Willkommen im News Archiv

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Das YIN hat stets viele aktuelle Informationen für Sie.
Die aktuellsten Neuigkeiten finden Sie >> hier.
Alle weiteren News stellen wir auf dieser Seite gerne für Sie bereit.

News Archive 2023
Dr. Gesa Netzeband (DGMK-Geschäftsführerin), TT-Prof. Dr. Moritz Wolf (Carl-Zerbe-Preisträger), Prof. Dr. Dieter Vogt (DGMK-Fachbereichsleitung Petrochemie)Carl-Zerbe Preis für Moritz Wolfs Arbeit zu Katalysatormaterialien für die Energiewende

Mit dem Carl-Zerbe Preis würdigt die Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für nachhaltige Energieträger, Mobilität und Kohlenstoffkreisläufe herausragende Arbeiten jüngerer Forschenden zur Verarbeitung und Anwendung von Kohlenstoffträgern. Moritz Wolf befasst sich mit der Entwicklung von Katalysatoren und Verfahren für die Speicherung erneuerbarer Energien in Form von chemischen Energieträgern und der Herstellung von Zwischenprodukten aus Synthesegas (CO2/CO und H2). "Wir möchten Technologien entwickeln, welche chemische Energie mit hoher Effizienz speichern können", sagt Moritz Wolf. "Dazu betreiben wir Grundlagenforschung zur heterogenen Katalyse sowie angewandte technische Forschung zu hochentwickelten Reaktoren und Systemen."

Carl Zerbe Prize
Assisted by AI methods, researchers are striving to improve the manufacturing processes for highly efficient perovskite solar cellsAdvMat: AI für Perowskit-Solarzellen - der Schlüssel zur besseren Produktion

Tandemsolarzellen auf der Basis von Perowskit-Halbleitern wandeln Sonnenlicht effizienter in Strom um als Siliziumsolarzellen. Die defekt- und lochfreie Herstellung der multikristallinen Dünnschichten mit kostengünstigen und skalierbaren Verfahren ist jedoch eine Herausforderung. Um die Faktoren zu finden, die die Beschichtung beeinflussen, haben sich Solarzellenexperten mit Spezialisten der Plattformen Helmholtz Imaging und Helmholtz AI (Artificial Intelligence) zusammengetan. "Dank des kombinierten Einsatzes der AI haben wir eine Idee, an welchen Stellschrauben wir drehen müssen, um die Produktion zu verbessern, und können unsere Experimente zielgerichteter durchführen", so Mitautor Ulrich W. Paetzold.

Advanced Materials
YIN'lerinnen erhalten Maria Gräfin von Linden-PreisMaria-Gräfin von Linden Preis für Charlotte Debus und Claudia Niessner

Mit dem Maria Gräfin von Linden-Preis zeichnet der Verband Baden-Württembergischer Wissenschaftlerinnen besonders qualifizierte Nachwuchswissenschaftlerinnen aus den Lebenswissenschaften sowie den Geistes- und Sozialwissenschaften aus. 2023 gingen erstmals die Preise in beiden Kategorien ans KIT: Charlotte Debus (l.) und Claudia Niessner (r.) überzeugten die Jury mit ihren Vorträgen über "KI in den Naturwissenschaften: von ChatGPT zur Energiewende” sowie „Daten für Taten: Corona-Knick in der Motorik von Kindern?“ Der Preis wird seit 2001 alle zwei Jahre verliehen. Vom KIT war zuletzt YIN-Alumna Stefanie Speidel im Jahr 2011 erfolgreich gewesen. Seit 2017 ist sie Professorin an der TU Dresden.

Maria Gräfin von Linden-Preis
DFG Review Boards - candidatesDrei YIN-Gruppenleiter kandidieren für die Wahlen zu den DFG-Fachkollegien 2023

Bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft begutachten die Fachkollegien alle eingereichten Anträge in einem dreistufigen Verfahren, bestehend aus Begutachtung, Bewertung und Entscheidung. Innerhalb der Naturwissenschaften kandidiert Frank Biedermann für das Fachgebiet Organische Molekularchemie - Synthese, Charakterisierung (3.11-02). Ihm sind faire und transparente Begutachtungsverfahren ein Anliegen. Axel Loewe macht sich für eine offene Wissenschaft und eine transparente Entwicklung des Bereichs Biomedizinische Systemtechnik (4.41-06) stark. Benno Meier bewirbt sich für das Fachkollegium Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie (3.31-01). Wähle bis zum 20. November, 14 Uhr.

DFG online portal
Mineral Dust Measurement Compaign at the Jordanian DesertMesskampagne in der jordanischen Wüste: Wie Staub unser Klima beeinflusst

Besonders Mineralstaub hat einen starken Einfluss auf Wetter und Klima. Der Wind liest die Partikel von Wüsten oder verlassenen Feldern auf und trägt sie in die Atmosphäre, wo lokale Luftströmungen sie nach oben und hinforttragen. Die Auswirkungen von Staubwolken sind vielfältig: durch Streuung der Sonnenstrahlung kühlen sie die Atmosphäre, durch Absorption der Strahlung erwärmen sie sie. In Zusammenarbeit mit internationalen Partnern, darunter die NASA-Mission EMIT, untersuchten Martina Klose und ihr Team in der Jordanischen Wüste, welche Zusammensetzungen bevorzugt vom Wind mitgerissen werden und wie groß die Staubpartikel werden können. Die Ergebnisse werden auch dazu beitragen, Staubereignisse und ihre Auswirkungen besser vorherzusagen.

Blickpunkt in LookKIT 03/2023
Grafische Darstellung der Metallspitze eines Rasterkraftmikroskops, die dazu dient, einen einzelnen Spin auf einer Oberfläche kohärent anzutreibenStarting Grant des European Research Council für Philip Willke und ATOMQUANT

An der Grenze zwischen Quantentechnologie und Nanowissenschaft entwickelt Philip Willke eine Architektur für Quanteninformationsverarbeitung und magnetische Sensorik auf atomarer Ebene. Dabei ermöglichen Spins als elementaren Einheiten von Magneten  die quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Atome und Moleküle individuell zu vermessen. Sind Spins auf Nanoskala ausreichend isoliert, können sie ihre Quanten-Eigenschaften lange beibehalten - also lange in eine vorgegebene Richtung ausgerichtet bleiben. In ATOMQUANT (On-Surface Atomic Spins with Outstanding Quantum Coherence) möchte Willke, diese magnetischen Quantenzustände auf Oberflächen um mehrere Größenordnungen verbessern. Im YIN ist er der 20. ERC Preisträger.

KIT Presseinfo
Forschende des KIT untersuchen etwa anhand von Gehirnaktivitäten den Einfluss von Wäldern auf die Gesundheit.Steigert die Baumartenvielfalt städtischer Wälder das menschliche Wohlbefinden?

Städtische und stadtnahe Wälder spielen eine wichtige Rolle für die physische und mentale Gesundheit der Menschen vor Ort. Eine Erhöhung der Baumartenvielfalt und der Biodiversität städtischer Grünflächen könnte eine Möglichkeit sein, diese gegen Klimaveränderungen und Extremwetterereignisse zu wappnen. Doch wie reagiert das menschliche Gehirn auf städtische Wälder mit unterschiedlichem Grad an Diversität? Welchen Einfluss hat die Zusammensetzung der Baumarten auf deren Fähigkeit, Hitze zu mindern? Und welche negativen Auswirkungen, wie beispielsweise ein erhöhtes Allergierisiko könnten mit einer Umgestaltung einhergehen? Damit beschäftigt sich das vom BMBF geförderte Projekt FutureBioCity unter Leitung von Somidh Saha.

FutureBioCity
fakultätslehrpreisDrei KIT Fakultätslehrpreise für exzellente Lehre gehen an Juniorprofessoren

Thomas Bläsius (r.), Moritz Dröstelmann (m.) und Team sowie Claudio Llosa Isenrich (r.) erhielten 2023 Fakultätslehrpreise. Damit würdigen die KIT-Fakultäten für Informatik, für Architektur und für Mathematik jeweils das Engagement und den Einsatz kreativer Lehrmethoden, mit denen es den Nachwuchsprofessoren gelingt, die Studierenden zu begeistern und mit der Komplexität ihres Themas vertraut zu machen. Thomas Bläsius bietet etwa aktive Awendungsübungen und online Fragerunden. Bei Moritz Dröstelmann experimentieren Studierende mit natürlichen Materialien und digitalen Bautechnologien. Claudio Llosa veranschaulicht, warum eine Tasse und ein Donut in der elementaren Geometrie dasselbe sind.

Preisträger im Videoportrait
Koordinatendarstellung der HerzkammernArtificial Intelligence in Medicine: Künstliche neuronale Netze lokalisieren Herzstolpern

Zusätzliche Herzschläge können mit schnellen Herzrhythmusstörungen zusammenhängen und insbesondere bei bestehender Herzschwäche lebensbedrohlich werden. Auslöser sind elektrische Signalquellen, die anders als beim normalen Herzschlag nicht aus dem Sinusknoten stammen. Sie lassen sich über einen Spezialkatheter mit Hochfrequenzstrom veröden. Um den Ursprungsort nicht invasiv zu bestimmen, setzen Forschende am KIT künstliche neuronale Netze ein, die auf Daten aus einem realistischen Simulationsmodell trainiert sind. „Nach weiterer Optimierung anhand von klinischen Daten besitzt unsere Methode das Potenzial, medizinische Eingriffe zu beschleunigen, Risiken zu verringern und die Ergebnisse zu verbessern“, so Co-Autor Axel Loewe.

Presse Info
FitnessbarometerFitnessbarometer 2023: Körperliche Leistungsfähigkeit von Kindern nimmt ab

Hat die Corona-Zeit die körperliche Leistungsfähigkeit von Kindern beeinträchtigt? Der „Fitnessbarometer 2023“ der Kinderturnstiftung Baden-Württemberg deutet in diese Richtung. So sank der Fitness-Gesamtwert um 2,4 Prozent im Vergleich zum Zeitraum 2012-2019. Grundlage dieses Befunds sind Motorik-Tests mit Kindern im Alter von drei bis zehn Jahren. Claudia Niessner ist Co-Projektleiterin am Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) des KIT, wo die erhobenen Daten ausgewertet werden. In der Kategorie Ausdauer ist der größte Rückgang zu verzeichnen. Aber auch die Schnelligkeit hat nachgelassen sowie Koordination und Beweglichkeit. Nur die Kraft-Werte blieben gleich.

Fact Sheet
NatureGeosciNatur GeoSci. Neue Methode bestimmt Wasserdampfanteil in der Stratosphäre

Die Ozonschicht schützt die Erde vor ultravioletter Sonnenstrahlung. Ein Anstieg des Wasserdampfs in der Stratosphäre könnte den Klimawandel verstärken und die Regeneration der Ozonschicht verlangsamen. Um die Vorhersage zu verbessern, haben Peer Nowack und ein internationales Forschungsteam ein statistisches Lernverfahren entwickelt, das Informationen aus Satellitenbeobachtungen mit modernsten Klimamodelldaten kombiniert. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die stratosphärischen Wasserdampfkonzentrationen mit der globalen Erwärmung zunehmen werden. Große Veränderungen, die die Erholung der Ozonschicht erheblich verzögern könnten, sind jedoch höchst unwahrscheinlich", so Nowack.

DOI: 10.1038/s41561-023-01183-6
thermal bridges on rooftopsNature.ScientificData: Wärmebrücken auf Gebäudedächern in Karlsruhe

Wärmebrücken sind Veränderungen in der Gebäudehülle, die bis zu einem Drittel des Wärmeverlusts bei Gebäuden verursachen können. "In Nature Scientific Data stellen wir den ersten umfassenden drohnenbasierten thermografischen Luftbilddatensatz vor, der gleichzeitig Informationen zur Höhenkartierung enthält sowie eine Betrachtung auf Bezirksebene erlaubt", so Rebekka Volk. Die Daten stammen von sechs Drohnenflügen über Karlsruhe und umfassen 926 hochaufgelöste Bilder mit manuell erstellten Bildmarkierungen zu Wärmebrücken. Damit lassen sich Deep-Learning-Methoden für eine verbesserte automatische Wärmebrückenerkennung trainieren. Die Ergebnisse können bei der Planung und Priorisierung der Sanierung des Gebäudebestands helfen.

nature scientific data
Quarzglasstrukturen im NanometermaßstabSCIENCE: Glas in 3D drucken - bei niedrigen Temperaturen und sinterfrei

Ein neues Verfahren macht es möglich, nanometerfeine Strukturen aus Quarzglas direkt auf Halbleiterchips zu drucken. Als Ausgangsmaterial dient ein flüssiges Polymerharz bestehend aus winzigen käfigartigen Siliziumdioxidmolekülen mit organischen funktionellen Gruppen. Bei Erhitzen der gedruckten 3D-Struktur werden die organischen Komponenten ausgetrieben und die anorganischen Moleküle verbinden sich zu reinem Quarzglas. Mit auf 650 Grad Celsius ist die erforderliche Temperatur nur halb so hoch wie bei herkömmlichen Herstellungsverfahren. Gemeinsam mit Forschenden aus Irvine, Kalifornien, stellt Emmy-Noether Gruppenleiter Jens Bauer das Verfahren in der Zeitschrift SCIENCE vor.

DOI: 10.1126/science.abq3037
packed bed for Carnot BatteryDFG fördert Analyse der Wärmeübertragung für Flüssigmetalle in Carnot-Batterien

Carnot-Batterien können Gigawattstunden an Energie in Form von Wärme speichern. Dies gelingt beispielsweise über eine Wärmetransportflüssigkeit, die ein festes Speichermaterial durchströmt und dabei erwärmt oder abkühlt. Klarissa Niedermeier und ihr Team untersuchen nun die Wärmeübergangskorrelation beim Einsatz von flüssigen Metallen, welche sich durch ihre hohen Wärmeleitfähigkeit und niedrige Viskosität als ideale Wärmeüberträger auszeichnen. Die Ergebnisse werden in die Simulation des Speichersystems einfließen und so zu einer Effizienzbewertung und Optimierung der Carnot Batterie beitragen. Die DFG fördert das Projekt mit rund 300.000 Euro im Schwerpunktprogramm „Carnot-Batterien“.

How to acquire DFG funding
De Carne (r.) with the megawatt installation Power Hardware in the Loop (PHIL)17.-21. April HANNOVER MESSE: Energiesysteme der Zukunft simulieren und testen

Der klimafreundliche Umbau des Energiesystems ist eine gewaltige Aufgabe. Die Kopplung verschiedener Energiesektoren und dezentralere, schwankende Energiemengen aus erneuerbaren Quellen haben einen großen Einfluss auf das Netz, sagt Giovanni De Carne. Auf der Hannover Messe zeigt seine Gruppe Real Time System for Energy Technologies im Energy Lab 2.0, wie sich Energienetze in verschiedenen Konfigurationen simulieren lassen. Mit der Megawattanlage Power Hardware in the Loop (PHIL) können sie neue technologische Komponenten einbauen, deren Auswirkung auf das Netz realitätsnah testen und anhand der erfassten Daten einen digitalen Zwilling modellieren. Mehr informationen bei KIT Energy Solutions (Halle 13, Stand C70).

KIT Presseinfo
doi.org/10.1038/s41560-023-01208-9 (background)YIN Grants 2023 für Batterieforschung, Wettervorhersage, medizinische Simulation

Elf sehr gute Anträge für YIN Grants machten den Juroren die Entscheidung dieses Jahr besonders schwer. Die Grants bieten ein Startbudget, um innovative Forschungsideen zu testen und weiterzuentwickeln. Der YIN Award 2023 für den besten Antrag geht an Simon Fleischmann und Florian Strauss. Sie wollen Festkörperbatterien stabilisieren, indem sie kathodische Volumenänderungen minimieren. Bei dem YIN Grant für Charlotte Debus, Sebastian Lerch und Julian Quinting geht es um die Quantifizierung von Unsicherheiten, die Interpretierbarkeit und die Effizienz von datengesteuerten Wettermodellen. Alexander Stroh erhält einen YIN Grant für die Simulation patientenspezifischer präoperativer Analysen des Mitralklappenrückflusses.

YIN Grants
YIN InsightYIN Insight zeigt Job-Sharing für Profs sowie YIN in Gesichtern, Fakten und Zahlen

Im Jahr 2022 haben YIN-Mitglieder mehrere herausragende Preise erhalten, einen neuen Rekord bei der Einwerbung zusätzlicher Drittmittel erreicht und eine deutlich höhere Zahl an Veröffentlichungen in von Experten begutachteten Fachzeitschriften publiziert - darunter sieben Publikationen in Nature Communications und Nature Energy. Während die meisten COVID19-bedingten Einschränkungen nun hinter uns liegen, hat die Pandemie auch die Tragfähigkeit alternativer Arbeitsmodelle gezeigt. Dieses Thema aufgreifend, konzentriert sich das Hot Topic auf "Job-Sharing for Professors". Dieses neue Konzept scheint vor allem Wissenschaftlerinnen anzuziehen und ist in der Mathematik und den Naturwissenschaften besonders wenig verbreitet. Lesen Sie, um mehr zu erfahren.

YIN Insight 2022
News Archiv 2022
Philip WillkePhilip Willke receives Hector Research Career Development Award

Mit dem Research Career Development Award fördert die Hector Fellow Academy herausragende Forschende in der Phase zwischen Postdoc und Professur. „Der Preis wird es meiner Gruppe ermöglichen, künstlich hergestellte Anordnungen von Magneten im atomaren Maßstab zu erforschen“, freut sich Philip Willke. Diese neue Art von Systemen soll helfen, bestimmte Phänomene, die aus den Grundsteinen der Materie entstehen, besser zu verstehen. Als einer von drei Geförderten erhält er die Finanzierung einer Promotionsstelle und wird für fünf Jahre Mitglied der Hector Fellow Academy, welche exzellente Forschende aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften, aus Medizin und Psychologie verbindet.

Hector RCD Awardee Philip Willke
ERC Cog 2022 - Paetzold, BiedermannZwei Consolidator Grants 2022 für Projekte von zwei YIN-Mitgliedern

Der Physiker Ulrich W. Paetzold und der Chemiker Frank Biedermann haben jeweils einen der renommierten Consolidator Grants des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten. Ihre Projekte auf den Gebieten der Photovoltaik und der medizinischen Sensorik werden in den nächsten fünf Jahren mit jeweils rund zwei Millionen Euro gefördert. Mit dem Projekt LAMI-PERO will Paetzold hocheffiziente und stabile Perowskit-Dünnschichten über große Flächen herstellen. Biedermann will im Projekt SupraSense hochspezifische, aber einfach herzustellende Sensoren für die medizinische Diagnostik entwickeln. Im Laufe der Jahre haben 19 YIN-Mitglieder - einige von ihnen sind inzwischen Alumni - erfolgreich einen ERC-Grant eingeworben.

KIT Presseinfo
Ln TM4f for Future - neuer Sonderforschungs-bereich mit zwei YIN Mitgliedern als Co-PIs

Komplexe Materialien auf der Basis von Seltenen Erden sind wichtig für viele Hightech-Anwendungen wie für Dauermagnete oder in Displays. Der neue Sonderforschungsbereich "4f for Future" untersucht nun die Synthese und die physikalischen Eigenschaften von molekularen und nanoskaligen Seltene-Erden-Verbindungen mit dem Ziel neuartiger Anwendungen. Schirin Hanf und Alexander Hinz leiten als Co-PIs jeweils eigenständige Teilprojekte innerhalb dieses Verbundes. Neben dem KIT als Koordinator sind auch die Philipps-Universität Marburg, die LMU München und die Universität Tübingen beteiligt. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das interdisziplinäre Konsortium mit mehr als zehn Millionen Euro in den nächsten vier Jahren.

KIT Presseinfo
ERC StG for Julian QuintingERC Starting Grant für präzisere und effizientere Wettervorhersagen

Mit dem Projekt ASPIRE verfolgt Julian Quinting das Ziel, subsaisonale Vorhersagen mit reduziertem Rechenaufwand zu verbessern. Die Idee ist, Quellen im Atmosphärensystem mit hoher intrinsischer Vorhersagbarkeit besser zu nutzen: etwa wiederkehrende Muster tropischer Konvektion, die auf einer Zeitskala von zwei Wochen bis zwei Monaten variieren. Die Muster im Pazifik beispielsweise haben einen großen Einfluss auf das Wetter in Europa, werden aber in Wettervorhersagemodellen nur unzureichend dargestellt. Um dies zu verbessern und dabei den Rechenaufwand möglichst gering zu halten, entwickelt Quinting Modelle des Maschinellen Lernens, welche die Effekte einer hohen Auflösung nachahmen. Der Europäische Forschungsrat wird sein Projekt nun für fünf Jahre finanzieren.

KIT Presseinfo
Pitfalls in securitySchwachstellen bei Einsatz Künstlicher Intelligenz in der Computersicherheit

Maschinelles Lernen (ML) ist traditionellen Methoden oft überlegen. Beim Einsatz in der Computersicherheit gibt es allerdings Schwachstellen, wie das Team von Christian Wressnegger gemeinsam mit internationalen Partnern herausgefunden hat. „Ein lernendes Virenschutzprogramm beispielsweise, das anhand unvollständiger Daten trainiert wurde, könnte sich in der Praxis als unbrauchbar erweisen“, erklärt Wressnegger. Die Forschenden haben 30 aktuelle Arbeiten untersucht, die ML für die IT-Sicherheit nutzen und auf prestigeträchtigen Computer- und Systemsicherheitskonferenzen veröffentlicht wurden. Alle hatten eine oder mehrere Fehlerquellen nicht berücksichtigt. „Es fehlt an Bewusstsein für die Schwierigkeiten, Maschinelles Lernen korrekt anzuwenden“, so der Experte.

Dos and Don’ts of ML in Computer Security
hgf-nachwuchsgruppe-meier_webBestnote für Helmholtz Nachwuchsgruppe „Hyperpolarisierte Magnetresonanz"

Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe "Hyperpolarisierte Magnetresonanz" unter der Leitung von Benno Meier ist mit "außerordentlichem Erfolg" bewertet worden. Das Ziel der Wissenschaftler ist es, die Empfindlichkeit und den Durchsatz der magnetischen Resonanz zu erhöhen. Die Intensität des Signals entspricht der Ausrichtung der Kernspins an einem angelegten Magnetfeld: typischerweise beträgt sie nur 1 in 100.000 Spins. Bei Hyperpolarisation richten sich fast alle Spins aus und das Signal verstärkt sich um bis zu vier Größenordnungen. Als Experte auf diesem Gebiet ist Benno Meier auch einer der vier erfolgreichen Antragsteller für den ERC Synergy Grant Highly Informative Drug Screening by Overcoming NMR Restrictions (HiSCORE) im Jahr 2020.

Meier Lab
KI-basierte Methodik für die schnelle Ertüchtigung unreifer ProduktionsprozesseDFG-Forschungsgruppe: Produktions-Prozesse mit KI schneller nutzbar machen

Um neue Produkte schneller auf den Markt zu bringen, müssen Unternehmen unreife Produktionsprozesse im laufenden Betrieb verbessern. Ziel der neuen DFG-Forschungsgruppe am KIT ist es, mit dem systematischen Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) Prozess-anpassungen kostengünstiger, schneller und effizienter zu machen. Im Teilprojekt „Management und Quantifikation von Prozessreife-Verbesserung“ befasst sich Tobias Käfer mit der wissensgraph-basierten Modellierung von Daten und Wissen über den Prozess und ihrer Bereitstellung für Fachleute. Herausforderungen wie der Verteilung der Daten, ihrer Heterogenität und der Berücksichtigung von physikalischem Wissen begegnen die Forschenden, indem sie Methoden semantischer Datenverarbeitung mit qualitativem Schließen kombinieren.

DFG-Forschungsgruppe
Aquiferspeicher_webGeothermische Energie. Grundwasser als Wärme-/Kältespeicher für Deutschland

Mehr als 30 % des deutschen Endenergie-verbrauchs entfallen derzeit auf Heizen und Kühlen im Gebäudesektor. Die Nutzung von Grundwasser als thermischer Energiespeicher könnte einen Großteil dieses Bedarfs abdecken und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen um bis zu 75 % reduzieren. Über die Kombination hydrogeologischer und klimatischer Kriterien in einer räumlichen Analyse haben Forscherende um Kathrin Menberg nun herausgefunden, dass rund 54% des untersuchten deutschen Gebietes sehr gut oder gut für oberflächennahe Niedertemperatur-Aquifer-Wärmeenergiespeicher (ATES) geeignet sind: insbesondere das Norddeutsche Becken, der Oberrheingraben und das Süddeutsche Molassebecken. Mit dem fortschreitenden Klimawandel könnte sich der Anteil geeigneter Flächen sogar noch erhöhen.

Geothermal Energy
SWR Science TalkSWR Science Talk mit Katharina Scherf: Wie gesund ist unser täglich Brot?

Was sind weizenbedingte Erkrankungen und wie sieht unser Brot der Zukunft aus? Darüber spricht SWR-Moderator Ralf Caspary mit Lebensmittelchemikerin Katharina Scherf. Getreide gehört weltweit zu den wichtigsten Nährstofflieferanten, enthält aber auch Klebereiweiße bzw. Gluten und andere immunreaktive Bestandteile. Wieso immer mehr Menschen von einer Weizenunverträglichkeit berichten, ist noch nicht abschließend geklärt. Neben den Inhaltsstoffen im Weizen selbst sowie den Anbau- und Verarbeitungsmethoden, spielten auch das Immunsystem des Menschen und seine Reaktion auf veränderte Umwelteinflüsse eine Rolle. Beispielsweise steige die Zahl an Allergie- und Stresserkrankungen, so Katharina Scherf, während der Eiweißgehalt im Weizen sogar eher abgenommen habe.

SWR Science Talk - Episode 3
nature.com/articles/s41467-022-33750-7Nature.Comm. Antikrebswirkstoff funktioniert als lichtaktivierter Fotoschalter

Um die therapeutische Wirksamkeit zu verstärken und Nebenwirkungen zu verringern, ist es wünschenswert, dass Medikamente erst am Zielort ihre Wirkung entfalten. Zbigniew Pianowski und seine Gruppe haben nun herausgefunden, dass die biologische Aktivität von Plinabulin – einem Medikament, das zur Krebsbehandlung klinisch erprobt wird – mit sichtbarem Licht steuerbar ist. Dabei funktioniert der Wirkstoff selbst als Fotoschalter und bleibt in seiner Struktur unverändert. Mittels Cyanblauem und violettem Licht lässt er sich reversibel zwischen zwei thermisch stabilen Versionen des Moleküls mit deutlich unterschiedlichen Aktivitätszuständen umschalten. Der neu entdeckte Fotoschalter als molekulare Teilstruktur von Plinabulin eignet sich aufgrund seiner veränderbaren Fluoreszenzintensität auch für die Superauflösungsmikroskopie.

nature.com/articles/s41467-022-33750-7
Hartwig Anzt, Christian Grams, Katharina ScherfWechsel in der YIN-Vertretung: Christian Grams folgt auf Hartwig Anzt

Christian Grams (m.), der seit Februar 2021 Teil des erweiterten YIN-Vorstands ist, hat eine neue Aufgabe übernommen: Gemeinsam mit Katharina Scherf (r.) spricht er nun als Repräsentativer Vorstand für YIN! In den letzten 2,5 Jahren hat Hartwig Anzt (l.) diese Position erfolgreich ausgefüllt. Im August hat er die Nachfolge von Jack Dongarra angetreten, dem letzten Gewinner des Turing Awards – des so genannten "Nobelpreises für Rechnen" – als Leiter des Innovative Computing Lab an der University of Tennessee. Dennoch wird Hartwig Anzt weiterhin einen Teil seiner Zeit am KIT verbringen, um das vom BMBF geförderte Projekt WarmWorld zu unterstützen, welches die Software des globalen Wetter- und Klimavorhersagemodells ICON auf den neuesten Stand bringen wird.

Ein großes DANKESCHÖN an alle drei für ihr Engagement und ihren Enthusiasmus!

Anna Böhmer and Martin Dienwiebel at the YIN Day 2022Hybrider YIN Day 2022 mit Projekt-Blind-Dates und beispielhaften Karrierewegen

Die persönliche Anwesenheit vor Ort war ein großer Gewinn für regen Austausch und Interaktion auf dem diesjährigen YIN Day. Highlights waren Projekt-Blind-Dates zur Findung innovativer Kooperationsideen, Grußworte von Vizepräsident Oliver Kraft und der Leiterin des Bereichs I Andrea Robitzki sowie drei Vorträge zu wissenschaftlichen Karrieren: YIN-Mitglied Susanne Benz gab einen Einblick in das YIG-Vorbereitungsprogramm und ihr Freigeist-Stipendium; Alumna Anna Böhmer (l.), Professorin für Experimentalphysik, insbesondere Festkörper, berichtete von ihrer Forschung an der Ruhr-Universität Bochum, und Martin Dienwiebel (r.), langjähriger YIN-Alumnus und Professor für Angewandte Nanotribologie, sprach über Tribologie an der Schnittstelle zwischen Fraunhofer, KIT und Industrie.

Power GridNature Communications. Kontra-intuitve Lastverteilung in Stromnetzen verstehen

Die Energiewende erfordert den Ausbau der Stromnetze, um erneuerbare Erzeuger mit den Verbrauchern zu verbinden und Strom über weite Entfernungen zu transportieren. Die Kapazitäts-erhöhung bestehender oder das Hinzufügen neuer Leitungen können jedoch kontraintuitiv auch die Gesamtleistung des Systems verringern und Stromausfälle fördern. "Wir präsentieren einen experimentellen Aufbau, der dieses Braess'sche Paradox demonstriert, und eine topologische Theorie, die den Schlüsselmechanismus dahinter aufdeckt", so Erstautor Benjamin Schäfer. "Jede Aufrüstung eines Netzes, die einen Kreisfluss induziert, der mit dem Fluss auf der am stärksten belasteten Leitung übereinstimmt, wird die Last dort weiter erhöhen." Die Ergebnisse bieten eine theoretische Methode und praktische Richtlinen, um die Netzplanung zu unterstützen.

Nature Communications
Polarvektoren einer PiezokeramikNature Comm. Piezo-Reaktion in bleifreier Keramik an der Phasengrenze entschlüsselt

Piezo-elektrische Materialien wandeln mechanische in elektrische Energie um und umgekehrt. Ihr Anwendungsspektrum ist breit, bspw. in drahtlosen Sensornetzen oder der diagnostischen Ultraschallbildgebung. Während bleihaltige Piezo-Keramiken heute weit verbreitet sind, werden umweltfreundlichere Alternativen für eine nachhaltige Zukunft entscheidend sein. Manuel Hinterstein und seine Emmy-Noether-Gruppe haben nun erstmals die grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehung von bleifreien Piezo-Keramiken auf (K,Na)NbO3-Basis entschlüsselt. Ihre Studie zeigt, dass die elektrisch stimulierte Volumenänderung dort bis zu fünfmal größer ist, wo aufgrund struktureller Instabilitäten Phasenübergänge stattfinden. Somit ist die präzise Materialkonstruktion entscheidend, um Hochleistungs-Keramiken zu entwickeln.

Nature Communications
The electricity consumption is disentangled into a trend (orange) and further fluctuations, which are both analyzed separately.Nature Comm. Datengestützte Lastprofile erfassen die Dynamik des Stromverbrauchs

Die Dynamik des Stromverbrauchs ist für die Planung und den Betrieb nachhaltiger Energiesysteme von entscheidender Bedeutung. "Während Schwankungen in der erneuerbaren Energieerzeugung recht gut untersucht sind, fehlt es noch an einem tieferen Verständnis der Schwankungen in der Verbrauchsdynamik", sagt Benjamin Schäfer, einer der Erstautoren. "Wir haben nun die durchschnittlichen Nachfrageprofile von den Nachfrageschwankungen auf Basis von reinen Zeitreihendaten getrennt, ohne irgendwelche Modellannahmen vorauszusetzen." Dieser Ansatz verbessert das Verständnis der Nachfragedynamik und insbesondere ihrer Schwankungen. "Wir hoffen, unsere Erkenntnisse tragen dazu bei, aktuelle und künftige (Mikro-)Netze genauer auf den Ausgleich von Angebot und Nachfrage einzustellen."

Nature Communications
Simulated HeartDigitaler Zwilling zeigt optimale Behandlungsmethode von Vorhofflimmern

Bei Patienten mit anhaltendem Vorhofflimmern ist die langfristige Therapierfolgsquote noch steigerbar. Um das Wiederauftreten von Herzrhythmusstörungen sicherer zu verhindern, haben Forschende des KIT und des Universitätsklinikums Freiburg nun an 29 anatomischen und funktionellen "digitalen Zwillingen" von Patientenherzen verschiedene Therapieansätze verglichen. "Wir konnten zeigen, dass die exakte Identifizierung von Gewebeveränderungen entscheidend ist, um mit dem kleinst möglichen Eingriff den besten Therapieerfolg zu erzielen", sagt Axel Loewe, einer der Hauptautoren. "Indem wir personalisierte Verödungslinien definierten und sie mit der nächstgelegenen nicht leitenden Herzstruktur verbanden, konnten wir in keinem der Modelle weitere Arrhythmien auslösen."

EP Europace, euac116
Luise Kaerger and Nadine RuehrBerufen: Heisenberg- und Helmholtz-Professur am KIT für zwei YIN-Mitglieder

Im Juli 2022 haben Luise Kärger (r.) und Nadine Rühr (l.) ihre ordentliche Professur am KIT angetreten. Luise Kärger hat sich im Heisenberg-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durchgesetzt. Damit würdigt die DFG die hohe wissenschaftliche Qualität und Originalität ihrer Forschung auf internationalem Niveau und fördert ihre Professur für Digitalisierung im Leichtbau für die nächsten fünf Jahre. Nadine Rühr ist nun Professorin für Klimaökophysiologie am KIT Campus Alpin in Garmisch-Partenkirchen. Ihre Professur wird von der Helmholtz-Gemeinschaft über das Erstberufungsprogramm für exzellente Wissenschaftlerinnen gefördert. Hauptauswahlkriterium war ihre herausragende wissenschaftliche Leistung an Forschungseinrichtungen im In- und Ausland.

Subsurface heatNature Communications: Angestaute Hitze im Untergrund für Wärmeversorgung nutzen

Der Klimawandel setzt sich im Boden fort: Vor allem unterhalb von Städten können sich oberflächennahe Schichten um mehrere Grade Celsius erwärmen. Dieser Temperaturüberschuss ließe sich weltweit für eine grundlastfähige Wärmeversorgung nutzen. Dabei wird Grundwasser durch einen Wärmetauscher gepumpt und abgekühlt wieder in das Reservoir zurückgeführt. "Wenn man die überschüssige Wärme nicht abführt, könnte sie in den kommenden Jahrzehnten weltweit die Grundwasserqualität beeinträchtigen", so Katrin Menberg. Im Team mit Erstautorin Susanne Benz sowie Kollegen aus Kanada und Deutschland hat sie tausende Standorte auf mehreren Kontinenten untersucht. In den meisten Fällen wäre eine thermische Nutzung denkbar. Ohne Grundwasser ließe sich ein Wärmemedium im Boden zirkulieren.

Nature Communications
perowskit-perowskit tandem solar moduleNature Energy: Vollständig skalierbare Perowskit/Perowskit-Tandem-Solarmodule

Forschende am KIT haben einen Prototypen eines All-Perowskit-Tandem-Solarmoduls mit einem Wirkungsgrad bis 19,1 Prozent auf einer Aperturfläche von 12,25 Quadrat-zentimetern entwickelt - ein technologischer Durchbruch! "Das Ergebnis motiviert zu weiteren Arbeiten, um die ebenso nachhaltige wie zukunftsträchtige Technologie durch Aufskalierung sowie Verbesserung der Stabilität zur Marktreife zu bringen“, erklärt Gruppenleiter und Hauptautor Ulrich Paetzold. Der geringe Wirkungsgradverlust bei Aufskalierung basiert auf drei wesentlichen Innovationen: gezieltem Lichtmanagement zur Reduktion optischer Verluste in der Solarzellenarchitektur, Hochdurchsatz-Laser-Strukturierung und dem Einsatz etablierter industriell-skalierbarere Beschichtungsverfahren. Die Fachzeitschrift Nature Energy berichtet.

Nature Energy
UFZ-Dürremonitor für DeutschlandKIT Experte des Monats Somidh Saha: Deutschland ist jetzt Waldbrandland

Gerade noch untersuchten Forschende des KIT in Brandenburg, wie sich Wald und Ökosystem von den verheerenden Bränden im Jahr 2018 erholten. Nun haben die aktuellen Brände einen großen Teil der Versuchsflächen zerstört. „Als Folge des Klimawandels erleben wir extreme Hitzewellen und Dürren. Damit steigt natürlich die Feuergefahr. Deutschland ist jetzt ein Waldbrandland,“ sagt Somidh Saha. Mit großen Waldbränden, die sich über mehrere Hundert Hektar ausdehnten, sei nun regelmäßig zu rechnen. Saha erforscht, wie unterschiedliche Baumarten auf Feuer reagieren und wie sich der deutsche Wald resilienter gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels gestaltet lässt. Zudem gelte es, viel mehr Ressourcen zur Brandvermeidung und -bekämpfung, Feuerökologie sowie Wiederherstellung von Wäldern bereitzustellen.

KIT Experte Somidh Saha
Walking ScientistsWalking Scientists bei der KIT Jahresfeier 2022 - YIN-Mitglieder treten in Dialog

Nachgefragt! Das Thema des laufenden Wissenschaftsjahres prägte auch das Programm der Jahresfeier 2022 des KIT: Beim Empfang bewegten sich ausgesuchte YIN-Mitglieder als "Walking Scientists" unter den Gästen und beantworteten Fragen zu ihrer Forschung. Ihre Expertisen reichten von Didaktik (Ingo Wagner) und Geothermie (Kathrin Menberg) über Brennstoffzellen (Jan Haußmann), Energiesysteme (Giovanni de Carne) und Energieinformatik (Benjamin Schäfer) bis hin zu künstlicher Intelligenz (Michael Färber) und Lebensmittelchemie (Katharina Scherf). Für die Nachwuchsführungskräfte ergab sich umgekehrt die Gelegenheit, mit Gästen etwa aus Bundes- und Landesministerien ins Gespräch zu kommen. Ingo Wagner wurde zudem mit Fakultätslehrpreis für Geistes- und Sozialwissenschaften ausgezeichnet.

Jahresfeier 2022
W1 profesorship for Verfürth-Grams-WillkeW1-Professur für drei extern evaluierte Gruppenleitungen im YIN

Um die Gewinnung exzellenter Nachwuchsgruppenleiterinnen und -leiter zu sichern, kann das KIT eine W1-Professur mit jeweils passendem Forschungsschwerpunkt ausschreiben. Gemäß dem Qualitätssicherungskonzept für Juniorprofessuren und Tenure-Track-Professuren am KIT können sich Leiterinnen und Leiter von hochkompetitiven, extern evaluierten Nachwuchsgruppen um eine solche Stelle bewerben. Auf diesem Weg haben sich drei weitere YIN-Mitglieder gegen die Konkurrenz durchgesetzt und wurden berufen: Emmy Noether-Gruppenleiterin Barbara Verfürth hat nun eine W1-Professur für Numerik partieller Differentialgleichungen inne, Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter Christian Grams für Meteorologie. Philip Willke, der ebenfalls eine Emmy Noether-Gruppe leitet, wurde zum W1-Professor für "Quantum Control of Spins on Surfaces" ernannt.

CO2 capture and conversion via photoactive MOFsYIN Grants 2022 für innovative Forschungsideen aus Chemie und Physik

Die im Wettbewerb vergebenen YIN Grants bieten ein Startbudget zur Erprobung und Entwicklung vielversprechender Ideen. Der beste Antrag wird zudem mit dem YIN Award ausgezeichnet und vom Vizepräsidenten für Forschung signiert. In diesem Jahr geht er an Claudia Bizzarri und Manuel Tsotsalas. Sie wollen mithilfe photoaktiver mikroporöser metall-organischer Gerüst-verbindungen CO2 aus der Umwelt absorbieren und in wertvolle Chemikalien umwandeln. Philip Willke und Pascal Friederich erhalten einen YIN Grant, um mit maschinellem Lernen Daten aus der Rastertunnelmikroskopie zu analysieren und daraus neue physikalische Erkenntnisse zu gewinnen. Katharina Scherf und Ulrike van der Schaaf untersuchen, wie sich gesunde Pflanzenöle so umwandeln lassen, dass sie in Gebäck butterähnliche Eigenschaften annehmen.

YIN Grants
Combining Batteries with Supercapsnature energy: Batteriespeicher trifft Schnell-Ladefähigkeit eines Kondensators

Die Trennung von Batterie- und Kondensator-Technologie überwindend, verfolgen Wissenschaftler den kontinuierlichen Übergang zwischen beiden Energiespeichermechanismen. Ihr Ziel ist es, das Beste aus beiden Welten zu vereinen: Batterien speichern viel Energie, brauchen aber Zeit zum Laden; Super-Kondensatoren laden sehr schnell, doch ihre Energiedichte ist begrenzt. „Indem wir den Platz für den Elektrolyten in der Batterieelektrode vergrößern, können sich Ladungsträger auch mit Teilen ihrer Lösemittelhülle dort einlagern“, so Erstautor Simon Fleischmann. „Mit zunehmender Umhüllung verringert sich die Wechselwirkung der Ionen mit der Elektrode und wir beobachten den allmählichen Übergang zu einem Doppelschicht-Verhalten wie im Superkondensator.“

KIT News und Erklärvideo
Harald Perten Prize for ScherfInternationaler Harald-Perten-Preis für Lebensmittelchemikerin Katharina Scherf

Katharina Scherfs Forschungsschwerpunkt liegt auf den funktionellen Eigenschaften von Gluten und der Wirkung von Enzymen auf Gluten und Brot. Darüber hinaus befasst sie sich mit analytischen, immunologischen und biochemischen Aspekten der Zöliakie, der Nicht-Zöliakie-Glutensensitivität und der Weizenallergie. Mit dem Harald-Perten-Preis zeichnet die Internationale Gemeinschaft für Getreidechemie herausragende Leistungen in Wissenschaft, Forschung, Lehre oder Wissensvermittlung aus, die den Getreidewissenschaften und der Getreidetechnologie dienen - in erster Linie in Anerkennung praktischer Anwendungen auf den Gebieten Stärke, Gluten und Enzyme. Der Preis wird seit 1990 alle zwei Jahre von der Harald-Perten-Stiftung gesponsert.

Harald Perten Preis 2022
damage by wind gustsMonthly Weather Review: Windböen mit neuronalen Netzen besser vorhersagen

Starke Windböen können großen Schaden anrichten. Frühzeitige und verlässliche Vorhersagen sind daher entscheidend. „Im Vergleich sind KI-Methoden dabei klassischen statistischen Ansätzen deutlich überlegen, da sie es erlauben, neue Informationsquellen wie geografische Gegebenheiten oder weitere meteorologische Variablen wie Temperatur und  Sonnenstrahlung besser miteinzubeziehen“, so Sebastian Lerch, Leiter der Nachwuchsgruppe „KI-Methoden für probabilistische Wettervorhersagen“. Insbesondere könnten neuronale Netze aus den verfügbaren großen Datenmengen komplexe, nicht-lineare Zusammenhänge lernen, um so die systematischen Fehler in den Ensemble-Vorhersagen zu korrigieren.

Monthly Weather Review
Pascal Friederich receives the Heinz Maier-Leibnitz Prize, the most important recognition of early-career researchers in Germany.DFG verleiht renommierten Heinz Maier-Leibnitz-Preis an Pascal Friederich

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) vergibt den Heinz Maier-Leibnitz-Preis an Nachwuchswissenschaftler/-innen als Auszeichnung für ihre herausragenden Leistungen. Pascal Friederichs interdisziplinäre Arbeit konzentriert sich auf den Einsatz künstlicher Intelligenz zur Simulation von Materialien, virtuellem Materialdesign und autonomen Experimentierplattformen zur automatischen Materialerkennung. "Der Leibnitz-Preis ist eine tolle Anerkennung seiner großartigen Arbeit. Wir sind stolz und freuen uns sehr mit ihm", sagt der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. Der letzte Preisträger am KIT war YIN-Alumnus Pavel Levkin im Jahr 2015. Der Heinz Maier-Leibnitz-Preis ist nach dem Physiker und ehemaligen Präsidenten der DFG benannt.

press info
D. Bresser; K. ScherfZwei ERC Starting Grants für YIN-Vorstandsmitglieder im Jahr 2021

Dominic Bresser und Katharina Scherf haben jeweils einen prestigeträchtigen Starting Grant des European Council of Research (ERC) erhalten. Dominic Bresser will im Rahmen des RACER-Projekts "Highly Redox-active Atomic Centers in Electrode Materials for Rechargeable Batteries" neuartige Batteriematerialien entwickeln, um höhere Energie- und Leistungsdichten auf Zellebene zu erreichen. Katharina Scherf plant immunreaktive Glutenpeptide vom Getreide bis zum Darm und darüber hinaus zu verfolgen. In ihrem Projekt GLUTENOMICS möchte sie genauer herausfinden, wie Proteinstrukturen die Verdaulichkeit bestimmen. Ihr Ziel ist es, verträglichere getreidebasierte Lebensmittel zu gestalten, um die Entwicklung gerade von Weizen-unverträglichkeiten im Ansatz zu verhindern.

ERC grantees from YIN
Philip WillkeGaede-Preis 2022 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft für Philip Willke

Philip Willke erhält die Auszeichnung für "seine herausragenden experimentellen Arbeiten zur Erforschung von einzelnen Elektronen- und Kernspins mittels Elektronenspinresonanz an einzelnen Atomen auf Oberflächen". Mit seiner Emmy-Noether-Gruppe forscht er im Grenzbereich von Quantentechnologien und Nanowissenschaften. Die von ihm zur Reife entwickelte Technik der Einzel-Atom-Elektronenspinresonanz ist derzeit ein aufregendes Feld in der Festkörper- und Oberflächenphysik. Die individuelle Vermessung der quantenmechanischen Eigenschaften einzelner Atome und Moleküle auf Oberflächen eröffnet völlig neue Möglichkeiten, atomare Strukturen zu manipulieren und künstliche Quantensysteme zu kreieren.

Gaede-Preis
News Archiv 2021
Laser-Attack on ComputersIT-Sicherheitslücke: Computerangriffe mit Laserlicht auf eingebaute LEDs

Computernetzwerke in kritischen Infrastrukturen sind oft physisch isoliert, um den Zugriff von außen zu verhindern. Sie haben weder drahtgebundene noch drahtlose Verbindungen nach außen - sie sind "air-gapped". Indem sie Laserlicht auf eingebaute LEDs richten, konnten Forscher nun eine optische Kommunikation zu diesen Systemen herstellen. Die Datenübertragung funktioniert dann in beide Richtungen über eine Entfernung von bis zu 25m. "Optische Angriffe sind bei handelsüblichen Bürogeräten in Unternehmen, Universitäten und Behörden möglich", sagt Christian Wressnegger, Leiter der Gruppe Sicherheit intelligenter Systeme bei KASTEL. Im Projekt LaserShark kooperiert er mit Forschern der TU Braunschweig und der TU Berlin.

Press info
young professorsDrei neue Nachwuchsprofessuren im YIN - Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Schirin Hanf, Julia Maibach und Hartwig Anzt (v.l.n.r.) haben kürzlich eine Nachwuchsprofessur am KIT angetreten. Schirin Hanf ist nun Tenure-Track-Professorin für anorganische Grundlagenchemie mit Schwerpunkt auf der nachhaltigen Nutzung von Metallen. Nach ihrer Promotion im Jahr 2019 verbrachte sie einige Zeit am Postdoc-Zentrum der BASF in Heidelberg, bevor sie in das YIG Prep Programm am KIT aufgenommen und schließlich berufen wurde. Julia Maibach und Hartwig Anzt leiten beide seit 2017 eine Nachwuchsgruppe. Im Rahmen des KIT Excellent Tenure Programms ist BMBF-Gruppenleiterin Julia Maibach nun auch Tenure-Track-Professorin für Grenzflächenprozesse. Juniorprofessor Hartwig Anzt beschäftigt sich mit seiner Helmholtz-Nachwuchsgruppe mit fixed-point numerical algorithms.

Life science bridge awardFrank Biedermann erhält den Life Sciences Bridge Award der Aventis Foundation

Mit dem Life Science Bridge Award unterstützt die Aventis Foundation talentierte junge Forscher und ermutigt sie, riskante und unkonventionelle wissenschaftliche Ideen zu verfolgen. Frank Biedermann und seine Emmy Noether-Gruppe haben ein alternatives Rezeptordesign-Prinzip getestet, das hohe Bindungsaffinitäten für synthetische makrozyklische Verbindungen gewährleistet. So haben sie kürzlich einen fluoreszierenden künstlichen Rezeptor für den Neurotransmitter Serotonin vorgestellt, der stärkster und selektivster wirkt, als die bisher bekannen. Er hofft, dass seine Erfindung klinisch relevant wird, um echten Patienten zu helfen. Mit Frank Biedermann, Zeynep Altintas und Lucas Jae erhielten 2021 drei Postdoktoranden die Auszeichnung.

Interview mit Frank Biedermann
FußballsportAppell für Bewegungspakt: körperliche Aktivität für gesunde Heranwachsende

„Fünf Thesen und elf Empfehlungen zur Bewegungs- und Sportförderung für Kinder und Jugendliche vor dem Hintergrund der Corona-Pandemie“ lautet der Titel eines aktuellen Forschungsberichts am KIT. Die körperliche Alltagsaktivität und die motorische Leistungsfähigkeit von Heranwachsenden habe im zweiten Lockdown im Vergleich zum ersten deutlich abgenommen, erklärt Co-Autorin Claudia Niessner. Sie ist Projektleiterin der bundesweit repräsentativen Motorik-Modul-Längsschnittstudie, die zusammen mit dem Fitnessbarometer der Kinderturnstiftung Baden-Württemberg die Datengrundlage lieferte. Der Bericht ist ein Appell an Bund, Länder und Kommunen, Sport- und Bewegungskonzepte flächendeckend zu fördern.

Zum Forschungsbericht
Abbildung: Arbeitsgruppen Nienhaus und Hilbert, KIT Microscopy of a nucleus: Transcription factories are colored orange, activated genes light blue.Molecular Systems Biology: Wie Zellen aktive Gene korrekt auswählen

Zellen müssen genau kontrollieren, welche Gene sie verwenden. Forscher haben nun herausgefunden, dass die Bildung von Transkriptionsfabriken im Zellkern der Kondensation von Flüssigkeiten ähnelt: Mit Flüssigkeit umhüllte Bereiche des Genoms erlauben das Anhaften relevanter Gensequenzen und zusätzlicher Moleküle, welche die anhaftenden Gene schließlich aktivieren. "Unsere Forschung zeigt, wie die biologische Zelle solche Vorgänge schnell und gleichzeitig zuverlässig organisiert. Die von uns erstellten Computersimulationen und Funktionskonzepte lassen sich direkt auf künstliche DNA-Systeme übertragen und können deren Design unterstützen", sagt Lennart Hilbert, einer der korrespondierenden Autoren.

Molecular Systems Biology
Wüste von Dyngjusandur, IslandMesskampagne: Klimawirkung von Staubpartikeln aus den Wüsten Islands

Zu den klimawirksamen Staubquellen gehören auch die kalten Wüsten im hohen Norden. Sie beeinflussen in der Arktis die Wolkenbildung, die Gletscherschmelze durch Ablagerungen sowie die Kohlenstoffaufnahme des Ozeans. Martina Klose nahm kürzlich teil an einer Messkampagne in der isländischen Wüste Dyngjusandur. „Wir wollen überprüfen, wie Staubpartikel emittiert und transportiert werden und wie sie die Wolkenbildung beeinflussen“, so die Klimaforscherin. Aufgrund ihres vulkanischen und glazialen Ursprungs unterschieden sich wahrscheinlich vor allem große Partikel in Porosität und Form von Staub aus anderen Wüsten. Dies könnte sich darauf auswirken, wie lange die Staubpartikel in der Luft verbleiben.

News
FeststoffbatterieBMBF-Projekt: Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien (ALANO)

Feststoffbatterien können die Elektromobilität voranbringen: Lithiummetall als Anodenmaterial und ein fester Elektrolyt (SSE) ermöglichen die Energiedichte zu erhöhen und damit die Reichweite von Elektroautos zu verlängern. „Die Sicherheit verbessert sich ebenfalls wesentlich, da die Batteriezellen keine flüssigen und leicht brennbaren Bestandteile mehr enthalten“, erläutert Dominic Bresser. „Zudem erhöht sich die Robustheit der Zellen, wodurch Handhabung, Kühlung und Systemintegration leichter werden.“ Im Verbundprojekt unter Koordination der BMW AG betrachten Partner aus Wissenschaft und Industrie die gesamte Wertschöpfungskette: von der Auswahl der Materialien über Verarbeitung und Skalierung bis hin zum Recycling.

Press info
Christian Greiner develops multimodal in-situ tribometryProfessur für ehemaligen YIN-Sprecher, Emmy-Noether- und ERC-Preisträger

Seit September 2021 ist Christian Greiner ordentlicher Professor für Additiv hergestellte Bauteile und Mikrostrukturdesign am KIT. Glückwunsch! Er war 2012 mit seiner Emmy-Noether-Gruppe zum Thema "Size effects and microstructure evolution in textured metal surfaces during reciprocating sliding" dem YIN beigetreten. Er gestaltete das Netzwerk aktiv mit, zunächst als Sprecher des transdisziplinären Ausschusses und in den Jahren 2015 und 2016 als repräsentativer Sprecher. 2017 warb er erfolgreich einen ERC Consolidator Grant ein und wurde als Senior-Mitglied und Berater im YIN sehr geschätzt. Als Professor und YIN-Alumnus wird er seine Forschung zu Materialien unter tribologischer Belastung nun am KIT fortsetzen.

Profil
Stadtnahe Wälder in KarlsruheStudie zeigt: Urbane Wälder als Kulturökosysteme senken Corona-Stress

In Karlsruhe und Rheinstetten ist die Zahl der Waldbesuche während der COVID-19-Pandemie deutlich gestiegen. Städtische und stadtnahe Naturräume hätten gerade in einer Zeit der Beengung und Beschränkung wesentlich zum subjektiven Wohlergehen beigetragen, sagt Somidh Saha. Er ist Hauptautor der im international angesehenen Periodikum Sustainable Cities and Society erschienenen Studie zur Bedeutung von Wäldern als Kulturökosysteme. Zwar nutzten die Befragten nahe gelegenen Standorten vermehrt, maßen stadtnahen Wäldern jedoch einen höheren Wert bei. Das angewandte Verfahren er partizipativen Kartierung eigne sich auch, um die Bedürfnisse der Bevölkerung in die Planung urbaner Wälder einzubeziehen.

Sustainable Cities and Society
Dominik BresserCarus-Medaille der Leopoldina geht an Batterieforscher Dominic Bresser

Für seine herausragenden Leistungen in der Batterieforschung erhält Dominic Bresser die Carus-Medaille der Leopoldina – Nationale Akademie der Wissenschaften. Der Physiko-Chemiker erforscht alternative Elektrodenmaterialien und Elektrolytsysteme für lithiumbasierte Batterien und verwandte Technologien. Er trägt damit dazu bei, die Energiespeicherung zu verbessern, nachhaltiger zu gestalten und die Palette der Speichertechnologien zu erweitern. Unter den Trägern der Carus-Medaille sind unter anderem vier spätere Gewinner des Nobelpreises: der Biochemiker Jacques Monod (1965), die Biologin Christiane Nüsslein-Volhard (1989), der Physiker Stefan Hell (2013) und zuletzt die Biologin Emmanuelle Charpentier (2020).

Leopoldina Presseinfo
Bestnote für zwei HYIGsBestnote für zwei evaluierte Helmholtz-Nachwuchsgruppen am KIT

Christian Grams (l.) und Ulrich Paetzold (r.) erhielten die Bestnote „Mit außerordentlichem Erfolg“ bei der Evaluation ihrer Helmholtz-Nachwuchsgruppen. Damit haben ihnen das Council for Research and Promotion of Young Scientists (CRYS) und das Präsidium des KIT bescheinigt, ihre Forschung unabhängig mit überragender Qualität durchgeführt und ein eigenständiges wissenschaftliches Profil entwickelt zu haben. Christian Grams erforscht die großräumige Variabilität des Wettergeschehens über Europa mit dem Ziel Vorhersagen über 14 Tage hinaus zu verbessern. Ulrich Paetzold beschäftigt sich mit fortschrittlicher Optik und neuen Materialien für Perowskit-Photovoltaik der nächsten Generation.

 

KIT news (intranet)
Helle Erdhummel (Bombus lucorum) auf Distel am Kreuzeck, Garmisch-Partenkirchen.Folgen von Klimawandel und veränderter Landnutzung auf europäische Hummeln

Hummeln leisten einen wesentlichen Beitrag zur Bestäubung von Nutzpflanzen. Die potenzielle Verbreitung von 47 europäischen Hummelarten für die Jahre 2050 und 2080 haben Forschende am KIT und aus Italien nun für sieben Szenarien berechnet. „Dabei wurde deutlich, dass Klimaveränderungen viele Hummelarten existenziell bedrohen. Gerade einige seltene Arten sind aber in manchen Szenarien von veränderter Landnutzung genauso schwer betroffen“, sagt Penelope Whitehorn. Auch der exzessive Gebrauch von Dünger und Pestiziden spiele eine Rolle.  Klimaschutz und intelligentes Landmanagement könnten dennoch zur Stabilisierung einiger Hummelarten bei moderatem Klimawandel beitragen.

doi/10.1111/gcb.15780
verbesserte Bildgebungsverfahren von RohrleitungenAutomation in Construction: Rohrleitungen per Smartphone dokumentieren

Ein neues automatisiertes Bildgebungsverfahren verbessert die derzeitige Fehlermarge beim Fortschritt von Rohrleitungsarbeiten auf der Baustelle um etwa 70 Prozent verbessern. „Gleichzeitig reduziert sich die Gesamtzeit für die Datenerfassung und -analyse vor Ort um etwa 30 Prozent“, so Reza Maalek, dessen Team die neue Methode in Zusammenarbeit mit der University of Calgary entwickelt. Dabei nutzen die Forscher mit dem Smartphone aufgenommene Videos mit optimaler Bilderzahl, um eine ausreichende Genauigkeit zu erhalten. Die Auswertung der Daten erfolgt über Punktwolken, aus denen Rohrleitungen automatisch erkannt und digital dokumentiert werden.

Automation in Construction
A naturally regenerated seedling of aspen growing on burned stumps of Scots pine ZDF planet e. Wenn die Wälder brennen - mit Somidh Saha am 8. August, 16:30

Anhaltende Trockenheit erhöht das Waldbrandrisiko. Gefährdete Flächen zu erkennen, einzudämmen und verbrannte Wälder nachhaltig aufzuforsten, ist Ziel des interdisziplinären Projekts „Erweiterung des ökologischen, waldbaulichen und technischen Wissens zu Waldbränden“ (ErWiN). Beteilt sind Forscher des KIT, des Instituts der Feuerwehr Nordrhein-Westfalen und des Thünen Instituts in Brandenburg. Das ZDF Wissenschaftsmagazin planet e. zeigt die verheerenden Auswirkungen großer Waldbrände auf die Ökosysteme und fragt nach Schutzmaßnahmen. Somidh Saha entwickelt etwa waldbauliche Strategien für die Verjüngung feuergeschädigter Bestände.

ZDF planet e.
Blick aus dem Messflugzeug HALOMesskampagne zu Strahlungseigenschaften und Klima-Effekten von Eiswolken

Zirren sind dünne Eiswolken in größer Höhe. Über der Arktis entstehen sie auf natürliche Weise, in mittleren Breiten künstlich, etwa über den Flugverkehr. Ihre Effekte auf das Klima besser zu verstehen, ist Ziel der Kampagne CIRRUS-HL. Dabei untersucht die Gruppe von Emma Järvinen, wie sich die Strahlungseigenschaften bei arktischen Zirren und Kondensstreifen-Zirren unterscheiden. Ein eigens dafür am KIT entwickeltes Messinstrument war nun mit an Bord des Forschungsflugzeugs HALO. Die Eiskristalle der Wolken reflektieren das Sonnenlicht, aber auch Strahlung, die von der Erde kommt. Die Ergebnisse tragen dazu bei, Klimamodelle zu verbessern und eine klimafreundlichere Flugplanung zu entwickeln.

CIRRUS-HL
grainAlte Getreidesorten für die nachhaltige Produktion von Bio-Lebensmitteln

Können alte Getreidesorten aus biologischem Anbau und handwerklich verarbeitet die Verdauungstoleranz verbessern? Im Projekt ReBIOscover, gefördert vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, wollen Katharina Scherf und ihre Kollegen die Antwort finden. Getreide gehört weltweit zu den wichtigsten Nährstofflieferanten, enthält aber auch Gluten und andere immunreaktive Bestandteile. Obwohl nur bei 4 % der Deutschen eine Unverträglichkeit diagnostiziert ist, meiden etwa 20 % aus gesundheitlichen Gründen Getreide. Veränderungen bei hochgezüchteten Sorten sowie in der Produktion könnten dafür ursächlich sein, da Verbraucher von einer besseren Verträglichkeit traditionell hergestellter Waren berichten.

Projektbeschreibung
Perowskit-Tandem-SolarmodulOpen-Source-Werkzeug simuliert Ertrag komplexer Photovoltaic-Module

Perowskitbasierte Tandem-Solarzellen erreichen im Labor bereits Rekordwirkungsgrade von bis zu 29,5 Prozent. Die neuartigen Bauelement-Architekturen machen allerdings die Berechnung des Energieertrags komplexer. Ulrich W. Paetzold und sein Team haben daher die Software EYcalc (Energy Yield Calculator) entwickelt. Diese verwendet reale Einstrahldaten und berücksichtigt variable Parameter, wie Standort, Aufstellwinkel und die Position der Sonne, um den jährlichen Energieertrag mit stündlicher Auflösung zu ermitteln. Das Open-Source-Werkzeug eignet sich für alle herkömmlichen, vor allem aber auch für hochkomplexe Solarzellen-Architekturen.

EYcalc on GitHub
Emin Azad Experte for meat substitutesLebensmittelverfahrenstechniker Emin Azad ist KIT-Experte für Fleischersatzprodukte

Hoher Fleischkonsum wirkt sich nicht nur auf Tier und Mensch negativ aus, sondern auch auf Umwelt und Klima. Eine Lösung wäre, pflanzenbasierte Lebensmittel, vor allem Proteine aus nachhaltigen Quellen, als Fleischalternative anzubieten, so Lebensmittelverfahrenstechniker Emin Azad. Dabei sollten vegane Ersatzprodukte in Aussehen, Geruch, Geschmack und Textur echtem Fleisch möglichst ähnlich sein. Im Fokus stehen proteinreiche Lebensmitteln auf Grundlage von Sojabohnen, Weizen und Erbsen, aber auch ballaststoffreiche Pressrückstände aus der Obst- und Gemüseproduktion. Des Weiteren forscht er zu Pulver aus Insekten als proteinreichen Mehlersatz.

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Neuronale Netze ermöglichen präzise Materialsimulationen – bis hinunter auf die Ebene einzelner AtomeNature Materials: Maschinelles Lernen beschleunigt Materialsimulationen

Erforschung, Entwicklung und Herstellung neuer Materialien hängen entscheidend von schnellen und zugleich genauen Simulationsmethoden ab. Entscheidend hierfür ist eine hohe Präzision über verschiedene Zeit- und Größenskalen – vom Atom bis zum Werkstoff – bei gegrenztem Rechenaufwand. „Gegenüber herkömmlichen Methoden, die auf klassischen oder quantenmechanischen Rechnungen basieren, lässt sich mit speziell auf Materialsimulationen zugeschnittenen neuronalen Netzen ein deutlicher Geschwindigkeitsvorteil erreichen“, so Erstautor Pascal Friederich. Die Kombination von Maschinellem Lernen und Verfahren der Molekularen Mechanik könnten die Simulation künftig noch einmal deutlich beschleunigen.

Presseinfo
SoftwareForschung&Lehre: Appell Forschungs-Software nachhaltig zu fördern

Künstliche Intelligenz, Hochleistungsrechnen oder die Auswertung riesiger Datenmengen - für wissenschaftliche Erfolge spielt Software eine immer größere Rolle. Die Lebensdauer wissenschaftlicher Softwareprojekte ist jedoch meist begrenzt: Anders als bei Großforschungsgeräten fehlt es an Förderangeboten für die Weiterentwicklung und nachhaltige Bereitstellung. Wie Hartwig Anzt und Axel Loewe im Magazin Forschung&Lehre darlegen, liegt Deutschland insoweit hinter anderen Forschungsstandorten zurück. Entscheidend wären eine höhere Anerkennung für Software-Entwickler und langfristige Perspektiven für den Beruf des Software-Ingenieurs.

Meinungsbeitrag in F1000Research
klimaneutrale KraftstoffeVon maschinellem Lernen lernen? / KI für die Entwicklung von Energiematerialien

Algorithmen des maschinellen Lernens finden wiederkehrende Muster in Daten und nutzen diese, um Vorhersagen zu treffen. Anstelle sich auf deren numerische Genauigkeit zu konzentrieren, fragt Pascal Friederich, welche Muster und Zusammenhänge maschinelle Lernmodelle tatsächlich erkennen. Gemeinsam mit deutschen und kanadischen Kollegen macht er diese als wissenschaftliche Hypothesen über eine Graphendarstellung zugänglich, die sich direkt auf reale physikalische Komponenten bezieht. Darüber hinaus entwickelt seine Forschungsgruppe AiMat im neu gegründeten deutsch-kanadischen Materials Acceleration Centre maschinelle Lernmethoden, um neue Materialien für klimaneutrale Energietechnologien zu simulieren.

Friederich et al. Mach. Learn.: Sci. Technol. 2
YIN Grants 2021YIN Grants 2021 for innovative research ideas in chemistry and economics

In an internal competition, YIN each year awards the most innovative research proposals. With the YIN Grants comes a small start-up budget for testing and further developing promising ideas. The best proposal is further recognized with the YIN Award signed by the vice-president for research. This year, the award goes to Claudia Bizzari and Somidh Saha. Their idea is to benchmark artificial photosynthesis by comparing it to the natural process. Julian Thimme likewise received a YIN Grant for his machine learning approach to high frequency macroeconomic data and Zbigniew Pianowski for developing biocompatible hydrogels for 3D printing with light.

YIN Grants
First KIT Excellent TenureErster Gruppenleiter wird W1-Prof im "KIT Excellent Tenure" Programm

Mit der Maßnahme "KIT Excellent Tenure" soll die Zahl der Tenure-Track-Professuren deutlich erhöht werden. Das KIT plant, jedes Jahr zehn Nachwuchsgruppenleiter auf höchstem internationalem Niveau einzustellen. Ulrich Paetzold ist der erste unabhängig rekrutierte Gruppenleiter, dem ein verlässlicher Karriereweg als Tenure-Track-Professor am KIT ermöglicht wurde. Parallel dazu leitet er weiterhin seine Helmholtz-Nachwuchsgruppe Advanced Optics and Materials for Next Generation Photovoltaics. Darüber hinaus ist er an mehreren BMWi-Projekten beteiligt und publiziert in renommierten Fachzeitschriften wie Nature Energy, ACS Applied Materials and Interfaces oder Advanced Funktional Materials.

Profil
Perowskit-SolarmodulePerowskit-Solarmodule: Hohe Effizienz auf großer Fläche bei dünner Schicht

Von der Zelle zum Modul ohne Einbußen des Wirkungsgrades? Das Team von Ulrich Paetzold hat nun Perowskit-Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von 16,6% auf einer Bauteilfläche von über 50 Quadratzentimetern und von sogar 18% auf vier Quadratzentimetern hergestellt. Damit werden die Dünnschicht-Solarmodule konkurrenzfähig zu etablierte Photovoltaiktechnologien. Grundlage ist ein innovatives Verfahren, dass das Aufdampfen der Solarzellenschichten im Vakuum mit der Serienverschaltung der Zellen mittels Lasergravur kombiniert. Finanzielle Unterstützung erhält das Forscherteam über das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie über das EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizont 2020.

Presseinfo
Numerical modeling of cardiac electrophysiology at the cellular scaleEuropäisches Projekt MICROCARD zur Herzmodellierung auf zellulärer Ebene

In dem multidisziplinären Projekt arbeiten 10 europäische Partner zusammen, um die Elektro-Physiologie des menschlichen Herzens auf zellulärer Ebene abzubilden. Das neue Modellierungswerkzeug wird das Verständnis von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Störungen des Herzrhythmus sowie den Einsatz von Simulationen zur Diagnose und Therapie verbessern. Die Helmholtz-Gruppe von Hartwig Anzt wird leistungsstarke numerische Lösungen entwickeln, angepasst an das spezifische Problem und das Simulationsökosystem. Die Gruppe von Axel Loewe leitet die Integration, Bereitstellung und Verbreitung der Software. Das 5,8-Millionen-Euro-Projekt wird gemeinsam von der europäischen Initiative zu High-Performance Computing und den nationalen Förderorganisationen finanziert.

microcard.eu
3. Platz beim NEULAND Innovationswettbewerb für Grimm und BiedermannMit Innovativem Neurotransmitternachweis auf Platz 3 im NEULAND Ideenwettbewerb

Mit dem NEULAND Innovationswettbewerb fördert das KIT originelle Ideen und Technologien auf dem Weg zu Ausgründung. Der dritte Preis ging dieses Jahr an Emmy-Noether-Gruppenleiter Frank Biedermann und seine Doktorandin Laura Grimm. Die beiden beschäftigen sich mit dem Nachweis von Neurotransmittern in biologisch relevanten Medien mithilfe von fluoreszenten zeolith-basierten Rezeptoren. Ihr Ziel ist es, die Sensorik von Neurotransmittern so weiterzuentwickeln, dass Patienten ihren Neurotransmitter-Spiegel selbst zuhause testen können – ohne aufwendige Labordiagnostik. Dies würde etwa beispielsweise depressiv erkrankten Personen helfen, ihre Medikamentendosis bedarfsgerecht einzustellen.

Interview und Kontakt
YIN Insight CoverJournal YIN Insight: 2. KIT-WG, 12-Jahre-Befristung sowie Zahlen und Fakten

In dieser Ausgabe von YIN Insight richtet sich das Hot Topic auf das 2. KIT-Weiterentwicklungsgesetz, das den Universitäts- und den Großforschungsbereich vereinheitlichen soll. Es hebt sowohl die Veränderungen als auch die Chancen für Juniorprofessoren am KIT hervor. Im Hinblick auf Gesetzesänderungen und die Pandemie schien es an der Zeit, einen Blick auf die "12-Jahres-Regel" zu werfen, die viele befristet beschäftigte Forscher betrifft. Die wissenschaftlichen Highlights reichen vom Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening mit verbesserter Kernspinresonanz über die Wiederherstellung von Wäldern nach Bränden bis hin zu Exascale-Supercomputern. Die Daten und Fakten widmen sich der aktuellen YIN-Statistik.

YIN Insight