h n u a r F : o t o F

30 Im Wettlauf mit den Viren Über Jahrzehnte wurden Impfstoffe vernachlässigt. Wie werden wir schneller? 33 Grüner Wasserstoff Dr. Markus Wolperdinger im Interview: »Wir arbeiten am höheren Wirkungsgrad.« 53 Droiden auf dem Acker Ressourcenschonender Ackerbau dank autonomer Feldroboter im Schwarm. 54 Die Jagd auf die Tumorzellen Im Blut von Krebspatienten verbergen sie sich unter Milliarden gesunder Zellen. Clevere Technik hilft beim Aufspüren. 56 CO2 als Rohstoff Kunststoffe aus Kohlendioxid gewinnen? Ein Fraunhofer-Team macht es möglich. 58 Fraunhofer international 60 Stimme aus der Wirtschaft Dr. Heike Riel, IBM 62 Steife Brise Gegenwind für Klimasünder: Wie die Umweltbelastung durch die Schifffahrt verringert wird. 78 Virenfrei fliegen Wie Airbus und Fraunhofer gemeinsam die Flugzeugkabinen desinfizieren wollen. 66 Joseph-von- Fraunhofer- Preise Herausragende wissenschaftliche Leistungen – vom Internet der Dinge bis zu sicheren Impfstoffen. 65 Herzenssache(n) Ökologisch und ökonomisch sinnvoll: Recycling von wertvollen Medizinprodukten. 66 Joseph-von-Fraunhofer-Preise Seit 1978 zeichnet die Fraunhofer- Gesellschaft herausragende wissenschaftliche Leistungen aus – die aktuellen Preisträger. 74 Jetzt wird die medizinische Diagnostik noch besser Wie Metamaterialien die MRT zuverlässiger machen – und bequemer für den Patienten. 76 Der Traum vom ewigen Leben Die Suche nach dem Methusalem- Gen: Eine Pflanze wächst immer weiter, Fliegen verdoppeln ihre Lebenszeit. 78 Wieder virenfrei fliegen So prüfen Fraunhofer und Airbus neue Methoden, um Flugzeug- kabinen für Passagiere sicherer zu machen. 2 | 21 84 NS-Relikt im Geisternetz Das Rätsel der sieben Ostsee- Enigmas. Wie ein Spezial-Scan hilft, Antworten zu finden. 82 Fraunhofer & Foto Wie neueste Radartechnik mehr Sicherheit im Weltraum schaffen kann. 84 NS-Relikt im Geisternetz Chiffriermaschine Engima: Ein hochauflösender Scan hilft, ihre Rätsel zu entschlüsseln. 87 Fraunhofer vor Ort Die Corona-Pandemie hat zu mehr Homeoffice geführt, zu mehr Online-Shopping und digitalem Lernen – und auch zu mehr Internetkriminalität. Das »Bundeslagebild Cybercrime 2020«, jährlich veröffentlicht vom Bundeskriminalamt, verzeichnet eine Steigerung um knapp 8 Prozent auf 108 474 registrierte Straftaten. 8 E T M I r e f o h n u a r F , T I S I r e f o h n u a r F , l i h s a p s n u / e g a K n o m a R , k c o t S e b o d A , h c a b s A k n m o D i i , n e b e l l o H n o v n a J : t l a h n I ; o t o h p k c o t s i , f i a l / n n a m l l e S a i l u J , ) 5 ( n e b e l l o H n o v n a J : r e v o C s o t o F 5

2 | 21 Intelligent Ernteausfälle verringern Schädlinge und parasitäres Unkraut, das mit Kulturpflan- zen um Nährstoffe, Wasser und Licht konkurriert, verur- sachen Jahr für Jahr Ernteeinbußen um bis zu 30 Prozent. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Ilmenau untersucht gemeinsam mit Partnern den Einsatz von digitalen Technologien für den Pflanzenschutz. Die Versuchsplattform FarmerSpace bietet Akteuren aus Forschung, Praxis und Industrie die Möglichkeit, Sen- sor- und Datenübertragungssysteme, Funksensornetz- werke, optische und maschinengestützte Sensoren, Droh- nentechnologie, Robotik und maschinelle Lernverfahren im Kampf gegen Pflanzenparasiten zu testen. Im Fokus steht zunächst die frühzeitige Erkennung und Bekämp- fung von Unkräutern und Blattkrankheiten in Zucker- rüben und Sommerweizen, die eigens zu Forschungs- zwecken auf einem Versuchsfeld in der Nähe von Göttin- gen gesät wurden. Durch den Klimawandel breiten sich viele Erreger aus und treffen auf Anbauregionen, die nicht auf sie vorbereitet sind. Digitale Technologien helfen, Viren, Pilze, Läuse und Co. frühzeitig zu erkennen und gezielt Gegenmaßnahmen einzuleiten. Kontrolle in Echtzeit Bauteile mobil in Echtzeit überprüfen: Das verspricht die Software MARQUIS – und nutzt dafür eine Kombination aus maschinellem Lernen und Augmented Reality. Bei der Lieferung von Bauteilen muss die Wareneingangskontrol- le sicherstellen, dass diese die richtigen Maße haben und perfekt passen. Bisher inspizieren die Mitarbeitenden in der produzierenden Industrie die Qualität von Bauteilen vor allem per Sichtkontrolle. Forschende des Fraunhofer- Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD haben mit MARQUIS eine deutlich präzisere Alternative ent- wickelt. Sie erlaubt Abgleiche zwischen CAD-Daten und realem Produkt. »Das System kann nicht nur einzelne Bauteile überprüfen, sondern auch Zusammenbauten mehrerer Teile«, erklärt Holger Graf, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IGD. Der Clou am neuen Sys- tem: Es ist mobil, die Mitarbeiter zücken also einfach ihr Smartphone oder ihr Tablet und nehmen damit das Bau- teil ins Visier. D G I r e f o h n u a r F , ) 2 ( k c o t S e b o d A , o t o h p k c o t s i : s o t o F Ein Blick aufs Tablet reicht, um Mängel zu entlarven. 7

Impressum Fraunhofer. Das Magazin, Zeitschrift für Forschung, Technik und Innovation. ISSN 1868-3428 (Printausgabe) ISSN 1868-3436 (Internetausgabe) Herausgeber: Fraunhofer-Gesellschaft Hansastraße 27c, 80686 München Redaktionsanschrift wie Herausgeber Telefon +49 89 1205-1301 magazin@zv.fraunhofer.de www.fraunhofer.de/magazin Kostenloses Abonnement: Telefon +49 89 1205-1301 publikationen@fraunhofer.de Redaktion: Janis Eitner (V.i.S.d.P.), Josef Oskar Seitz (Chef redak tion), Dr. Sonja Endres, Roman Möhlmann Redaktionelle Mitarbeit: Dr. Janine van Ackeren, Mandy Bartel, Christine Broll, Meike Grewe, Sirka Henning, Dr. Monika Offenberger, Moritz Schmerbeck, Sibylle Schmitt, Tim Schröder, Eric Schütz, Mehmet Toprak. Layout + Litho: Vierthaler & Braun Titelbild und Fotografie der Titelstrecke: Jan von Holleben Fotograf Artikel Deepfake: Oliver Rüther Druck: hofmann infocom GmbH, Nürnberg © Fraunhofer-Gesellschaft e.V. München 2021 Fraunhofer in Social Media: @Fraunhofer www.facebook.com/ fraunhoferde www.instagram.com/ fraunhofergesellschaft www.linkedin.com/company/ fraunhofer-gesellschaft www.youtube.com/c/ fraunhofer m a d s t o P Z F G / G E I r e f o h n u a r F , k c o t S e b o d A , o t o h p k c o t s i : s o t o F 2 | 21 Mit dem Bohrhammer in die Klimageschichte Bohren im Bodensee in mehr als 200 Metern Tiefe – das hat zuvor noch niemand geschafft. Der Bohrkern erlaubt Rückschlüsse auf das Klima der vergangenen 15 000 Jahre. A blagerungen auf dem Grund von Seen und Meeren geben wichtige Einblicke in die Klimageschichte der Erde. Mithilfe des innovativen Bohr- systems Hipercorig gelang es Experten erstmalig, einen 24 Meter langen Bohr- kern aus der tiefsten Stelle des Bodensees zu ziehen. Entwickelt wurde die Techno- logie von Forschenden der Fraunhofer- Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG zusammen mit Part- nern aus Deutschland, Österreich und der Schweiz. Gerade die für die Klima-Forschung besonders interessanten, tieferen Sedimen- te der Seen in Bergregionen blieben für herkömmliche Bohrgeräte bisher uner- reichbar. Hipercorig ist modular aufgebaut, dadurch leicht zu transportieren, auf- und abzubauen – wichtige Kriterien, wenn man weltweit entlegene Seen in bergigen Re- gionen erschließen möchte. »Herzstück ist ein hydraulischer Bohrhammer an einem langen Druckschlauch, der die Vortriebs- kraft im Bohrloch selbstständig über rund 70 Hammerschläge pro Sekunde erzeugt und sie nicht erst über ein langes und schweres Bohrgestänge entwickeln muss«, erklärt Bohrexperte Volker Wittig von der Fraunhofer IEG. Statt einer klassischen Bohrspülung wird Seewasser für den An- trieb des 200-bar-Schlagwerks eingesetzt und so eine Umweltbelastung in den emp- findlichen Ökosystemen ausgeschlossen. Seen, die durch Gletscherwirkung ent- standen sind, weisen oft dichte, harte und grobe Sedimente auf. Die bisher für die Wissenschaft verfügbare Bohrtechnik konnte kaum Bohrkerne jenseits von zehn Metern Sedimenttiefe nehmen. Die mit Hipercorig gewonnenen, mehr als doppelt so langen Bohrkerne sind für Geologen wie ein detaillierter Klimaatlas, der Rück- schlüsse auf Niederschlagsverhältnisse, Gletscherschmelze und damit die Tempe- raturen zulässt. Die Erkenntnisse über die Vergangenheit ermöglichen Wissenschaft- lerinnen und Wissenschaftlern, Modelle für die zukünftige Klimaentwicklung zu erstellen. Der Bohrhammer wird von einer kompakten, schwimmenden Plattform aus betrieben. 9

2 | 21 Titel Mut tut gut Deutschland braucht Gründer. Aber was brauchen Gründer? Ideen und Energie. Überzeugung und Überzeugungskraft. Optimismus – und optimale Unterstützung. Immer wieder gibt Fraunhofer die nötige Starthilfe. Von Dr. Janine van Ackeren Fotografie: Jan von Holleben 11

2 | 21 »Es macht jeden Morgen Freude, arbeiten zu gehen« Nicht immer hat der Markt zu bieten, was gefragt ist. Dr. Karsten Schmidt suchte bei Fraunhofer nach einer Lösung. Sein Spin-off Ampeers Energy GmbH hat das Zeug, den Energiemarkt einfacher und profitabler zu machen. Er tritt mit Ampeers Energy zur Energie- optimierung in Gebäu- den an: Dr. Karsten Schmidt, Gründer. 13

2 | 21 Ganz Ohr: Holger Conrad, Head of MEMS Production and Development, Arioso Systems GmbH. »Wir machen alles anders!« Ein Ohrstöpsel als Eintrittstor in die digitale Welt? Möglich dürfte es bald sein: Das Team des Start-ups Arioso Systems GmbH bietet mit seiner Innovation die passenden Mikrolautsprecher. V ieles lässt sich heute mit dem Smartphone lösen. Doch wä- re es nicht praktisch, morgen schon nur noch ein kleines drahtloses Gerät im Ohr zu benötigen, um Brötchen beim Bäcker zu bezahlen, die Wetter- nachrichten abzufragen, zu einem Ziel zu navigieren? Oder: Um eine direkte Über- setzung der Sätze zu erhalten, die uns der Vermieter der Ferienwohnung in Italien gut gelaunt entgegenplaudert, obwohl wir kein Wort verstehen? Laut Holger Conrad und Jan Blochwitz-Nimoth könnten sol- che sprachgesteuerten »True Wireless Sys- tems« bald unser neues Eintrittstor in die digitale Welt sein. Schließlich haben sie eine grundlegen- de Technologie dafür in der Tasche und möchten nun über ihre Firma Arioso Sys- tems GmbH den entsprechenden Markt erobern: Mikrolautsprecher, die zu hun- dert Prozent aus Silizium bestehen und sich massenhaft und kostengünstig über übliche CMOS-Verfahren im Reinraum fertigen lassen. Auch erzeugen sie ihre Klänge äußerst energieeffizient. »Die neue Die aktive Chipfläche des Lautsprechers ist nur etwa 10 mm2 groß – und kann 120 Dezibel erzeugen. Technologie macht alles anders als bishe- rige Techniken«, erläutert Conrad. Die Idee: »Wir haben das zentrale Element eines Lautsprechers, die Membran, quasi über Bord geworfen. Stattdessen integrieren wir viele dünne Biegebalken, ähnlich den Sai- ten einer Harfe, in einen MEMS-Silizium- chip. So erhalten wir eine große akustische Innenfläche, können aber gleichzeitig die Außenfläche minimal halten.« Das Ergeb- nis spricht für sich: Die aktive Chipfläche des Lautsprechers ist nur etwa zehn Qua- dratmillimeter groß – und kann 120 Dezi- bel erzeugen, bei bester Soundqualität. Auf nur 25 Siliziumwafern können somit bis zu 50 000 Mikrolautsprecher gefertigt wer- den, was die Fertigung kostengünstig macht. »Neben den technischen Besonder- heiten kann unsere Technologie also in der Zukunft auch in Preisführerschaft ge- hen«, ist sich Conrad sicher. Aus einem Flop geboren Dabei sah es anfangs alles andere als nach einem Erfolg aus. Um nicht zu sagen: 15

2 | 21 »Wir haben mitten in die Pandemie hinein gegründet« Gründer brauchen Mut und Durchhaltevermögen, insbesondere in Corona-Zeiten. Diese Eigenschaften wurden von Claas Blume und seiner Clous GmbH gefordert. C laas Blume hatte einen Traum. »Mein Traum«, erzählt er, »war immer ein Hightech-Start-up!« Und Blume beließ es nicht beim Träumen. Bereits während seines Maschinenbau- Studiums gründete er seine erste Firma: Er ließ in Gefängnissen Sticker für Mac- Books produzieren. Doch die Idee trug nicht auf Dauer. Für seine Masterarbeit bewarb er sich am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruk- tionstechnik IPK in Berlin. »Denn: Wo kann man besser eine Technologie fin- den, mit der man gründen kann, als bei Fraunhofer?«, fragt er – und strahlt beim Videointerview in die Laptop-Kamera. Bei zahlreichen Forschungsprojekten des Fraunhofer IPK im Bereich Werkzeugbau merkte er: Der Maschinen- und Anlagen- bau ist aufgrund der Globalisierung mit einem immensen Zeit- und Kostendruck konfrontiert. »Die Industrie 4.0 haben wir mitgestaltet und große Erfolge er- zielt. Aber wirft man einen Blick auf die Prozessschritte vor der Produktion, so merkt man: Es hat sich in den letzten 30 Jahren wenig bis nichts getan. Da sitzt ein hochqualifizierter, teurer Ingenieur, der seine wertvolle Zeit auch mit Aufgaben vergeuden muss, die eigentlich gar nicht so komplex sind«, fasst der junge Grün- der zusammen. »Und da habe ich Lunte gerochen.« Der Traum eines Start-ups wird Realität Wie könnte man – fragten sich Blume und sein Fraunhofer-IPK-Kollege Tho- mas Vorsatz, den er von seiner Idee über- zeugte – solche Aufgaben in Algorithmen überführen und automatisieren? Da eine Vollautomatisierung zu teuer ist und als Geschäftsidee wenig taugte, entwickelte der Maschinenbauer Algorithmen, die die umfassenden Engineering-Prozesse »Wo kann man besser eine Technologie finden, mit der man gründen kann, als bei Fraunhofer?« Claas Blume, Gründer von Clous GmbH in mehrere einfache Schritte aufsplitten. Diese Aufgaben lassen sich unabhängig voneinander und damit gleichzeitig lösen. Der größte Kostenfaktor für ein konstruie- rendes Unternehmen, also die Zeit von der Idee bis zum erfolgreichen Prototypentest, reduziert sich somit auf einen Bruchteil. Die Idee erwies sich als tragfähig: Mitt- lerweile können Ingenieure weniger kom- plexe Aufgaben mithilfe der Algorithmen isolieren und an die von Blume und Vor- satz gegründete clous GmbH geben. Diese lässt sie etwa von einem deutschen Mas- terstudenten oder auch über Nacht von einem indischen Ingenieur bearbeiten, die künftig ebenfalls per Algorithmus ermit- telt werden sollen. Damit bietet die clous GmbH gleich zwei Lösungen an: Erstens hat der Ingenieur mehr Zeit für seine ei- gentlichen Aufgaben, zweitens wird es für das Unternehmen unter dem Strich kos- tengünstiger. »Wir vergleichen das oft mit einem Chefchirurgen: Er überlässt die Nar- kose dem Anästhesisten und fokussiert sich auf seine Kernaufgabe, etwa eine Ope- ration am Herzen. Auch die Ingenieure können und sollen weiter am Herzen arbei- ten. Doch wir können ihnen alle einfache- ren Aufgaben drum herum abnehmen – auf Knopfdruck und zum Festpreis«, verdeutlicht Blume. Rat und Tat standen immer zur Verfügung Beim Gründungsprozess fand Blume Un- terstützung bei der Fraunhofer-Gesell- schaft. So war er bei den FDays® – kurz für Fraunhofer Days, bei denen die Geschäfts- modelle systematisch entwickelt und evaluiert werden – das erste Mal mit pro- fessioneller Gründerkultur konfrontiert. Das spornte ihn weiter an. »Einen großen Anteil daran, dass wir dann tatsächlich loslaufen konnten, hatte das Fraunhofer Transferförderprogramm AHEAD, das sei- nerzeit ins Leben gerufen wurde: Die bei- den Ansprechpartner von Fraunhofer 17

2 | 21 Jeder in seiner Box: Er bringt weltweit Fachleute zusammen – und stellt trotzdem sicher, dass das Gesamtbild der Zulieferungen nur beim Auftraggeber entsteht: Claas Blume, Gründer. 19

2 | 21 Z ellen nicht mehr einzufrieren«, sagt Prof. Kathrin Adlkofer, »das ist unsere Zukunft.« Dabei spricht sie nicht vom Steak in der Tief- kühltruhe, das ja ebenfalls aus biologi- schen Zellen besteht, sondern von Zellsys- temen, wie Forscherinnen und Forscher sie im Bereich der Biotechnologie verwen- den. Anwendungen für solche Zellsysteme gibt es zahlreiche: So kann mit organoiden Systemen – also Zellverbänden, die einem menschlichen Organ möglichst nahekommen – die Zahl der Tierversuche bei der Testung von Medikamenten deutlich re- duziert werden. Und mit Blutzel- len, die Krebspatienten entnom- men, genetisch verändert und wieder zurück in den Patienten gespritzt werden, könnte man auf Dauer eine schärfere Waffe gegen Tumore haben. Proble- matisch war bislang jedoch der Transport solcher biologischen Materialien – sei es von Biotech- nologie- zu Pharmafirmen, sei es von der Klinik ins Labor und wieder zurück. Während die Zel- len im Labor unter stets gleich bleibenden Temperaturen, CO2- Gehalten und Luftfeuchten in einem Inkubator gezüchtet und gelagert werden, mussten sie für den Transport bislang in flüssigem Stickstoff eingefroren werden, man spricht dabei von Kryokon- servierung. Für das Gewebe ist dies mit Stress verbunden, die Zellen ändern sich physiologisch. Strukturen, die für dieses Prozedere zu empfindlich sind, ließen sich bislang schlicht nicht transportieren. Inkubator »to go« Adlkofer hat die Lösung gegründet: die Cellbox Solutions GmbH. »Mit unserer Cellbox lassen sich biologische Materia- lien erstmalig lebend verschicken – in exzellenter Qualität und international«, schwärmt die Unternehmerin, die zudem einen Lehrauftrag an der Universität zu Lübeck innehat. »Für den Bereich der regenerativen Medizin macht das einen Riesenvorteil für Forscher und Patienten.« Die Idee hinter der Ausgründung: Das Team hat den Inkubator transportabel gemacht. Für den Transport im Auto, Zug oder Lkw stellen sie den nötigen CO2-Ge- halt über CO2-Kartuschen ein, im Flieger nutzen sie Trockeneis als CO2-Quelle. Der Kerngedanke entstand an der Fraunhofer-Einrichtung für Marine Bio- »Mit unserer Cellbox lassen sich biologische Materialien erstmalig lebend verschicken – in exzellenter Qualität und international.« Prof. Kathrin Adlkofer, Gründerin von Cellbox Solutions GmbH technologie EMB. »Nachdem ich bereits verschiedene Firmen im Gesundheitsbe- reich gegründet hatte, habe ich mich von Prof. Charli Kruse, dem Leiter der Fraun- hofer EMB, überreden lassen, die Leitung der Abteilung Zelltechnik zu übernehmen«, erinnert sich die Molekularbiologin. Dort wurde ihr auch ein frühes Konstrukt der Cellbox zur Weiterentwicklung in die Hän- de gelegt. »Je mehr wir daran gearbeitet haben, desto klarer wurde mir: Das Ding muss man in den Markt bringen«, begeis- tert sich die Unternehmerin, die auch bei ihrem Hobby, dem Segeln, erstaunlich viel Biss zeigte: Zweimal nahm sie an den Olym- pischen Spielen teil, weitere zweimal hol- te sie sich den Weltmeister-Titel. Gemein- sam mit Kruse beschloss sie, den Weg eines Spin-offs zu gehen. Zwar hatte Adlkofer Gründungserfah- rung. Dennoch gab es viele Dinge, die sie rückblickend anders machen würde. »Ei- ne Technologie, ein Produkt in den Markt zu bringen, ist eine andere Sache, als eine App zu vermarkten oder einen Antikörper zu lizensieren. Bis hin zur Serienproduk- tion eine robuste Pipeline aufzubauen war eine wirklich große Herausforderung. Da ist es extrem wichtig, sich die richtigen Leute zu holen«, sagt Adlkofer. Sie suchte daher einen Firmenpartner, der internationale Vertriebserfah- rung hat – und fand ihn in Wolf- gang Kintzel. Was fasziniert den heutigen Chief Executive Officer daran, in einem Start-up zu arbei- ten? Er nennt das junge und in- ternationale Team. Und fügt hin- zu: »Wir haben eine extrem reizvolle Kombination aus Pro- duktgeschäft, Verbrauchsmate- rialien und dem Bereich der kom- plexen biologischen Strukturen.« »Fraunhofer war vom ersten Tag an dabei« Auf dem Weg von der Idee zum serienreifen Produkt erhielt das Team viel Unterstützung seitens der Fraunhofer EMB und Fraunhofer Ven- ture. »Fraunhofer war vom ersten Tag an dabei – und ist nun aktiver Gesellschafter und begleitet uns mit Know-how, inter- nationaler Erfahrung und finanziellen Beiträgen.« Mittlerweile verkauft das derzeit 15-köpfige Team den transpor- tablen Zellinkubator weltweit, die Kun- den kommen aus Deutschland, Europa, den USA, Asien mit Schwerpunkt China. »Dass wir in so kurzer Zeit international Fuß fassen konnten, macht mich schon sehr stolz«, sagt Kintzel. Vor ein paar Wochen hat die Cellbox Solutions GmbH sogar eine Tochterfirma an der Ostküste der USA gegründet. Und sorgt somit nun auch vom anderen Ende der Welt aus für einen sicheren Transport biologischer Materialien. 21 o t o h p k c o t s i , s n o i t u o S x o b l l l e C / n n a m r h e W s r a L : s o t o F

2 | 21 Auf den Kopf gestellt: Marius Bierdel will die Landwirtschaft im Klimawandel aus dem All heraus revolutionieren. 23 »Für die Land- wirtschaft sind regelmäßige Daten in einer feldgenauen Auflösung elementar!«

2 | 21 Marius Bierdel, ConstellR GmbH »Darauf sind wir alle stolz« 1 Wann haben Sie schlecht geschlafen? Anfangs waren wir vier Gründer, einer ist jedoch ausgeschieden. Meine schlaflosen Nächte waren vor allem damit verbunden, dass es mit einem Teammit- glied nicht so gelaufen ist, wie wir uns das vorgestellt haben. Da eine Lösung zu finden, war wirklich heraus- fordernd. 2 Welcher Rat hat Ihnen geholfen? Einen wichtigen Rat haben uns die Coaches von Fraun- hofer Venture mit auf den Weg gegeben. Wir sollten bei der Planung des Start-ups nicht mit der Brille schauen, wie viel Geld wir von Investoren bekommen könnten. Stattdessen sollten wir uns überlegen: Wo möchte ich in einem Jahr stehen? Was möchte ich erreichen? Und erst dann darüber nachdenken, wie wir das realisieren und die nötigen Ressourcen dazu an Land holen können. 3 Worauf sind Sie stolz? Persönlich stolz bin ich darauf, dass die ConstellR nach einem Jahr bereits 19 Leute beschäftigt. Und auf die Firmenkultur, die geprägt ist von Feedback, Offenheit und Transparenz. Bei einem solchen Team dabei sein zu dürfen und an einer Sache zu arbeiten, die einen Mehr- wert bietet, darauf sind alle Teammitglieder stolz. 25

2 | 21 »Klimaneutralität umzusetzen – das geht nur, wenn die Forschung alle Möglichkeiten bekommt!« tion komplett nach China verlagert war, zeigt uns, dass wir in Europa in Zukunft bestimmte Grundversorgungen selbst treffen müssen. Der Würfel ist gefallen, Herr Laschet, Sie sind Kanzlerkandidat der Union. Glückwunsch! Armin Laschet: Ich freue mich nun auf einen leidenschaftlichen Wahlkampf! Sind Sie als historisch interessierter Mensch nicht erschrocken, als Ihr CSU-Mit- bewerber Markus Söder die Entscheidung ausgerechnet mit diesem Satz akzeptierte: der Würfel sei gefallen? Im lateinischen Original ist das ja sogar Plural: alea iacta sunt. So wird Julius Caesar zitiert. Gab es für Sie auch Stärken, die sich in Allerdings bevor er mit seinem Heer den zum Sprichwort gewordenen Rubikon überschreitet – und der Bürgerkrieg beginnt. Es war ja klar, dass eine Entscheidung zwischen zwei Parteivorsitzenden und zwischen zwei Ministerpräsidenten nicht einfach werden wird. Aber klar ist uns beiden: Die Union ist nur ge- meinsam erfolgreich und wir haben eine ge- meinsame Verantwortung. In diesem Bewusst- sein kämpfen wir beide für eine starke Union. Dann sind wir ja beruhigt. Was zeich- net Armin Laschet als Kanzlerkandidat aus? Das müssen andere sagen. Von Vorteil ist es, wenn man schon einmal eine Wahl gewonnen hat. Wenn jemand gezeigt hat, dass er ein gro- ßes Land wie Nordrhein-Westfalen regieren kann, ist das sicher auch eine gute Vorausset- zung. Das Entscheidende ist aber, eine Grund- orientierung zu haben. Ich habe eine klare Idee, wo es hingehen soll mit unserem Land: Wir brauchen ein Modernisierungsjahrzehnt! Da hat die Corona-Krise einige Schwächen gnadenlos offengelegt. Dass die Gesundheitsämter am Anfang noch mit Faxgeräten und Papier arbeiten mussten, ist in sehr kurzer Zeit abgestellt worden. Aber es bleibt eine Aufgabe für alle staatlichen In- stitutionen, wirklich digital zu arbeiten. Die Wissenschaft macht es, die Wirtschaft macht es. Da darf der Staat nicht der Letzte sein. Die Pandemie hat uns auch gelehrt, dass wir bei der Versorgung mit medizinischer Schutzausrüs- tung unabhängiger von anderen Ländern sein müssen. Dass billigste OP-Masken als Atem- schutz nicht verfügbar waren, weil die Produk- der Krise gezeigt haben? Echte Hilfsbereitschaft! Da waren die Jungen für die Alten da, da haben sich Menschen im Ehrenamt engagiert. Da hat sich gezeigt, welche Stärke in unserer Gesellschaft steckt. Ich bin mir sicher, wenn wir Bilanz ziehen, werden wir feststellen, dass wir im weltweiten und im euro- päischen Vergleich gut durch die Krise gekom- men sind. Es gab eine große Solidarität. Die aber in der Politik nicht immer erkennbar war. Ach, am Anfang schon. Erst später kam der Dis- sens um die Frage der Öffnungen. Wobei meine Grundposition immer war, dass auch in einer Pandemie die Grundrechte zu gelten haben. Da mag es manchmal pragmatischer sein, alles zu schließen und vieles zu verbieten. Aber ein Ein- griff in die Grundrechte muss tagtäglich auf den Prüfstand! Vorsicht allein kann nicht die Be- gründung sein, dass der Staat in jedem Lebens- bereich seine Ziele mit Verordnungen durch- setzt. Das darf er eben nur, wenn die Gefahr für Gesundheit und Leben akut ist. Sehen Sie in der Klimaerwärmung eine akute Gefahr für Leben und Gesundheit? Klimapolitik wird eine zentrale Herausforde- rung für die nächsten 30 Jahre sein. Ich glaube nicht, dass wir diese gesellschaftliche Aufgabe mit dem Vorschreiben einzelner Lebenswege bewältigen, etwa mit dem systematischen Zu- rückdrängen von Eigenheimen. Ich glaube an die Überzeugungskraft. Nur so gehen die Men- schen auf Dauer mit. Sicher ist, die Maßnahmen zum Klimaschutz werden uns allen viel ab- verlangen. Wir brauchen einen Struktur- 27 h c a b s A k n m o D i i : o t o F

Das Gespräch fand im Büro des Minister- präsidenten statt. Im Hintergrund die Flagge seines Bundeslandes Nordrhein-Westfalen mit den Landesfarben Grün-Weiß-Rot. »Modernisierung gelingt nur mit Forschung – nicht mit Verordnungen und Regeln, nicht mit Vorschriften und Verboten.« Wir haben gut gespeist, und wir hatten viele an- genehme Abende. Das Lebensgefühl der jungen Grünen war uns damals näher als das Lebens- gefühl vieler Älterer in unseren eigenen Reihen. Da sind schöne Kontakte entstanden. Und die haben geholfen, die damaligen Feindbilder aufzubrechen. Wir haben die Gegensätze offen ausgesprochen, hatten aber eine menschliche Wertschätzung. Heute sind die Gemeinsamkei- ten viel größer als damals. Sie sind christlich sozialisiert, bis hin zu Ihrer Arbeit als Chefredakteur einer Kirchenzeitung. Wie wichtig sind Ihnen christliche Werte für die reale Politik? »C« ist der erste Buchstabe im Parteinamen. Sie meinen aber nicht »C« wie Chaos oder »C« wie Crash? Christlich ist eine extreme Herausforderung. Als Politiker müssen Sie einen Grundkompass haben. Der ist bei mir immer europäisch und wird immer christlich bleiben. Sind Sie eher Modell Auge um Auge? Oder halten Sie im Zweifel auch die andere Wange hin? Man muss in der Politik für seine Positionen kämpfen. Und da gibt es viele Kämpfe, die ich gewonnen habe. 2 | 21 1998 Er beendet seine Medienkarriere als Verlagsleiter, zuvor war Laschet Chef- redakteur der »KirchenZeitung Aachen«, Volontär bei Radio Charivari in München und freier Journalist beim Bayerischen Fernsehen. 2018 Rot-grüne Doppelspitze: Armin Laschet mit Cem Özdemir im Karneval. Das Steuerrad hält der CDU-Mann. 2021 Die Kanzler- Geste beherrscht Armin Laschet bereits. Mehr wird die Bundes- tagswahl am 26. September zeigen. 29 sind, wo sich das Klima ändert. Man kann kein Silicon Valley für Deutschland kopieren. Aber ich spüre die Bereitschaft, gerade im Umfeld der Forschung etwas anzupacken. Ein gutes Beispiel ist Biontech. Das brauchen wir tausendfach. Das klingt nach Vision. Was macht die Realität? Die bleibt oft stecken. Sehen Sie, ich teile ja die Idee der Grünen, dass wir innerdeutsch nicht fliegen sollten. Dazu braucht es Alternativen. Mit der Bahn fahren Sie in Deutschland manchmal mit Tempo 300, dann aber wieder auf Trassen, ge- baut gleich nach dem Ersten Weltkrieg. Wir brau- chen schnellere Planungen und Genehmigungen, um das zu erneuern. Sie können aber davon ausgehen, dass jede Bürgerinitiative gegen eine neue Trasse von den Grünen angeführt wird. Das Gleiche gilt bei der Windenergie. Es genügt eben nicht, nur Überschriften zu formulieren. Weil wir gerade bei den Grünen sind: Wann waren Sie das letzte Mal im »Sassella«? Gar nicht so lange her. Ein sehr schönes Res- taurant in Bonn. Seit 1994 haben sich dort die damals jungen Abgeordneten der CDU und der Grünen getroffen. »Pizza-Connection« hieß das. f i a l / n n a m l l e t S a i l u J , U D C / W R N , ) 2 ( a p d , ) 3 ( t a v i r p , h c a b s A k n m o D i i : s o t o F Wer die Karte kennt, der weiß: Pizza wurde dort nicht gegessen.

2 | 21 M it dem Klimawandel wer- den t ropi sche Mosk itos zunehmend heimisch in Deutschland und verbreiten gefährliche Krankheitserreger. Auch hie- sige Mücken sind mittlerweile Überträger. Noch ist die Zahl der registrierten Fälle ge- ring, doch Experten rechnen in den nächs- ten Jahren mit einem rapiden Anstieg. Das West-Nil-Virus hat sich in der Gegend um Leipzig, Halle und im südlichen Branden- burg bereits ausgebreitet. Einen Impf- schutz gibt es nicht – ebenso wenig gegen Zika, Dengue oder Malaria, die schon ver- einzelt in Südeuropa auftreten. Die Gefahr von Zoonosen, also von Krankheitserregern, die vom Tier auf den Menschen überspringen, steigt. Das »Glo- bal Virome Project«, eine internationale Forschungsinitiative, schätzt, dass es mo- mentan etwa 1,6 Millionen verschiedene Viren gibt, die in Säugetieren und Vögeln zirkulieren. Davon sollen etwa 700 000 das Potenzial haben, Menschen zu infizieren. Nicht alle werden von Mensch zu Mensch weitergegeben, machen krank oder kön- nen sogar töten. Trotzdem: Corona wird kein Einzelfall bleiben, da sind sich die Fachleute einig. »Wenn wir Pandemien in Zukunft wir- kungsvoll bekämpfen wollen, müssen wir in der Vakzin-Herstellung wesentlich schneller werden«, sagt Prof. Holger Ziehr, Bereichsleiter Pharmazeutische Biotech- nologie am Fraunhofer-Institut für Toxi- kologie und Experimentelle Medizin ITEM. Er koordiniert das instituts- und fächer- übergreifende Forschungskonsortium »Fraunhofer Vaccine Technologies«, das sich als Reaktion auf die Corona-Pandemie gebildet hat. Hier arbeiten Impfstoff- Experten, Bioverfahrenstechniker, Pro- duktionsingenieure und Verpackungsspe- zialisten daran, Impfstoffe schneller ver- fügbar zu machen – wie entscheidend das ist, haben die Monate der Pandemie gezeigt. Dafür wollen sie Vakzin-Kandidaten zügig in die klinische Prüfung bringen, Techno- logieplattformen entwickeln und vorhal- ten, Fertigung und Verpackung optimieren und massentauglich machen. Weltweit wurden Impfstoffentwick- lung und -produktion seit Jahrzehnten vernachlässigt. Herstellungstechnologien für klassische Totimpfstoffe haben sich seit den 1940er-Jahren kaum verändert, weil sich damit zu wenig Geld verdienen ließ. »Das Bewusstsein für ihre Bedeutung ist infolge der Corona-Pandemie deutlich ge- wachsen«, beobachtet Dr. Sebastian Ulbert, Leiter des Forschungsbereichs Infektions- pathologie am Fraunhofer-Institut für Zell- therapie und Immunologie IZI in Leipzig. Der Virologe und Experte für Zoonosen ist zusammen mit Ziehr einer der Initiatoren von »Fraunhofer Vaccine Technologies«. »SARS-CoV-2 war der Idealfall. Schneller geht es nicht.« Dr. Sebastian Ulbert, Leiter des Forschungsbereichs Infektionspathologie am Fraunhofer IZI »Bei Covid-19«, so erklärt Ulbert, »hatten wir Glück.« Viele günstige Voraussetzun- gen seien zusammengetroffen, die eine schnelle Impfstoffentwicklung ermög- licht haben: Es gab Erkenntnisse und Vor- arbeiten zu den verwandten Coronaviren SARS-CoV-1 und MERS. Das Antigen, das eine schützende Immunreaktion im Kör- per auslöst, war bereits identifiziert. Auch Infektionsmodelle zur Impfstofftestung standen zur Verfügung. »SARS-CoV-2 war der Idealfall. Schneller geht es nicht«, ist er überzeugt. Normalerweise dauert es mehrere Jah- re, um einen vielversprechenden Impfstoff- Kandidaten zu finden – Zeit, die man in einer Epidemie oder Pandemie nicht hat. Deshalb ist es entscheidend, mögliche Kan- didaten für potenzielle Erreger schon zu identifizieren, bevor sie in großen Mengen benötigt werden. Für das West-Nil-Virus ist Ulbert und seinem Team das bereits gelungen. Er- krankte leiden häufig an hohem Fieber, Erbrechen, Durchfall, Erschöpfung, Glie- derschmerzen. In seltenen Fällen kann es auch zu Gehirn- oder Hirnhautentzündun- gen kommen – wie bei FSME, das zur glei- chen Virusfamilie gehört. Im Unterschied zu FSME wird das West-Nil-Virus jedoch nicht durch Zecken, sondern von der Ge- meinen Hausmücke übertragen. In Leipzig mussten vergangenen Sommer elf Patien- ten mit schweren Verläufen stationär be- handelt werden. »Bevor sich das Virus in Deutschland weiter verbreitet – und das wird es sicher tun –, ist es wichtig, einen Impfstoff zu haben, zumal man sich vor Mückensti- chen ungleich schwieriger schützen kann als vor Zeckenbissen«, warnt Ulbert. Jetzt ist er auf der Suche nach Partnern aus der Industrie, um mit seinem Impfstoff-Kan- didaten klinische Studien durchführen zu können. Auch Ziehr und sein Team am Fraun- hofer ITEM konnten bereits einen Erfolg verbuchen: Durch eine Abkürzung des üb- lichen Verfahrens gelang es ihnen, einen Antikörper-Wirkstoff gegen Covid-19 in- nerhalb von sechs Monaten anstatt der üblichen zwei Jahre von der präklinischen in die klinische Phase zu bringen. Der so- genannte Passivimpfstoff soll das Immun- system schwer erkrankter Patienten mit extern produzierten Antikörpern im Kampf gegen SARS-CoV-2 unterstützen. »Auch Virus-Proteine für konventionelle Impf- stoffe wären so problemlos schneller her- zustellen«, sagt Ziehr. Die Lösung: Er und sein Team vermehrten nicht den Klon, al- so die mühsam identifizierte Zelle, die den Antikörper am besten herstellt, sondern einen ganzen Zellpool, der diese Arbeit ebenfalls erledigt – auch wenn hier die einzelne Zelle vielleicht weniger produk- tiv ist. »Wir hatten in einem vorangegan- genen Projekt festgestellt, dass die aus dem Klon hervorgegangenen Zellen nach vielen Teilungen nicht mehr völlig identisch wa- ren. Offenbar waren dabei Fehler passiert«, erklärt Ziehr. Daher stellte sich die Frage: 31 e n i l n o 1 F / y m a A l : s o t o F

2 | 21 Grüner Wasserstoff: »Wir arbeiten am höheren Wirkungsgrad« Ist mit regenerativer Energie erzeugter grüner Wasserstoff der »Rockstar unter den sauberen Energien der Zukunft«, die »Wunderwaffe«, das »Zaubermittel«? Was er wirklich kann, und welches Potenzial er für die Chemieindustrie hat, erklärt Dr. Markus Wolperdinger, Chemiker und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Interview: Dr. Sonja Endres Wasserstoff ist ein wichtiger Ausgangs- stoff für viele Basischemikalien. Warum wird kli- mafreundlicher, aus Wasser gewonnener grüner Wasserstoff bisher in der Industrie nicht in großem Stil eingesetzt? Für die Erzeugung braucht es erhebliche Mengen an erneuerbarer Energie. Und die haben wir noch nicht. Mit den bisherigen Verfahren ist es nicht möglich, effizient und in einer Größenordnung zu produzieren, die mit der konventionellen, bisher wirtschaftlichsten Wasserstoffherstellung aus Erd- gas mithalten kann – die allerdings hohe CO2-Emis- sionen verursacht. Das wollen Sie jetzt mit dem Hydrogen Lab in Leuna ändern, einer Testplattform für die Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff, die Sie in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS aufgebaut haben. Wie kann sie dazu beitra- gen, den Wandel schnell voranzubringen? Was unser Lab einzigartig macht, das unter anderem vom Land Sachsen-Anhalt gefördert wird, ist die In- tegration in einen Chemiepark. So haben wir die An- bindung an die Praxis, sind in die Stoffkreisläufe und Prozesse involviert und profitieren vom direkten Austausch mit den Unternehmen vor Ort. Wir testen verschiedene Elektrolyseur-Systeme, die Wasser un- ter Strom setzen, sodass sich Wasserstoff und Sauer- stoff voneinander trennen. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, arbeiten wir an der Optimierung der physikalisch-chemischen Abläufe im Elektrolyseur, beispielsweise an geeigneten Regelmechanismen. Eine besondere Herausforderung ist, die Elektroly- seure so auszurichten, dass sie mit den schwanken- den Energiemengen gut zurechtkommen. Manchmal gibt es eben viel Wind und Sonne, manchmal wenig, manchmal sogar nichts von beidem. Welche Lösungsansätze haben Sie? Ideal wäre die Schaffung von Speichersystemen als Puffer, wo Wasserstoff bei Überproduktion zu- geleitet und bei Unterproduktion abgeleitet werden könnte. Besonders geeignet für diesen Zweck sind eventuell Salzkavernen, also Hohlräume in Salzstö- cken, die in Mitteldeutschland zahlreich vorhanden sind. Das Fraunhofer IMWS und einige Unterneh- men testen zurzeit diese Möglichkeit. Wie transportieren Sie den Wasserstoff? Im Chemiepark in Leuna gibt es ein Wasserstoff- Pipelinenetz unseres Kooperationspartners Linde, das für den Transport zu den Unternehmen genutzt wird. Das gibt es natürlich nicht überall. Wasser- stoff ließe sich aber auch über normale Erdgas-Lei- tungen befördern, sogar gemeinsam mit Erdgas. Über spezielle Membranen könnte man die beiden Gase beim Empfänger dann wieder trennen. An dieser Methode arbeitet das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS. Wie kann grüner Wasserstoff in Zukunft billiger werden? Kostenreduzierung ist immer eine Frage der Skalie- rung. Das heißt: Wie kann ich eine größere Menge mit derselben Anlagentechnologie produzieren? Die andere Möglichkeit ist, ich nutze viele kostengüns- tige kleine Anlagen und schalte sie nach Bedarf zu 33

2 | 21 Digitalisierung ist Segen. Wir leben online Das Internet täglich genutzt haben im Jahr 2020 in Bayern 75,3 % der Menschen. 117,4 Millionen neue Schadprogramm- varianten wurden in Deutschland 2020 gezählt. 100 Milliarden Euro Schaden allein für die deutsche Wirtschaft sollen 2019 durch Internet-Angriffe entstanden sein. Wir arbeiten online 70 % der Menschen arbeiteten in Hamburg und Berlin dank Internet zumindest gelegentlich im Homeoffice. Wir sehen online Filme oder Serien übers Internet streamten 2020 71,7 % der Menschen in Nordrhein-Westfalen. 108 474 Fälle von Cyberkriminalität erfasste das Bundes- kriminalamt in seiner Statistik für das Jahr 2020. 35

2 | 21 Corona hat gezeigt: Digitalisierung ist Segen. Und Fluch. Wir leben online Das Internet täglich genutzt haben im Jahr 2020 in Bayern 75,3 % der Menschen. 117,4 Millionen neue Schadprogramm- varianten wurden in Deutschland 2020 gezählt. 100 Milliarden Euro Schaden allein für die deutsche Wirtschaft sollen 2019 durch Internet-Angriffe entstanden sein. Wir arbeiten online 70 % der Menschen arbeiteten in Hamburg und Berlin dank Internet zumindest gelegentlich im Homeoffice. Wir sehen online Filme oder Serien übers Internet streamten 2020 71,7 % der Menschen in Nordrhein-Westfalen. 108 474 Fälle von Cyberkriminalität erfasste das Bundes- kriminalamt in seiner Statistik für das Jahr 2020. 35

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nologie, diese von authentischen Aufnahmen zu unterscheiden. Das funktioniert so: Die neuronalen Netze wer- den vom Forscherteam Rot mit vielen Datensätzen, etwa Reden von Politikern, trainiert. Sie lernen die typischen Stimmmuster und können sie damit auch auf neue, noch gar nicht trainierte Wörter anwenden. Den Erkennungsalgorithmus wieder- um füttert das Forscherteam Blau mit Paaren von echten und gefälschten Aufnahmen. Dadurch lernt er mitunter kleinste Unterschiede, etwa ein Rau- schen oder ein nicht richtig gesprochenes Wort. Im Gegensatz zu bisherigen Erkennungsmethoden werden den neuronalen KI-Netzen von den For- scherinnen und Forschern keine festen Regeln vorgegeben, sondern sie lernen die Unterschiede selbstständig. Das klappt in diesem Rahmen mit bekannten Datensätzen zu über 90 Prozent. Die Trefferrate außerhalb der Trainingsdatensätze dürfte jedoch geringer sein. Müller vergleicht das mit bekannten Kunstfälschern, deren Handschrift man schneller identifizieren kann, weil man sie kennt. Tritt ein unbekannter Fälscher auf den Plan, ist das Ge- lernte nicht 1:1 übertragbar, die KI muss neu ler- nen. Das Problem: Es gibt noch zu wenige valide Datensätze, um belastbare Aussagen zu treffen. Deshalb muss Team Rot möglichst variantenrei- che Fakes erstellen, um die Trainingsbasis der Al- gorithmen zu erweitern. Forschende am Fraunhofer-Institut für Tech- no- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kai- serslautern umgehen dieses Problem der unzu- reichenden Datenbasis mit mathematischen Methoden. »Bei Analysen fiel auf, dass GANs beim Generieren von Bildern inhärente Fehler machen. Diese sind zwar für das menschliche Auge kaum sichtbar, lassen sich mathematisch aber sehr leicht im Fourier-Raum abbilden«, erläutert Dr. Janis Keuper vom Fraunhofer ITWM und nun Professor für »Analytics and Data Science« an der Hoch- schule Offenburg. Auf dieser Basis entwickelten sie eine Methode, für die nur sehr wenig Beispiel- daten gebraucht werden, um diese Fehler zuver- lässig zu erkennen. Der Clou: Da der Fehler sys- temisch bedingt ist, können die Algorithmen auch nicht lernen, ihn zu umgehen. Wie lassen sich Deepfakes erkennen? k o o b e c a F , e b u T u o Y , 7 9 9 1 r e b m e v o N , « k c i l B » s u a s s i r s u A , ) 2 ( a p d , ) 2 ( e n i l n o 1 F / y m a A l , A S U / s s e r g n o C f o y r a r b i L , . i g r o a d e p k W i i i / i e r f n e m e g : s o t o F Martin Steinebach und sein Team am Fraunhofer SIT setzen zur Erkennung von Video-Deepfakes auf forensische Methoden wie Rauschanalysen. Mit anderen, teilweise auch KI-basierten Ver- fahren lassen sich minimale Farb- oder Mimik- 2 | 21 5 Tipps für mehr Sicherheit: Achten Sie auf tech- nische Bildfehler – bei untypischen Gesichtsbewegun- gen, Verzerrungen oder Unschärfen an Übergängen. Vorsicht! Am Smart- phone oder Laptop lassen sich technische Ungenauigkeiten schwerer erkennen als am kalibrierten, größeren Monitor. Beobachten Sie die Mimik: Ist sie natürlich und typisch für den Pro- tagonisten, gibt es auffallende Unter- schiede zu vergleich- baren Videos? Sichern Sie die Quellen ab: Woher stammt das Video? In Video- konferenzen durch Rückbestätigung oder digitale Signa- turen den richtigen Gesprächs partner sicherstellen. Hinterfragen Sie Inhalte kritisch: Wie glaubhaft sind die Aussagen, auch außerhalb der eige- nen Filterblase? Im Zweifel bei Fakten- checker-Web seiten recherchieren. unterschiede im Gesicht, ein unnatürlicher Puls oder kleinste Differenzen in den übereinander gelegten Bildern, wie Unschärfen oder Bildfehler, erkennen. »Bei nicht nachbearbeiteten Deepfake- Videos können heute Erkennungsraten um die 70 Prozent erreicht werden. Wird allerdings mit Ab- gleichalgorithmen, Weichzeichnern oder Rausch- filtern nachjustiert, kommt auch die automati- sierte Erkennung an ihre Grenzen. Hier steht die Forschung erst am Anfang«, betont der Experte. Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten bei Lö- sungen des Problems Hand in Hand: So rief Ende 2019 Facebook zu einer großen »Deepfake Detec- tion Challenge« auf mit dem erklärten Ziel, die Forschung weiter voranzubringen. Das soziale Netzwerk stellte 10 000 Deepfake-Videos zur Ver- fügung und circa 2000 Teilnehmende versuchten mit unterschiedlichen Lösungen die Fälschungen automatisch zu erkennen. Das Siegerteam erreich- te eine Erfolgsrate von 65,1 Prozent. Wo die Technik an ihre Grenzen stößt, sind gesunder Menschenverstand und Eigenverant- wortung gefragt. »Inhalte kritisch zu hinterfragen, genau hinzuschauen und vor allem auf vernünf- tige Sicherheitsarchitekturen zu achten, schützt davor, Opfer solcher Täuschungen zu werden«, rät Steinebach (siehe Randspalte). Wenn etwa Video- konferenzen über entsprechende Protokolle und Zertifikate oder Videos mit Herkunftsdaten oder Signaturen grundlegend abgesichert sind, haben Deepfakes kein so leichtes Spiel. Was kann die Politik tun? Die neuen Möglichkeiten haben auch die Politik längst aufgeschreckt. Mit jeder Wahl steigt die Wahrscheinlichkeit auf Manipulation. Deshalb hat die EU unlängst eine Studie zu Deepfakes in Auftrag gegeben, an der auch Murat Karaboga vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovations- forschung ISI in Karlsruhe mitarbeitet. Um das Problem möglichst ganzheitlich zu betrachten, haben er und sein Team 30 Handlungsempfehlun- gen an die EU verfasst, die an unterschiedlichen Hebeln ansetzen. So ließe sich schon die Produk- tion von Deepfakes besser kontrollieren, wenn die dafür notwendige Technologie in der »EU-Verord- nung zur Regulierung von KI« als Hochrisikotech- nologie eingestuft und durch besondere Auflagen reguliert würde. Um die Verbreitung gefakter Vi- deos in den Griff zu bekommen, müssten künftig die großen Plattformen im Rahmen der »EU-Ver- ordnung über digitale Dienste (Digital Services Act)« mehr in die Pflicht genommen werden. Das setzt jedoch voraus, dass Fälschungen sicherer 41

2 | 21 Schärfere Werkzeuge für Justitia fordert Murat Karaboga, Fraunhofer- Institut für System und Innovationsforschung ISI. Aber auch mehr Verant- wortungsbewusstsein und Medienkompetenz beim Nutzer. ? ? ? : s o t o F 43

70,2 Punkte – 2021 68,3 Punkte – 2019 62,3 Punkte – 2017 2 | 21 Deutschland- Index der Digitalisierung 2021 Infrastruktur Digitales Leben Wirtschaft & Forschung Digitales Engagement Digitale Verwaltung Grad der Digitalisierung in Deutschland – Fortschritt in Zwei-Jahres-Stufen Der Deutschland-Index setzt sich zusammen aus den Indizes Infrastruktur (25 %), Digitales Leben (20 %), Wirtschaft und Forschung (20 %), Bürgerservices (10 %) und Digitale Kommune (25 %). Alle gesammelten Daten, Angaben zur Methodik und zum Erfassungszeitraum finden Sie hier: www.oeffentliche-it.de/digitalindex 45

Field Wars – Droiden auf dem Acker 2 | 21 Science-Fiction oder doch bald Realität? Mit Feldschwarm® beteiligen sich das Fraunhofer IVI und IWU an einem völlig neuen Maschinenkonzept für die Land- wirtschaft: Autonome Feldroboter mit regenerativen Antriebs- energien und Schwarmverhalten sollen den ressourcenschonenden Ackerbau der Zukunft prägen. Von Moritz Schmerbeck D ie Weltbevölkerung wächst – und mit ihr wächst der Bedarf an Nahrungsmitteln. Um die Landwirtschaft effizienter zu machen, lau- tete die Devise von Landmaschinenher- stellern: größer, schneller, weiter. Moderne Mähdrescher bringen bis zu 27 Tonnen auf die Waage, Zuckerrübenroder sogar bis an die 60 Tonnen. Störender Nebeneffekt: Die schweren Maschinen verdichten den Unterboden. Dies verringert langfristig die Bodenfruchtbarkeit und begünstigt die Entstehung von Hochwasser – das Konzept stößt an seine Grenzen. Schwarmintelligenz statt Schwergewicht An einer Lösung arbeitet Feldschwarm®. Der Zusammenschluss von vier For- schungseinrichtungen und sieben Unter- nehmen, darunter das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI und das Fraunhofer-Institut für Werk- zeugmaschinen und Umformtechnik IWU, entwickelt Grundlagentechnologien für die Ackerbewirtschaftung von mor- gen. Die Idee: Ein Schwarm autonom oder halb-autonom operierender Feldroboter orientiert sich entweder völlig selbst- ständig auf dem Acker oder an einem von Menschen geführten Leitfahrzeug. S A A L C : o t o F Feldschwarmeinheiten sind kleiner, schmaler und leichter. Die neue Feldbe- arbeitungstechnik ist somit nicht nur fle- xibler als die üblichen Schwergewichte, sie schont bei gleichem Ertrag den Boden und erhöht durch individuelle Bodenbe- arbeitung die Qualität der Feldfrüchte. Um die nötige Technologie dafür zu entwickeln, setzten die Forschenden auf eine enge Zu- sammenarbeit in den Bereichen Landtech- nik, Werkstoffwissenschaft, Elektrotech- nik, Maschinen- und Fahrzeugbau sowie Energie-, Anlagen- und Automatisierungs- technik. Die Entwicklungsaktivitäten betreffen zu einem großen Teil die Umfeldsensorik. Einerseits damit Hindernisse zuverlässig erkannt sowie die Positionen der Feldro- boter zentimetergenau bestimmt werden können. Nur so lassen sich dynamische Schwarmkarten für die Navigation erstel- len und die Routen der einzelnen Einhei- ten mit deren Schwarmmanövern exakt abfahren. Andererseits wird Sensorik ent- wickelt, die fortwährend die Bodenbeschaf- fenheit analysiert und die Intensität der Bodenbearbeitung individuell und in Echt- zeit steuert. Eine gleichmäßig hohe Boden- qualität ist das Ergebnis. Funktionaler Leichtbau und elektrische Antriebstechnik – beides Schlüsseltech- nologien des Feldschwarm®-Konzepts – tragen darüber hinaus zur Gewichts- reduktion bei. Neu entwickelt werden zu- dem Bodenbearbeitungswerkzeuge, die zugleich Vortriebskräfte erzeugen. Die Sy- nergie führt zu einer Entlastung des pri- mären Elektroantriebs und folglich zu einem idealen Energieeinsatz mit wenigen Verlusten. Denn der Zusatzvortrieb spart überflüssiges Gewicht und Leistung auf den Antriebsrädern. Das Projekt Feld- schwarm ist nur eine von vielen Initiativen der Fraun hofer-Gesellschaft im Bereich Smart Farming. Innovationsdurststiller COGNAC Im Fraunhofer-Leitprojekt »Cognitive Agriculture« (COGNAC) forschen acht Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Experimen- telles Software Engineering IESE. Ihr Ziel: Smart Farming par excellence, um Landwirtinnen und Landwirten in einer digitalisierten Welt hohe Produkti- vität im Einklang mit Nachhaltigkeit, Res- sourceneffizienz und Produktqualität zu ermöglichen. Mithilfe innovativer Kon- zepte für Automatisierungen, neuartiger Sensorik und KI-gestützten Entscheidungs- helfern baut Fraunhofer ein datenbasier- tes landwirtschaftliches Ökosystem auf – einen »Agricultural Data Space«, der zum Meilenstein in der digitalisierten Land- wirtschaft werden soll. Beeindruckend – und beeindruckend schwer: Bis zu 27 Tonnen wiegen moderne Mähdrescher. 53

S ie strömen als mikroskopisch kleine Zeitbomben durch den Körper. Krebszellen, die sich von einem Tumor abgelöst ha- ben, können den Tod bringen – indem sie durch die Blutbahn zu anderen Organen gelangen und dort Metastasen bilden. Nur einer von zehn Krebstoten stirbt am Pri- märtumor. In 90 Prozent der Fälle sind es Tochtergeschwülste, die das Leben kosten. Die Krebsforschung kennt das zerstö- rerische Potenzial der zirkulierenden Tu- morzellen (Circulating Tumor Cells, kurz CTCs) schon lange. Doch bisher war es äu- ßerst schwierig, ihrer habhaft zu werden. Bei Krebspatienten findet man in einem Milliliter Blut nur einige Dutzend CTCs – neben zehn Milliarden roten und weißen Blutkörperchen. Diese sprichwörtlichen Nadeln im Heuhaufen kann ein neues Sys- tem aufspüren, das vom Fraunhofer-In- stitut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM entwickelt wurde. »Unser CTCelect- System ist das erste, das zirkulierende Tumorzellen gleichzeitig in einem voll- automatisierten Prozess anreichern und vereinzeln kann«, erklärt Projektleiterin Dr. Sabine Alebrand vom Fraunhofer IMM. Damit erschließt das System neue Per- spektiven für Forschung und Therapie. Denn die zirkulierenden Tumorzellen ste- cken noch voller Geheimnisse. Viele Fragen lassen sich an ihnen untersuchen: Welche CTCs haben das Potenzial, Metastasen zu bilden? Wie kann man das verhindern? Wie unterscheiden sie sich vom Primärtumor? Eine Blutprobe genügt Um bei einem Krebspatienten die zirku- lierenden Tumorzellen zu isolieren, benö- tigt das CTCelect-System eine Blutprobe, die normalerweise 7,5 Milliliter hat. Im ersten Schritt werden die CTCs angerei- chert. Dazu versetzt man die Blutprobe mit winzigen magnetischen Kügelchen. Diese sogenannten Beads sind mit einem Antikörper beschichtet, der spezifisch an Krebszellen bindet. Mithilfe eines Mag- neten können die Beads mit den daran haftenden Krebszellen aus der Blutprobe gefischt werden. k c o t S e b o d A : o t o F Eine große Herausforderung war die Entwicklung des Moduls, in dem die CTCs isoliert werden. Dafür werden die Zellen zuerst mit einem fluoreszierenden Farb- stoff markiert und dann in einen mikro- fluidischen Chip eingeleitet: Während sie durch die winzigen, mäandrierenden Ka- näle strömen, wird ihre Fluoreszenz op- tisch detektiert. Sobald eine Zelle erkannt ist, gibt es einen Druckstoß auf den Chip Nur einer von zehn Krebspatienten stirbt am Primärtumor. und an der Spitze fällt ein Mikrotropfen heraus, der eine einzelne Zelle enthält. »Die Kunst dabei war, die Mikrofluidik so prä- zise anzusteuern, dass in jedem Tropfen wirklich genau eine Zelle ist«, verdeutlicht Alebrand. »Bei der Untersuchung der CTCs zählt jede einzelne Zelle.« Projektpartner Prof. Jürgen C. Becker bestätigt den Erfolg. Der Leiter des Instituts für Translational Skin Cancer Research am Universitätsklinikum Essen hat reale Blut- proben untersucht. »Die molekularen Ana- lysen der einzelnen Zellen zeigen eindeutig, dass es sich wirklich um Tumorzellen han- delte«, erläutert Prof. Becker in einem frü- heren Interview und weist auf die Bedeu- tung hin. »Diese Analysen ermöglichen ganz neue Einsichten in die Heterogenität von Tumoren und erklären damit das nur schwer vorhersagbare Ansprechen bezie- hungsweise Versagen von Therapien.« Im Gegensatz zu vielen anderen Pro- jekten wurde hier nicht nur die technische Entwicklung gefördert, sondern auch die klinische Validierung und die Bedarfsana- lyse bei potenziellen Anwenderinnen und Anwendern. Möglich wurde dieser inte- grative Ansatz durch das VIP+-Programm 2 | 21 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF. Das Programm hat zum Ziel, die Wege von der Forschung in den Markt zu verkürzen. Die Anwender gleich im Blick »Der Kreis möglicher Anwendungsbereiche ist groß«, erklärt Dr. Heike Aichinger vom Fraunhofer-Institut für System- und Inno- vationsforschung ISI. Um herauszufinden, in welchen Bereichen CTCelect eingesetzt werden könnte und welche Anforderungen die verschiedenen Anwendergruppen an das System stellen, führte Aichinger Inter- views mit Expertinnen und Experten aus Forschung und Diagnostik, die zum Bei- spiel in Forschungslaboren in der Univer- sitätsmedizin, Dienstleistungslaboren für die Routine-Versorgung oder in der For- schung bei multinationalen Pharmaunter- nehmen tätig sind. »Gerade im wissen- schaftlichen Kontext besteht der Wunsch nach Flexibilität, möglichst viele Parame- ter sollen frei wählbar sein. Dies bietet das CTCelect-System«, betont Aichinger. »Zum Beispiel könnten durch den Austausch der Antikörper für die Anreicherung perspek- tivisch unterschiedliche Typen von CTCs isoliert werden. Dahingegen steht in der Routine-Diagnostik der Aspekt der Stan- dardisierung im Vordergrund.« In der Be- fragung wurde auch deutlich, dass sich die künftigen Nutzerinnen und Nutzer eine Parallelisierung der Ansätze wünschen, um den Durchsatz zu erhöhen. Bevor das System einmal in der Routinediagnostik eingesetzt werden kann, ist noch viel Ent- wicklungsarbeit nötig. Zuerst wird aber ein Investor gesucht, um das System auf den Markt zu bringen. An Forschungsfragen, die in der Krebsme- dizin geklärt werden können, besteht kein Mangel. Zusammen mit Prof. Becker haben die Fraunhofer-Forschenden bereits einen Antrag für weitere Untersuchungen an zir- kulierenden Tumorzellen initiiert. CTCelect im Video: Der Hürdenlauf der mikrofluidischen Systementwicklung https://s.fhg.de/mikrofluid 55

2 | 21 Integrierte Prozesskaskade zur chemisch-biotechnologischen Verwertung von CO2 Absorptions-/ Desorptions- schritt Elektrochemischer Schritt Biotechnologischer Schritt Produkt- aufarbeitung H2, CO O2 H2 + CO2- Reduktions- produkte Elektro- chemischer Reaktor Fermentation Produkt- abtrennung End- produkt Erneuerbare Stromquellen Strom H2O CO2 Luft aus der Atmosphäre zu verändern, dass es Ameisensäure und Methanol zu einem knallroten Farbstoff umsetzt – einem sogenannten terpenoiden Farbstoff. Terpene sind eine chemische Stoff- klasse, die vielseitig eingesetzt wird – nicht nur in Farb- stoffen, sondern beispielsweise auch als Geschmacks- und Geruchsstoff. »Damit ist es uns erstmals gelungen, das Kohlendioxid in einer Prozesskette in ein hochwertigeres Produkt umzusetzen.« Was so einfach klingt, war anspruchsvolle Arbeit. Die Expertinnen und Experten mussten den elektrochemischen Teil mit dem bio- technologischen verknüpfen und dafür sorgen, dass stets genug Ameisensäure zur Verfügung steht, damit die Bakte- rienkultur versorgt ist. Etliche Pumpen, Kolben, Regler und Sensoren mussten dafür miteinander verbunden werden. Ein weiteres Ziel war die Automatisie- rung. Immerhin sollen solche Anlagen ununterbrochen von allein laufen. Mehr noch: Will man den Klima- wandel künftig zumindest zu einem Teil mit CO2-Abscheidern bekämpfen, dann müssen sehr große Mengen von Kohlendioxid aus der Luft geholt werden. Denn durch die Verbrennung von Gas, Kohle und Öl gelangen jährlich 38 Milliarden Tonnen in die Atmosphäre. Das Ziel von Celbi- con war es deshalb, den Durchfluss der Anlage zu erhöhen. »Die Technik funktioniert« In den ersten Laborversuchen lag die Ausbeute pro Durchgang bei rund 150 Milliliter Ameisensäure. Einer i l h s a p s n U / n e n a p p m e K o k k a a J : o t o F Durch die Verbrennung von Gas, Kohle und Öl gelangen jährlich 38 Milliarden Tonnen CO2 in die Atmosphäre. der Partner, die Firma Gaskatel, hat dann eine größere Elektrolyse-Zelle aufgebaut, die jetzt 10 Liter liefert. Kom- biniert man mehrere Zellen, lässt sich die Ausbeute noch deutlich steigern. Natürlich ist das noch weit von einem künftigen Tausende-Tonnen-Maßstab entfernt. »Aber mit unserer Anlage haben wir den Beweis erbracht, dass die Technik funktioniert«, sagt Fabarius. Als Nächstes wollen die Forscher die Bakterien auf Höchstleistung trimmen. Andere Mikroben wie das Darm- bakterium Escherichia coli, das unter anderem für die Herstellung von Arz- neimitteln genutzt wird, wurden in jahrzehntelanger Forschungsarbeit optimiert. Methylorubrum extorquens ist weit weniger gut erforscht, hier sieht das Fraunhofer IGB-Team noch Bedarf. Das Potenzial der biotechnischen Kohlendioxid-Verarbeitung ist in je- dem Fall riesig, weil Bakterien eine Fülle von chemischen Verbindungen liefern können – unter anderem Milch- säure oder Polyhydroxybuttersäure, die sich für die Kunststoffherstellung eignen. »Solche Produkte sind der Einstieg in eine echte Kreislaufwirtschaft«, erklärt Lénárd-István Csepei. »Koh- lendioxid aus der Atmosphäre wird in Produkte umge- setzt. Je langlebiger sie sind, desto länger bleibt das Koh- lendioxid der Atmosphäre entzogen – und durch Recyc- ling könnten sie wiederverwertet werden.« Selbst wenn die Kunststoffe irgendwann verbrannt werden sollten, gelangt nur so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre, wie man ihr vorher entzogen hat. 57

SPANIEN Weniger Gewicht, mehr Reichweite E-Mobilität und Leichtbau bestimmen die Entwicklung moderner Fahrzeuge. Im ALMA-Projekt arbeitet das Fraun- hofer-Institut für Techno- und Wirt- schaftsmathematik ITWM zusammen mit acht europäischen Organisationen an energieeffizienteren und nachhalti- geren Autos – unter anderem, indem sie deren Gewicht reduzieren. Das spa- nische Automotive Technology Centre of Galicia übernimmt die Projektlei- tung und Materialcharakterisierung. Das Fraunhofer ITWM erstellt maß- geschneiderte Simulationstools, die SCHWEIZ Digitaler Weltempfänger Störungsfreien, globalen Digitalradio- Empfang für unterwegs bietet eine neue Android-App, entwickelt am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Kooperation mit dem Schweizer Unternehmen Star- s e v a w r a t S , T I I , ) 2 ( o t o h p k c o t s i : s o t o F Für die Nutzung der App wird lediglich ein gängiger Radio-Empfänger-Dongle mit USB-Anschluss benötigt. dabei helfen, Festigkeit und Schädi- gungsverhalten einzelner Fahrzeug- teile vorherzusagen und Leichtbau- strukturen zu optimieren. Ziel ist eine Gewichtsreduktion der Fahrzeug- struktur um 45 Prozent. waves. Sie funktioniert auch dann, wenn lokale Mobilfunknetze nicht ver- fügbar sind. Die »Starwaves DRM Soft- Radio«-App enthält Fraunhofer IIS- Entwicklungen wie den xHE-AAC- Audio codec für optimale Tonqualität selbst bei niedrigsten Datenraten und den Journaline Dienst, der auch ohne Internetempfang aktuelle Nachrich- ten, Sportergebnisse, Wettervorher- sagen, Reisetipps, Verkehrsinfos und Notfall-Alarmierungen bereitstellt. 2 | 21 Eine besonders leichte Fahrzeugstruktur soll die Effizienz und Reichweite von Elektrofahrzeugen verbessern. SPANIEN Mikroelektroden gegen Nervenschäden Mit intramuskulären Dünnfilm-Elektro- den hilft das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT, patho- logischen Tremor zu lindern und alter- native Therapien zu ermöglichen. Bislang sind komplexe chirurgische Eingriffe nötig, um Nervenelektroden zu implantieren. Im EU-Projekt EX- TEND, koordiniert vom Spanish Natio- nal Research Council, entwickeln neun Partner minimalinvasive Technologien für die Echtzeit-Kommunikation zwi- schen Nerven und externen Geräten, um Bewegungsstörungen beispiels- weise durch Elektrostimulation zu korri gieren. Ermöglichen sollen dies so genannte bidirektionale, hyper-ver- bundene neuronale Systeme (BHNS), die über ein Netzwerk implantierter, drahtloser Mikroelektroden die neuro- muskuläre Aktivität synchronisiert erfassen, analysieren und stimulieren. 59

W ie fing es an? Ganz zu Beginn war es nur ein kleines IBM-Team von Physikern im T. J. Watson For- schungszentrum in Yorktown Heights, nördlich von New York City, das nach jahrelanger Forschungsarbeit im Jahr 2015 den ersten 5-Qubit-Prozessor im Labor präsentierte. Dieser kleine Chip hat mittler- weile eine technologische Revolution in Gang gebracht, die das Potenzial hat, die Zukunft der Computertechnik auf Jahrzehnte hinaus zu prägen. Im Mai 2016 machte IBM eben- diesen ersten Quantenprozessor in der Cloud für jedermann verfügbar. Für mich ganz persönlich war das ein Mo- ment, in dem mir klar wurde: Hier entsteht etwas ganz Besonderes – der Start von Quan- tum Computing in der Cloud. Seitdem ist viel passiert. Die eigentliche Herausforderung stand noch vor uns: einen Quantencomputer zu bauen, der Aufgaben lö- sen kann, die Industrien revolutionieren kön- nen, an denen aber klassische Supercomputer und Großrechner scheitern. Zu den bisher erkundeten Anwendungsbereichen gehören beispielsweise die quantenmechanische Si- mulation von Molekülen, die zeitnahe Berech- nung von Risiken bei Investmentportfolios oder die beschleunigte Analyse von Elemen- tarteilchenkollisionen mithilfe von KI-Tools. Diese Aufgabe bedarf aus unserer Sicht- weise des Zusammenbringens dreier mäch- tiger Denkweisen. Zunächst die wissenschaft- liche Denkweise, die stets danach strebt, die fundamentalen Gesetzmäßigkeiten und Ursa- chen zu verstehen, auf denen alles gründet. Dann der Ansatz der »Roadmaps«, der einen genauen Fahrplan für die Entwicklung der Technologie und Produkte der nächsten Jah- re festlegt. Und schließlich die Idee einer agi- len Unternehmens- und Team-Kultur, die aus der Welt der Software entspringt und deren Ziel es ist, innerhalb eines Projekts fortlau- fend Verbesserungen und Mehrwert zu ge- nerieren. Die wissenschaftliche Denkweise ist die Quelle neuer bahnbrechender Ideen – und sie war es auch für den Quantencomputer. Hier- zu brauchte es zunächst die grundsätzliche Idee und ein fundamentales Verständnis der Grundlagen, was stets verbunden ist mit ho- »Es stimmt mich optimistisch, dass Fraunhofer mit seinem direkten Draht zur Industrie diese Phase mitgestaltet.« Dr. Heike Riel Ein besonderer Tag war für Dr. Heike Riel der 15. Juni, als der erste IBM Quantum System One in Europa der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Betrie- ben wird der Quanten- computer in einem Ge- meinschaftsprojekt mit IBM und der Fraunhofer- Gesellschaft. Heike Riel, in Nürnberg geboren, lernte Schrei- nerin, bevor sie Physik an den Universitäten Erlangen-Nürnberg und Bayreuth studierte. Schwerpunkt ihrer Forschung war die Halbleiter-Physik. 2003 wurde Heike Riel von der »Technology Re- view« des Massachusetts Insti tute of Technology unter die Top 100 der Nachwuchswissenschaft- lerinnen und -wissen- schaftler gewählt. 2012 erhielt sie einen Preis der Schweize rischen Vereini- gung der Ingenieurinnen, 2005 den Preis für An- gewandte Physik der Schweizer Physikalischen Gesellschaft. 2013 wurde sie IBM Fellow. 2 | 21 hem Risiko, aber hoffentlich auch großem Nut- zen und Gewinn. Unschwer zu erraten: Das benötigt einen langen Atem. Auch beim Quan- tenrechner hat es schließlich fast 40 Jahre ge- dauert, die Idee in die Realität umzusetzen. Durch eine gute Zusammenarbeit zwischen Universitäten, Forschungseinrichtungen und der Industrie können aber auf diesem Weg vielversprechende Innovationen und wirt- schaftliche Vorteile generiert werden. Darüber hinaus ist eine klar definierte »Roadmap« für die Technologie ein essenziel- ler Schritt, um ein Ökosystem von unabhän- gigen Partnern und deren Investitionen auf- zubauen und zu koordinieren. Einen guten Schritt in diese Richtung haben wir mit unse- rer Entwicklungs-Roadmap zur Hard- und Software der IBM Quantencomputer getan. Darin zeigen wir auf, wie wir die Quanten- prozessoren weiterentwickeln werden und parallel ein offenes Software-Ökosystem auf- bauen wollen. So werden wir über die nächsten drei Jah- re die Anzahl der Quantenbits (Qubits) auf einem Prozessor auf über 1000 Qubits erhöhen und gleichzeitig weitere Parameter, die die Leistungsfähigkeit bestimmen, optimieren. Unser Ziel ist es, mit dem Quantencomputer stets komplexere Probleme zu lösen und den sogenannten Quantenvorteil möglichst bald zu erreichen – also zu zeigen, dass ein Quan- tencomputer für seine klassischen Pendants unlösbare Probleme knacken kann. Die Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten, bei denen Quantencomputer die Lösung von Problemen beschleunigen oder gar erst er- möglichen könnten, ist groß. Und nur durch enge Kooperation mit Unternehmen und For- schungseinrichtungen werden wir das Poten- zial der neuen Technologie ausschöpfen. Mit der Fraunhofer-Gesellschaft als welt- weit führender Organisation für anwendungs- orientierte Forschung steigt nun ein Schlüs- selpartner ins Boot – einer, der die vitale Rol- le eines Bindeglieds zwischen Wissenschaft und Industrie erfüllt. Es stimmt mich opti- mistisch, dass Fraunhofer mit seinem direkten Draht zur Industrie diese Phase mitgestaltet, in der die ersten Quantencomputer aus dem Labor in die Hände der Anwender aus den ver- schiedensten Branchen gelangen. 61 V T S g n i r e e n g n E s s i i w S / r e g n u H k N i : o t o F

2 | 21 Steife Brise Die Umweltbelastung durch Schiffe soll drastisch verringert werden. In der Theorie ist das geregelt. Doch die Überwachung fällt bis heute schwer. Jetzt wird es möglich, die Schadstoffquellen zuverlässig zu ermitteln – Gegenwind für Klimasünder. Von Dr. Monika Offenberger 3% des weltweiten Ausstoßes von Kohlendioxid und 13% von Stickstoff und Schwefel werden durch die Schifffahrt verursacht. D er globale Schiffsverkehr trägt erheblich zum Klimawandel und zur Umweltver- schmutzung bei. Schätzungen zufolge geht der weltweite Ausstoß von Kohlen- dioxid zu 3 Prozent, der von Stickstoff und Schwefel zu 13 Prozent respektive 15 Prozent auf das Konto der Seeschifffahrt. Durch internationale Regelungen soll die Emission dieser Treibhausgase und Luftschadstof- fe drastisch reduziert werden: Seit dem 1. Januar 2018 sind Reedereien verpflichtet, den CO2-Ausstoß ihrer Schiffe bei Reisen von, nach und innerhalb europäi- scher Gewässer der EU zu melden. Und seit 1. Januar 2020 darf auf hoher See nur noch Schweröl mit einem Anteil von höchstens 0,5 Prozent statt bisher 3,5 Pro- zent Schwefel verbrannt werden. Das ist die Theorie. In der Praxis ist jede Vorschrift nur so gut wie ihre Überwachung – und die ist alles andere als einfach. Daher lautet die entscheidende Frage: Wie lassen sich Emissionen zuverlässig erfassen und zweifelsfrei be- stimmten Schiffen zuordnen? Antworten darauf suchen zwei Forschungsteams am Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienst- leistungen CML in Hamburg. Im Projekt EmissionSEA nutzen sie Aufzeichnungen von Wetterdiensten so- wie Navigationsdaten von Schiffen, um Rückschlüsse auf deren CO2-Emissionen zu ziehen. Und im Projekt SCIPPER entwickelt das CML als einer von 17 Part- nern aus acht europäischen Ländern neue Messme- thoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Luftschadstoffen. Beiden Projekten ist gemeinsam, dass sie zur weltweiten Überwachung und Bewertung von Schiffsemissionen beitragen wollen; die darin entwickelten Tools sollen künftig sowohl Schiffs- eignern als auch Kontrollbehörden zur Verfügung stehen. Was sie unterscheidet, bringt EmissionSEA- Projektleiterin Constance Ugé auf die knappe Formel: »Wir schätzen Emissionen, die Kollegen von SCIPPER messen sie.« Ein Schiff setzt umso mehr Abgase frei, je mehr Kraftstoff es verbrennt. Der Verbrauch – das kennt k c o t s r e t t u h S : o t o F man ja vom Autofahren – hängt nicht nur von Größe und Ladung des Gefährts sowie von den Wetterbedin- gungen ab, sondern auch von der gewählten Route und vom Fahrstil. »Diese Variablen kennt nur die Schiffsbesatzung. Das sind Betriebsgeheimnisse, die keine Reederei gerne herausgibt, die aber für die Um- weltbelastung bedeutsam sind«, betont Constance Ugé. Gemeinsam mit der Hochschule Wismar, der JAKOTA Design Group und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. entwickelt die Wissenschaftlerin eine Rechensoftware, die auch ohne diese internen Informationen aussagekräftige Schätzwerte generiert. Dazu gleicht sie Informationen der Wetterdienste mit Positionsdaten des Automatischen Identifikations- systems (AIS) ab: »Dieses Funksystem wurde ursprüng- lich eingerichtet, um Schiffskollisionen zu verhindern. Doch die AIS-Daten geben auch Auskunft darüber, wo welche großen und mittelgroßen Schiffe langge- fahren und wie schnell sie vorangekommen sind. Aus den angegebenen Tiefgangdaten können wir schließen, ob ein bestimmtes Schiff wenig oder stark beladen war und wie viel Kraftstoff es verbraucht hat. Und das verrät uns letztlich, wie viel CO2 es emittiert hat.« Diese Informationen will das EmissionSEA-Team online verfügbar machen und so aufbereiten, dass auch interessierte Schiffseigner davon profitieren. »Wir haben einen Demonstrator entwickelt, auf dem man die historischen Reiserouten und den CO2-Verbrauch individueller Schiffe nachvollziehen kann«, erklärt Ugés Kollege Hans-Christoph Burmeister. Er soll künf- tigen Nutzern ermöglichen, alternative Schiffsrouten oder unterschiedliche Fahrtgeschwindigkeiten hin- sichtlich ihrer CO2-Emissionen zu bewerten. Vor allem sollen sich damit eigene Routenentscheidungen und die resultierenden Verbrauchswerte mit denen ande- rer Flotten vergleichen lassen. »So wollen wir ein Be- wusstsein schaffen und Orientierungshilfen geben, wie sich der Treibstoffverbrauch optimieren und CO2 einsparen lässt, beispielsweise durch effizientes Wet- ter-Routing«, so Burmeister, also die Streckenopti- mierung nach meteorologischen Daten. 63

Herzens- Sache(n) Herzkatheter: hochwertiger Kunststoff für anspruchsvolle Aufgaben. D ie Herzkatheter-Intervention ist in Deutschland ein lebensret- tender Standardeingriff: Knapp 750 000 Mal im Jahr geht das Prozedere unter die Haut und dringt bis in das Herz vor. Die Elektrophysiologie-Katheter – wie Medizinerinnen und Mediziner sie nen- nen – bestehen aus hochwertigen Kunst- stoffen. Es ist also sinnvoll, sie mehrfach einzusetzen. Aufbereitete Katheter retten im Durchschnitt 2,1 Herzen – und helfen auch Patientin Erde. Forschende des Fraunhofer Cluster Circular Plastics Economy CCPE belegen, dass die Wiederaufbereitung von Medizin- produkten sich in mehrerlei Hinsicht auszahlen kann. Dabei untersuchen die Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler den Lebenszyklus von Elektrophysiologie-Kathetern. Sie verglei- chen die Neuproduktion mit dem Wieder- aufbereiten – Medical Remanufacturing. Dieses reduziert den CO2-Fußabdruck um über 50 Prozent. Der Ressourcenverbrauch geht um fast ein Drittel zurück. Patientensicherheit steht an erster Stelle. Die auf den ersten Blick kurze Lebensdau- er eines Herzkatheters liegt nicht an der Qualität des Materials. Viel eher sind die hohen Standards der zertifizierten Wie- derherstellungsverfahren dafür verant- wortlich. Die Medizinprodukte müssen 2 | 21 Selbst Medizinprodukte fürs Herz lassen sich heute recyceln. Das ist ökologisch sinnvoll und medizinisch unbedenklich – und rechnet sich nicht nur wirtschaftlich, sondern auch für Patientin Erde. Von Moritz Schmerbeck validierte Reinigungs- und Sterilisations- verfahren sowie umfangreiche Funktio- nalitäts- und Hygieneprüfungen durch- laufen. Vor einem erneuten Einsatz sind zahlreiche Hürden fehlerfrei zu nehmen. Schon eine unleserliche Seriennummer bringt das vorzeitige Aus. Ein Katheter rettet im Durchschnitt 2,1 Herzen. Medical Remanufacturing ist häufig die einzige Chance für Medizinprodukte, im Kreislauf zu bleiben. Sie bestehen meist aus Hochleistungspolymeren mit exzel- lenten Eigenschaften. Im Fall der Herzka- theter muss der Kunststoff besonders glatt sowie stabil und flexibel zugleich sein, um verletzungsfrei durch die Adern zum Herz zu gelangen. Das Recycling solcher Spe- zialkunststoffe ist industriell jedoch nicht abbildbar und daher unwirtschaftlich. Landen die Herzkatheter in der Tonne, en- den sie in der Müllverbrennung, um noch einen Funken Energie zu gewinnen. Oder eben auf der Deponie, wo sie dank ihrer beständigen Produkteigenschaften die Herzkatheterpatientinnen und -patienten um ein Vielfaches überleben. Medical Re- manufacturing hingegen stellt sicher, dass die Qualität erhalten bleibt und den hohen medizinischen Anforderungen auch bei einem zweiten Einsatz zuverlässig genügt. Die ökologische und ökonomische Syn- ergie ist Vorbild für viele weitere Anwen- dungsbereiche. Anna Schulte, Leiterin der Studie am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, resümiert: »Unsere Studie hat gezeigt, dass das Medical Remanufactu- ring von medizinischen Einwegprodukten in beiden Kategorien – CO2-Fußabdruck und Ressourcenverbrauch – im Vergleich zur Neuproduktion von Herzkathetern zu signifikanten Einsparungen führt. Es ist ein tolles Beispiel, wie die Transformation hin zu einer Circular Economy gelingen kann. Und das sogar im hochsensiblen Medizinbereich.« Zahlreiche Kliniken setzen bereits auf Medical Remanufacturing. Vor allem der Aspekt der Wirtschaftlichkeit findet dort großen Anklang. Das Gesundheitssystem kann dadurch nachhaltig entlastet werden – und zwar ohne Kompromisse bei Sicher- heit und Funktionalität. 65 G A d r a u g n a V : o t o F

2 | 21 Joseph-von- Fraunhofer- Preise Seit 1978 verleiht die Fraunhofer- Gesellschaft Preise für herausragende wissenschaftliche Leistungen ihrer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. teilen des Signals wirkt sich nicht nur po- sitiv auf die Energie aus, die der Sensor- knoten verbraucht, sondern lässt die Übertragung auch robuster werden: Selbst dann, wenn einige Datenschnipsel auf ih- rem Weg zur Sammelstelle beschädigt wer- den sollten, lässt sich die Nachricht wieder komplett herstellen. Anwendungen für mioty® finden sich allerorts: Bei der Umweltdatenerfassung in der Landwirtschaft, der Überprüfung von Rohrleitungen auf Korrosion und Le- ckagen ebenso wie der Steuerung von Kli- maanlagen oder der Fernwartung und -überwachung von Anlagen wie Raffine- rien. »Die Anwendungen sind so vielfältig wie die zu übertragenden Datenschnipsel«, bestätigt Schlicht, der seine Erfahrung in der Lizensierung und Vermarktung in das Team einbrachte. Am Ziel: Standardisierung, Vermarktung, Lizensierung Eine weitere Besonderheit: Das Forscher- team hat die Technologie nicht nur ent- wickelt, sondern auch in eine ETSI-Spe- zifikation eingebracht – das European i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F Gemessen wird überall – doch wie lassen sich die Daten zuverlässig und energiearm über weite Entfernungen übertragen? Telecommunications Standards Institute ETSI schafft weltweit anwendbare Stan- dards für die Informations- und Kom- munikationstechnologie. »Wir bieten mit mioty® die erste standardisierte Low-pow- er-Wide-area-Kommunikationslösung an, welche auf unserem Telegram-Splitting basiert«, hebt Bernhard eines der wichti- gen Alleinstellungsmerkmale der mioty- Technologie hervor. Josef Bernhard leitete die Arbeiten in der Standardisierungs- gruppe. Ein Funkkommunikationssys- tem alleine lässt sich jedoch nur schwer vermarkten, schließlich brauchen Kun- den Lösungen, nicht nur Technologien. Seit 2018 übernimmt unter anderem das Unternehmen BehrTech aus Kanada die Aufgabe, mioty®-basierte Lösungen zu entwickeln und zu vermarkten. Suchen interessierte Unternehmen Kontakt zu Chip-Design-Anbietern oder Distributoren der mioty®-Software, so ist die internatio- nale »mioty alliance« die richtige Adresse. Derzeit umfasst sie 25 Mitglieder, darunter bekannte Unternehmen wie Texas Instru- ments, Diehl, Ragsol und stackforce. Zur Lizenzierung wurde von der Firma Sisvel der mioty®-Patentpool gegründet. »Mit einem gehörigen Anteil Agilität und Hart- näckigkeit haben wir aus einer ersten Idee ein lizenzfähiges Produkt auf dem Markt platziert: ein standardisiertes Funkproto- koll, das sich im realen Umfeld behaupten wird«, ist sich Bernhard sicher. 67

Das ist keine Kleinigkeit. Denn Redox- Flow-Zellen sind eine der Schlüsseltech- nologien für die Energiewende: Sie sind zyklenstabil – ihre Kapazität nimmt also auch nach Tausenden Zyklen nicht merk- lich ab – sind nicht brennbar und sie lassen sich in puncto Leistung und Kapazität auf den Bedarf auslegen. Auch brauchen sie keine kritischen Materialien und ihre Elek- trolyte können vollständig zurückgewon- nen werden. Doch: Bis dato waren sie schlichtweg zu teuer für den Massenmarkt. Kostengünstig, leicht und kompakt Ausgehend von der Kaffeeküchenidee ist mittlerweile ein fertiges Produkt entstan- den, das vom Spin-off VOLTERION ver- marktet wird: Der entwickelte Stack, das Herzstück einer jeden Redox-Flow-Bat- terie, ist von den Materialkosten her 40 Prozent günstiger, auch die Produktions- kosten konnten deutlich gesenkt werden – dazu wiegt er 80 Prozent weniger als ein herkömmlicher Stack und ist nur etwa halb so groß. Für diese Entwicklung erhal- ten Prof. Christian Doetsch und Lukas Ko- pietz vom Fraunhofer UMSICHT und Dr.- Ing. Thorsten Seipp von der VOLTERION GmbH den Joseph-von-Fraunhofer-Preis. Die Jury begründete ihre Entscheidung unter anderem mit »der Ausgründung und dem erfolgreichen Exit von Fraun- hofer, die prototypisch den Weg der Ver- marktung von neuen Fertigungstechno- logien zeigen«. Handelsübliche Stacks bestehen meist aus 40 Zellen, die sich wiederum aus einer Kunststoff-Bipolar-Platte, einer Anode, einer Membran und einer Kathode zusam- mensetzen – insgesamt kommt so ein Stack also auf 160 gestapelte Komponenten, die mit einer Vielzahl von Schrauben und mas- siven Metallplatten zusammengehalten und über zig Dichtungen abgedichtet wer- den. Die Kunststoff-Bipolar-Platten werden spritzgegossen: Bei diesem Prozedere bü- ßen sie jedoch ihre Verformbarkeit ein und werden spröde – das Material ähnelt dem einer Bleistiftmine. Mit Lukas Kopietz‘ Idee, die Kunststoffe sowohl flexibel als auch verschweißbar zu gestalten, könnte der Verzicht gelingen auf die zahlreichen Dich- tungen, die mit der Zeit spröde werden. i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F »Bisher waren die Kunden Stacks gewohnt, die mit einem Kran an Ort und Stelle gebracht werden müssen. Da ist es ein großes Verkaufsargument, wenn man die Stacks mit zwei Leuten einfach aus dem Kofferraum ziehen kann.« Dr.-Ing. Thorsten Seipp Kurzerhand machte er sich ans Werk und probierte es aus. »Schnell war klar: Das könnte etwas werden – auch wenn uns das Ausmaß der Entwicklung noch nicht klar war«, erinnert sich Doetsch. »Aber Lukas hat an sein neues Kunststoffmaterial ge- glaubt, und ich habe an Lukas Fähigkeiten, das zu schaffen, geglaubt.« Problematisch beim Spritzgießen sind die hohen nötigen Temperaturen und Drü- cke. Um diese zu umgehen, verwendet das Forscherteam zwar ähnliche Ausgangs- stoffe, also Graphite und Ruße, bereitet diese jedoch anders auf und prozessiert sie anders. Genauer gesagt: Pelletförmiger Kunststoff wird auf bis zu minus 80 Grad gekühlt, zu Pulver vermahlen und mit 80 Gewichtsprozent Graphit gemischt. Das entstehende Pulver schickt das Forscher- team durch ein System aus mehreren ver- schiedenen beheizten Walzen – man spricht dabei von einem Kalandrierungsprozess. Zwischen den Walzen wird das Pulver bei moderaten Temperaturen und geringen Drücken kurz aufgeschmolzen und zu Plat- 2 | 21 ten gewalzt. »Der Clou: Das neue Material erhält dabei thermoplastische Eigenschaf- ten, es ist also biegsam und verschweißbar, obwohl der Kunststoff nur einen Anteil von 20 Prozent hat«, erläutert Lukas Ko- pietz. Der Stack kommt somit ohne eine einzige Dichtung aus, auch Schrauben sind überflüssig – die Zellen werden einfach miteinander verschweißt. Ein weiterer Vor- teil: Über diese Methode lassen sich nicht nur deutlich schneller und damit kosten- günstiger Bipolarplatten herstellen, son- dern es gibt auch keine Größenbegrenzung mehr. Bipolarplatten mit bis zu mehreren Quadratmetern sind problemlos möglich. In der VOLTERION GmbH bis zur Batterie umgesetzt Der zweite entscheidende, weil kosten- senkende Schritt war die Entwicklung eines kontinuierlichen Produktionsver- fahrens: des Rolle-zu-Rolle-Verfahrens, in dem sich die Bipolarplatten als »End- los«-Rolle fertigen lassen. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Platten herstellen. Ist die Plattendicke beim Spritzgießen pro- duktionsbedingt auf mehrere Millimeter begrenzt, können sie beim Rolle-zu-Rol- le-Verfahren zwischen 0,1 und 0,4 Milli- meter dünn werden. Es ist also deutlich weniger Material notwendig, was den Preis wiederum senkt und leichtere und kompaktere Stacks ermöglicht. »All dies verschafft ganz neue Möglichkeiten in der Konstruktion, die wir in der VOLTERION GmbH bis hin zur ganzen Batterie um- gesetzt haben«, sagt Seipp. »Bisher waren die Kunden Stacks gewohnt, die mit einem Kran an Ort und Stelle gebracht werden müssen. Da ist es ein großes Verkaufsar- gument, wenn man die Stacks mit zwei Leuten einfach aus dem Kofferraum zie- hen kann.« Mittlerweile hat VOLTERION bereits über tausend Stacks gebaut und in den Markt gebracht. Was die Fraunhofer-For- scher angeht: Sie haben die Technologie komplett an VOLTERION verkauft. »So kön- nen wir uns künftig auf das Thema Brenn- stoffzellen bzw. Elektrolyse konzentrieren – uns also neu ausrichten und eine andere Richtung einschlagen«, sagt Doetsch. Und vielleicht auch in dieser Branche etwas Re- volutionäres beitragen. 69

chael Kampmann und Martin Witt vom Fraunhofer ISIT sowie Dr. Jacqueline Ata- nelov von der IMS GmbH mit dieser Aus- zeichnung. Chipherstellung: Ein Crashkurs Um die preiswürdige Entwicklung verste- hen zu können, ist zunächst einmal ein Ausflug in die herkömmliche Chipherstel- lung nötig. Dabei wird eine Scheibe aus dem Halbleitermaterial Silizium gleich- mäßig mit Fotolack bedeckt. Auf diesem bis zu 30 Zentimeter großen »Silizium- wafer« wird über eine Maske in einem Belichtungsgerät mit vierfacher Verklei- nerung ein kleines Bild projiziert, durch Verschieben des Siliziumwafers mehrfach, sodass die gesamte Waferoberfläche mit feinen Strukturen belichtet ist – ähnlich wie ein Dia auf eine Leinwand. An den belichteten Stellen härtet der Lack aus, an unbelichteten Orten bleibt er weich. In einem Entwicklungsbad wird der wei- che Lack entfernt, das Silizium liegt dort blank und kann gezielt bearbeitet wer- den: Es lässt sich beschichten, mit geätz- ten Strukturen versehen oder in seinen elektrischen Eigenschaften verändern. Anschließend wird der Fotolack auch auf den bislang noch bedeckten, weil zuvor belichteten Stellen entfernt und der ge- samte Wafer erneut mit neuen Schichten und Fotolack bedeckt. Diese Schritte wer- den bei komplizierten Chips mit bis zu 70 verschiedenen Masken wiederholt, bis die gewünschten komplexen Schaltelemente – man spricht dabei von Transistoren – auf dem Wafer entstanden sind. Der Silizium- wafer wird dann mit einer Diamantsäge in einzelne Teile, die Chips, zerlegt. Um die benötigten Masken für die ge- zielte Belichtung des Fotolacks herzustel- len, werden quadratische Quarzglas-Schei- ben mit Metall bedampft – das Prozedere ähnelt dem der Chipherstellung. Allerdings wird für Feinststruktur-Masken ein Lack verwendet, der für auftreffende Elektro- nenstrahlen empfindlich ist. In jüngster Zeit wurden Extended-Ultra-Violet-EUV- Belichtungsgeräte entwickelt, bei denen die Wellenlänge des »Lichtes« lediglich 13,5 Nanometer beträgt. Die dafür benötigten EUV-Masken müssen mit komplexen Na- nostrukturen unter 40 Nanometer Größe i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F Den Ausweg aus der Mikrochip- Sackgasse entwickelten Michael Kampmann, Dr. Jacqueline Atanelov und Martin Witt (v.o.). mit sehr hoher Dichte geschrieben werden – da das projizierte Bild vierfach verklei- nert wird, ergeben sich am Siliziumwafer Strukturen von unter zehn Nanometern. Aus diesem Grund stoßen die gängigen Elektronen-Einzelstrahl-Maskenschreiber jedoch an ihre Grenzen. Wollte man noch kleinere und dichtere Strukturen herstel- len, würde man dazu mehr als einen Tag benötigen, was weder wirtschaftlich ist noch die hohen Qualitätsanforderungen der Nanostrukturen ermöglicht. Komplexe Strukturen innerhalb weniger Stunden Der Clou des neuen Verfahrens: »Statt die Strukturen auf dem Elektronen-empfind- lichen Lack mit einem einzigen Strahl zu schreiben, verwenden wir 512 mal 512 Strahlen, also 262 000 Strahlen«, fasst Kampmann zusammen. »Auf diese Wei- 2 | 21 se können wir komplexe Strukturen in hoher Qualität und Auflösung innerhalb weniger Stunden erzeugen«, fügt Atanelov hinzu. Das heißt aber auch: Jeder dieser 262 000 Strahlen muss einzeln und äu- ßerst präzise programmierbar sein. Mög- lich macht es ein Micro-Electro-Mecha- nical-System (MEMS)-Schaltelement aus dem Fraunhofer ISIT – welches quasi das Herzstück des neuen Multistrahl-Mas- kenschreibers bildet. Vereinfacht gesagt gleicht dieses Mikrosystem-Schaltelement einer Membran mit 262 000 Öffnungen, durch welche die Elektronenstrahlen hindurchfliegen können. Jedoch laufen diese nicht parallel wie Wasserstrahlen aus einem Duschkopf, sondern lassen sich über spezielle Steuerelektroden einzeln ansteuern und ablenken. Die abgelenkten Strahlen können nachfolgend ausgeblen- det werden. Erst allmählich verstand das Team, wie die über 200 notwendigen Einzelschritte in der MEMS-Fertigungstechnologie zu- sammenwirken – und wie sie sich aufbau- en und verbessern lassen. »An zahlreichen Stellen mussten wir bestehende MEMS- Technologien neu denken und kombinie- ren«, erklärt Witt. »Schwierig war beispiels- weise die elektrostatische Optimierung: Denn lädt sich das MEMS-Schaltelement elektrostatisch auf, fliegen die negativ ge- ladenen Elektronen nicht hindurch.« Dies löste das Forscherteam durch Metallschich- ten auf der Membran, sodass die überschüs- sigen Ladungen abfließen können. Der neuartige Elektronen Multistrahl- Maskenschreiber ist bisher konkurrenz- los. Und: Er ist unverzichtbar, wenn man die heute kleinsten erreichbaren Struk- turen auf Mikrochips schreiben will. Ent- sprechend groß ist die Nachfrage am Markt. Derzeit erzielt IMS mit den Geräten einen Jahresumsatz von 400 Millionen US-Dollar. Für 2022 wird sogar ein Markt prognostiziert, der einem Umsatzvolumen von knapp einer Milliarde US-Dollar ent- spricht. Das macht sich auch am Fraun- hofer ISIT bemerkbar: Die Industrieum- sätze übersteigen eine Million Euro pro Jahr deutlich. Die preisgekrönte Techno- logie ermöglicht also nicht nur eine wei- tere Miniaturisierung, sondern geht auch mit einem überragenden wirtschaftlichen Erfolg einher. 71

»Statt die Viren über toxische Chemikalien zu inaktivieren, beschießen wir sie mit Elektronen.« Dr. Sebastian Ulbert, Fraunhofer IZI Mit ihrem neuartigen Ansatz räumt das Expertenteam mit all diesen Nachteilen auf. »Statt die Viren über toxische Chemi- kalien zu inaktivieren, beschießen wir sie mit Elektronen«, erläutert Ulbert. »Die Au- ßenhülle der Viren bleibt dabei fast voll- kommen intakt, wir haben keine Chemi- kalien, die entsorgt werden müssen, und der ganze Prozess dauert nur einige Sekun- den.« Was die Desinfektion von medizini- schen Materialien angeht, wird ionisieren- de Strahlung bereits seit Jahrzehnten genutzt – dort allerdings die radioaktive Gammastrahlung oder hochenergetische Elektronen im Megaelektronen-Volt-Be- reich. Könnte man die deutlich ungefähr- licheren und leichter handhabbaren Elek- tronenstrahlen mit niedriger Energie im Kilo-Elektronen-Volt-Bereich nicht nutzen, um Viren zu inaktivieren? Die Hürde, die zu meistern war: Elektronenstrahlen drin- »Der ganze Prozess dauert nur einige Sekunden«, erläutert Dr. Sebastian Ulbert einen der großen Vorteile der neuen Technik. i k s i w o r e z c n a B r t o P / r e f o h n u a r F : s o t o F 2 | 21 gen nur wenige hundert Mikrometer tief in Flüssigkeiten ein, wobei sie zunehmend schwächer werden. Sollen in der Flüssig- keit umherschwimmende Viren durch die Strahlen zuverlässig abgetötet werden, darf der Flüssigkeitsfilm nicht dicker als etwa 100 Mikrometer sein – zudem muss er gleichmäßig transportiert werden. »Dafür war eine anspruchsvolle Anlagentechnik vonnöten, aus diesem Grund haben wir das Fraunhofer IPA mit ins Boot geholt«, erzählt Rögner. Auf dem Weg zur industriellen Anwendung Die Rechnung ging auf: Thoma am Fraun- hofer IPA entwickelte gleich zwei Ansätze. »Für aussagekräftige Vorversuche eignet sich das Beutelmodul – hier werden etwa 30 Milliliter Flüssigkeit in einem versie- gelten Beutel transportiert und bestrahlt«, beschreibt der Physiker. Das Rollenmo- dul dagegen punktet bei größeren Men- gen. Die Viren-Flüssigkeit befindet sich in einem komplett geschlossenen, ge- kapselten Behälter. Eine sich drehende Rolle taucht halb in diese Flüssigkeit und wird bei ihrer Drehbewegung mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm benetzt. Dieser wird bestrahlt und abgestreift, bevor die Rolle erneut Flüssigkeit aufnimmt. Fer- tey untersuchte unter anderem FSME-, Influenza- und Herpes-Viren sowie Bak- terien wie Tuberkulose neben zahlreichen anderen Erregern, die diesem Prozedere zuvor unterzogen wurden. »Wir konnten alle Erregerklassen erfolgreich und sicher inaktivieren«, freut sich die Biologin. Das Potenzial der Entwicklung erkann- te auch die Bill & Melinda Gates Founda- tion – und investierte 1,84 Millionen US- Dollar in die Entwicklung eines Prototyps im Industriemaßstab. Dieser wurde 2018 fertiggestellt, am Fraunhofer IZI in Betrieb genommen und weiterentwickelt. Bereits im Folgejahr gewann das Forscherteam einen Lizenzpartner und sicherte vertrag- lich Lizenzerträge von knapp einer Mil- lion Euro. In etwa fünf bis sieben Jahren könnten die kühlschrankgroßen Herstel- lungsmodule in die pharmazeutische Pro- duktion integriert werden und Impfstoffe produzieren – schnell, umweltfreundlich und effizient. 73

S chon heute gehört die nicht-invasive Magnetresonanztomographie (MRT) zu den besten bildgebenden diagnos- tischen Methoden, um krankhaf- te Veränderungen im Körper zu erkennen. Das Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS in Bremen und das Fraunhofer-Institut für Hoch- frequenzphysik und Radartechnik FHR in Wacht- berg arbeiten daran, diese Technik zu verbessern: gesteigerte Messeffizienz bei geringerer Belastung – und das in den bestehenden Geräten. In der MRT durchdringt ein starkes Magnet- feld, welches meist von einem zylinderförmigen Elektromagneten erzeugt wird, den Patienten. Die Kerne der Wasserstoffatome im menschlichen Körper werden durch dieses Magnetfeld leicht aus- gerichtet und verhalten sich im Grunde wie klei- ne Kreisel. Nun zwingen Hochfrequenzimpulse aus speziellen Spulen die Atomkerne zu Präzes- sionsbewegungen. Nach Ende eines jeden Pulses schwingen die Atomkerne wieder in ihre Ruhe- lage zurück und geben dabei die zuvor aufgenom- mene Energie in Form von Radiowellen wieder ab. Diese wiederum werden von Spulen empfan- gen, vom Computer ausgewertet und Schicht für Schicht zu einem detailgetreuen Bild vom Inneren des menschlichen Körpers zusammengesetzt. Ihre anerkannten Stärken hat die MRT im Be- reich der Tumordiagnostik. Aber auch die Organe im Bauchraum, das Herz, Knochen, Knorpel- und Muskelgewebe und sogar das Gehirn lassen sich so untersuchen. Nach Angaben des Statistikdiens- tes Statista wurden allein 2017 in Deutschland 143,4 MRT-Untersuchungen pro 1000 Einwohnern durchgeführt. Metamaterialien bündeln die Signale Um die MRT weiter zu verbessern und neue An- wendungen zu ermöglichen, setzen die Forschen- den an den beteiligten Fraunhofer-Instituten auf sogenannte Metamaterialien. »Deren Eigenschaf- ten werden so modifiziert, dass sie selbsttätig auf bestimmte äußere Einflüsse reagieren, und zwar ganz ohne aktive Steuerung«, erklärt Dr. Thomas Bertuch, Teamleiter am Fraunhofer FHR. Meta- materialien werden heute in vielen Bereichen ge- nutzt, in der Thermik, der Seismik, der Akustik, der Optik oder auch der Antennentechnik, einem der Spezialgebiete des FHR. Die Metamaterialien des Fraunhofer-Projekts bestehen aus Trägerplatten mit aufgedruckten, periodisch angeordneten Leiterbahnen. Damit verbessern sie die Empfangssignale der MRT-Spu- len, ohne eine eigene Stromversorgung zu be- nötigen. Im MRT werden diese Platten auf die zu unter- suchende Körperregion des Menschen gelegt. Es wäre auch möglich, die Leiterbahnen auf einer Folie aufzubringen und diese beispielsweise um ein Kniegelenk zu wickeln. Wenn die Wasserstoff- kerne im Körper die Radiowellen zurücksenden, werden die Metamaterialien angeregt, bündeln diese Signale und leiten sie an die Empfangsspu- len des MRT-Scanners weiter. Die Messsignale werden also stärker, was denselben Effekt hat wie eine erhöhte Messempfindlichkeit des Scanners. Für den untersuchenden Arzt oder die Ärztin ent- steht ein Bild, in dem die zu untersuchende Kör- perregion wie unter einer Lupe oder einem Licht- spot erscheint – und das detailgenauer als im herkömmlichen MRT-Bild. »Werden die Metama- terialien mit den im MRT verbauten Spulen ver- wendet, lässt sich das Signal-zu-Rausch-Verhält- nis um einen Faktor von bis zu fünf steigern«, erklärt Bertuch. Die konstruierten Metamateria- lien sind zudem in Hinblick auf die Patientensi- cherheit optimiert, um die Translation in die kli- nische Praxis zu ermöglichen. Nicht-lineare Elemente sorgen dafür, dass nicht mehr Leistung in das Gewebe eingestrahlt, sondern nur das Mess- signal beeinflusst wird. Falls die Signalsteigerung für die Diagnose gar nicht erforderlich ist, dann lässt sich die Unter- suchung im MRT-Scanner abkürzen. Dennis Phi- lipp, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abtei- lung Imaging Physics & Devices am Fraunhofer MEVIS, sagt: »Prinzipiell besteht je nach Anwen- dung die Wahlmöglichkeit: Entweder entscheidet man sich für eine höhere Auflösung in der gleichen Zeit oder begnügt sich mit gleich bleibender Auf- lösung, aber die Prozedur ist schneller zu Ende.« Ausgiebig getestet wurde die Technologie am Fraunhofer MEVIS in Bremen. »Von Zwiebel über Grapefruit bis Kiwi war schon alles als Testobjekt dabei«, schmunzelt Philipp. »Die Metamaterialien arbeiten mit vorhandenen MRT-Geräten zusam- men, sodass sich die neue Technik zukünftig in Kliniken, Arztpraxen und medizinischen Zentren schnell durchsetzen könnte.« Weder die Software noch die interne Elektronik der MRT-Scanner muss ausgetauscht werden. Der nächste Schritt auf dem Weg in die klinische Praxis sind nun Validierungs- studien. S I V E M r e f o h n u a r F , o t o h p k c o t s i : s o t o F 2 | 21 Die neue Fraunhofer-Technik arbeitet mit bestehenden MRT-Geräten zusammen. So könnte sie sich schnell durchsetzen. 2017 in Deutschland 143,4 MRT-Unter- suchungen pro 1000 Einwohnern 75

2 | 21 Unbehandelter Tabak wird höchstens 1,50 Meter hoch. Der Riesentabak wächst und wächst – bis über 4 Meter. Die linke Tabakpflanze hat ihre Lebenserwartung weit überschritten – und wächst weiter. ge unterschiedliche Prozesse beeinflusst«, berichtet Philip Känel. Zum einen wandert es in den Zellkern und wirkt dort auf die Genregulierung. Zum anderen interagiert es mit verschiedenen Proteinen. Mehrere dieser Interaktionspartner sind in der Wissenschaft schon bekannt. Einer von ihnen sorgt dafür, dass die Pro- tein-Homöostase im Körper intakt bleibt, dass also auch im hohen Alter die Synthe- se, die Reparatur und der Abbau von Pro- teinen in einem gesunden Gleichgewicht stehen. Andere Interaktionspartner des Tabakproteins spielen eine Rolle im TOR- Signalweg, der über viele Stellschrauben den Stoffwechsel reguliert. »Der TOR-Si- gnalweg wurde bereits in zahlreichen Stu- dien untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass man durch Beeinflussung des Signal- weges die Lebensdauer verschiedenster Organismen verlängern kann«, verdeut- licht Känel. Auch beim Menschen arbeitet Känel mit den PEBP-Genen. »Zwei aus dieser Fa- milie spielen bei der Krebsentstehung ei- ne wichtige Rolle«, sagt der Wissenschaft- ler. Denn PEBP-Gene stehen an der Schnittstelle von Signalwegen, die darüber entscheiden, ob eine Krebszelle weiter- wächst oder abstirbt. Indem er pflanzliche PEBP-Gene in kultivierte menschliche Krebszellen ein- baut, will Känel auch hier den Signalwegen auf die Spur kommen und Angriffspunk- te für neue Krebsmedikamente identifi- zieren. So könnten die PEBP-Gene auch beim Menschen das Leben verlängern. Sparmodus ohne Leiden? Wer seine biologische Uhr zurückdrehen will, der sollte öfters hungern. Das gilt für Wasserflöhe genauso wie für Fische, Mäu- se und Ratten. Bei diesem Effekt spielt ein Protein namens TOR die Schlüsselrolle. Es wird in Hungerphasen gehemmt, worauf die Zellen in den Sparmodus umschalten. Sie stellen das Wachstum ein, recyceln de- fekte Proteine und setzen Reparaturme- chanismen in Gang. Dem Organismus scheint das gut zu tun. Die Zellen teilen sich nicht, so kann auch kein Krebs entstehen. Seit dieses Phänomen bekannt ist, be- schäftigt Altersforscher eine Frage: Wie kann man den Sparmodus einschalten, ohne leiden zu müssen? Bei Versuchen mit Mäusen zeigte das Immunsuppressivum Rapamycin den gewünschten Effekt. Die Lebensdauer der Tiere stieg im Schnitt um 14 Prozent. Damit war bewiesen, dass Me- dikamente die Lebensspanne verlängern können. Allerdings ist Rapamycin wegen der starken Nebenwirkungen nicht für den Dauergebrauch beim Menschen geeignet. Als aussichtsreichster Kandidat für ein Anti-Aging-Mittel gilt das bereits seit Jahr- zehnten genutzte Diabetesmedikament Metformin. Genau wie Rapamycin hemmt es den TOR-Signalweg. In einer klinischen Studie mit neun Probanden testeten kali- fornische Forscher ein Jahr lang eine Kom- binationstherapie von Metformin mit zwei anderen Wirkstoffen. Das Ergebnis ver- blüffte die Fachwelt: Das durch Verände- rungen an der DNA messbare biologische Alter der Probanden wurde durch die Be- handlung um rund zweieinhalb Jahre zu- rückgedreht. In den USA bereitet die »Ame- rican Association of Aging Research« gerade eine groß angelegte Metformin-Stu- die (TAME) vor. An über 3000 Personen soll getestet werden, ob Metformin die Ent- stehung und das Fortschreiten altersbe- dingter Erkrankungen verzögern kann. E M I r e f o h n u a r F : o t o F 77

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»Beim Einleiten feuchter heißer Luft konnten wir 99 % der Viren eliminieren.« Dr. Jasmin Fertey, Fraunhofer IZI »Wir haben die Plättchen sterilisiert und dann eine virenhaltige Lösung darauf getropft«, berich- tet Jasmin Fertey. Diese Proben stellte sie dann in einen Inkubator und setzte sie unterschiedlicher Temperatur und Luftfeuchtigkeit aus. Nach der Inkubation wurden die Plättchen abgespült, um danach in der Spülflüssigkeit die Virusaktivität zu messen. Der Rahmen für diese Versuche war von Airbus vor- gegeben. Für das Hochheizen der Kabine zwischen Lan- dung und dem nächsten Start stehen maximal zwei Stun- den zur Verfügung. In dieser Zeit soll die Abtötung der Vi- ren erfolgen. Dabei darf die Temperatur wegen der in der Kabine verarbeiteten Kleb- stoffe 55 Grad nicht über- schreiten. »Das Virus ist un- glaublich stabil«, stellten Fer- tey und ihre Kolleginnen fest. Bei 30 Grad konnte nach zwei Stunden kaum ein Verlust an Aktivität festgestellt werden. »Um das Virus abzutöten, braucht man entweder sehr hohe Temperaturen oder eine sehr hohe Luftfeuch- tigkeit. Ideal wäre eine Kombination aus beidem«, lautet das Fazit der Laborversuche. Schweineviren als Double für SARS-CoV-2 Da bei den Versuchen in der Flugzeugattrappe aus Sicherheitsgründen keine echten SARS-CoV- 2-Viren verwendet werden, suchte das Fraunhofer IZI-Team nach einem Virus, das sich ähnlich ver- hält, aber ungefährlich ist. In der Sammlung von Viren, mit denen man am Institut bereits Erfah- rung hat, fand sich bald ein geeigneter Kandidat: das Porzine Reproduktive und Respiratorische Syndrom Virus, kurz PRRS-Virus. Dieser Erre- ger verursacht bei Schweinen Atemwegserkran- kungen und Frühgeburten. Menschen kann er nicht infizieren. Genau wie die Coronaviren ist PRRSV auch ein RNA-Virus. Da es sich bei den Inkubationstests im Labor sehr ähnlich verhielt wie SARS-CoV-2, wurde es vom Projektteam als Ersatz für die Desinfektionsversuche in der Kabi- ne ausgewählt. Nach diesen Vorarbeiten konnten s u b r i A : o t o F die Versuche in der Flugzeugattrappe starten. Die Airbus-Ingenieure testeten dabei unterschiedli- che Desinfektionsverfahren, zum Beispiel Bega- sung mit verdampftem Wasserstoffperoxid, Ver- sprühen von Desinfektionsmittel, Bestrahlung mit UV-C-Licht und das Hochheizen der Kabine. Auch hier nutzten Natalia Sandetskaya und Arianna March die Kunststoffplättchen, mit denen sie bereits im Labor gearbei- tet hatten. Auf die Plättchen tropften sie die virenhaltige Lösung und verteilten die Plättchen in der gesamten Kabine, unter anderem auf den Klapptischen, den Arm- lehnen und den Klinken zum Waschraum. Dann startete Airbus eines der Desinfek- tionsverfahren. Die Effekti- vität des jeweiligen Verfah- rens prüften die Wissen- schaftlerinnen, indem sie im Anschluss die verbliebene Virusaktivität bestimmten. »Die beste Desinfektion wurde mit Wasserstoffper- oxid erreicht«, berichtet Na- talia Sandetskaya. Das war auch zu erwarten, da diese Methode ein anerkann- tes Verfahren zur Dekontamination ist. Die Me- thode ist aber im Flugbetrieb nicht zur täglichen Routine geeignet, da Wasserstoffperoxid sehr ag- gressiv ist. Die UV-Bestrahlung ist zwar einfach in der Anwendung, lieferte aber keine überzeu- genden Ergebnisse. Vor allem senkrechtstehende Oberflächen, wie zum Beispiel die Klinken an den Waschräumen, wurden bei der Bestrahlung nicht gut erreicht und trugen noch aktive Viren. Mit Hitze und Feuchtigkeit konnten hingegen alle Flächen gleichmäßig desinfiziert werden. »Durch das Einleiten feuchter heißer Luft konnten wir 99 Prozent der Viren eliminieren«, freut sich Jasmin Fertey. Und tatsächlich: Mit den leistungs- fähigen Heizungen der Flugzeuge lassen sich die dafür erforderlichen hohen Temperaturen ohne großen Aufwand erzielen. Die Desinfektionsversuche in der Flugzeug attrappe im Video: https://youtu.be/TdSBd9xP7ws 2 | 21 »Das Virus ist unglaublich stabil. Um es abzutöten, braucht man entweder sehr hohe Temperaturen oder eine sehr hohe Luftfeuchtig- keit. Ideal wäre eine Kombination.« Dr. Jasmin Fertey 81

2 | 21 Die Rückseite der GESTRA-Antenne mit 77 Planks, in denen die 256 Empfangs module enthalten sind. Ihr Einbau und ihre Justierung war eine der technischen Herausforderungen vor der Inbetriebnahme. R L D m i r u t n e g a t r h a f m u a R e h c s t u e D : o t o F 83

E igentlich waren die Taucher in der Geltinger Bucht bei Flensburg auf der Suche nach herrenlosen Fischer- netzen, sogenannten Geisternetzen, die für Fische, Robben oder Tauchvögel oft zu tödlichen Fallen werden. Doch dieses Mal hatte sich im Netz etwas anderes verfangen. Die meis- ten hätten es wohl für eine alte Schreibmaschine gehalten und nicht weiter beachtet. Nicht so das Team von Submaris, einem Unternehmen, das Forschungstauchen für wissenschaftliche Ins- titute, Verbände und Medien als Dienstleistung anbietet. Neben Meeresbiologen war an diesem Tag auch ein Unterwasserarchäologe dabei. Ihm war sofort klar: Das ist eine Enigma! Weitere sechs fand ein Kollege kurz darauf ganz in der Nähe in der Ostseeförde Schlei. Enigma, griechisch für Rätsel, nannte der deut- sche Ingenieur Arthur Scherbius seine Chiffrier- maschine, die er 1918 patentieren ließ und die die Wehrmacht im Zweiten Weltkrieg für die Ver- schlüsselung ihrer Kommunikation nutzte. Ein Rätsel blieb sie allerdings nicht lange – ihr Code wurde im Januar 1940 erstmals von einem Ex- pertenteam des britischen Geheimdienstes MI 6 geknackt. Die Deutschen bemerkten davon nichts. Die Dechiffrierung ermöglichte der Royal Navy unter anderem, deutsche Versorgungsschiffe für Erwin Rommels Afrikakorps in großer Zahl zu versenken und erleichterte der britischen Flug- abwehr bei der Luftschlacht um England erheb- lich die Arbeit, weil sie über Angriffsziele, ja sogar die Zahl der beteiligten deutschen Flugzeuge im Vorfeld informiert war. Rund 75 Jahre später sind die sieben Enigmas aus der Ostsee der Albtraum für jeden Restaura- tor: voller Sediment, verrostet, im Innern leben sogar Muscheln. Dazu der Materialmix aus Metall, Holz und Kunststoffen. Abhilfe schafft ein hoch- auflösender CT-Scan aus der Fraunhofer-Einrich- tung für Individualisierte und Zellbasierte Medi- zintechnik IMTE in Lübeck, der die filigranen Strukturen in der Enigma sichtbar macht. »Nor- malerweise weisen wir mit unserer Technologie Chirurgen den Weg durch den Körper, wenn sie beispielsweise ein elektrisches Tiefenimplantat im Gehirn an einer bestimmten Stelle platzieren wollen, um Parkinson zu therapieren«, erklärt Prof. Thorsten Buzug, Direktor der Fraunhofer IMTE. »Jetzt zeigen wir Restauratoren, wie sie zerstö- rungsfrei durch die Enigma navigieren können.« Dafür stellten die Fraunhofer-Forscher die Chiffriermaschine auf einen Drehteller zwischen Röntgenquelle und Detektor, also der Kamera, und bewegten sie Schritt für Schritt um insgesamt 360 Grad. Die Strahlen durchdrangen die Enigma mit einer Energie von 520 Kiloelektronenvolt – rund fünfmal so viel wie in der Medizin genutzt wer- den, um einen Knochenbruch zu untersuchen. Um das komplette Volumen zu erfassen und die beste Bildqualität zu erreichen, scannten die For- scher die Enigma scheibchenweise auf unterschied- lichen Höhen. »Wir haben rund 4000 Bilder aus allen Richtungen aufgenommen, insgesamt 170 Gigabyte Rohdaten«, sagt Maximilian Wattenberg, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Individualisierte Diagnostik. Dabei arbeiteten Wattenberg und seine Kol- legen unter Hochdruck: Für die Scans blieb ihnen wenig Zeit, weil die Enigma nur kurz aus ihrem konservierenden Wasserbad genommen werden durfte. »Bei Kontakt mit Sauerstoff rostet sie sehr schnell«, erklärt er. Damit die Röntgenstrahlung den kompakten Klotz nicht in voller Länge durch- dringen musste, stellten die Forscher ihn hoch- kant. So kam wesentlich mehr Strahlung am De- tektor an, was die Bildqualität zwar deutlich verbesserte, jedoch die Fixierung der Enigma auf der Drehscheibe erschwerte. Schließlich durfte die Maschine auf keinen Fall umkippen. Befesti- gungen konnten wegen der korrodierten, extrem empfindlichen Oberfläche nur mit äußerster Vor- sicht angebracht werden. Auch das Materialge- misch machte die Tomographie aufgrund der er- heblichen Dichteunterschiede anspruchsvoll. Um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen, verwendeten Wattenberg und sein Team ein Ver- fahren, bei dem seriell Ausschnitte der Enigma gescannt wurden. Im Anschluss rekonstruierten sie diese Teilbereiche zu einem Ganzen. Ergebnis des Aufwands: gestochen scharfe Bilder mit einer Auflösung von 139 Mikrometern. Zum Vergleich: Ein Haar hat einen Durchmesser von durchschnittlich 50 bis 80 Mikrometern. Bald sollen die restlichen Enigmen folgen. »So könn- te man beispielsweise sehen, welches der Geräte am besten erhalten ist und wo sich eine Restau- rierung am ehesten lohnt«, sagt Buzug. Denn für die Wiederherstellung aller fehlt es an Geld und Personal. Dr. Ulf Ickerodt, Direktor des Archäo- logischen Landesamtes Schleswig-Holstein, be- tont: »Natürlich möchte man als Archäologe und E T M I r e f o h n u a r F : o t o F 2 | 21 »Wir haben rund 4000 Bilder aus allen Richtungen aufgenommen, insgesamt 170 Gigabyte Rohdaten.« Maximilian Wattenberg, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Fraunhofer IMTE 85

Fraunhofer vor Ort Hamburg Bremen Stand: Mitte Juni. Aufgrund der Pandemie kann es zu Änderungen kommen. Bitte beachten Sie die Informationen der Veranstalter. Düsseldorf München Amsterdam, NL 3. – 6. Dezember 2021 IBC Weltweite Fachmesse für Film-, Fernseh- und Rundfunkproduktion. www.show.ibc.org 2 | 21 München 7. – 12. September 2021 IAA mobility Neu ausgerichtet auf ganzheitliche Mobi- lität, intelligente Verkehrslösungen und visionäres Denken – alles, was Mobilität von morgen formt und erlebbar macht. www.iaa.de/de/mobility Hamburg 11. – 15. Oktober 2021 ITS World Congress Weltkongress zur Förderung der intelligenten Mobilität und Digitalisierung des Verkehrs. www.itsworldcongress.com Bremen 16. – 18. November 2021 Space Tech Expo Fachmesse für Technik und Innovation im Bereich Raumfahrt. www.spacetechexpo.eu Düsseldorf 15. – 18. November 2021 Medica/Compamed Weltführende Informations- und Kommunikationsplattformen für die Medizintechnik-Branche. www.medica.de Fraunhofer-Magazin Das Magazin für Menschen, die Zukunft gestalten Wollen Sie das Fraunhofer-Magazin sofort bei Erscheinen in Ihrem Briefkasten? Bestellen Sie direkt online unter http://s.fhg.de/bestellen Das Methusalem-Gen Der Traum vom langen Leben wird wahr 1 2 | 2 Gründer- Zeit N