Aktuelles

Wenn zum Beispiel die Abwärme großer Industrieanlagen in Strom umgewandelt wird, dann steckt dahinter der thermoelektrische Effekt: Dabei erzeugen zwei ungleiche Temperaturniveaus eine Spannung, die einen Stromfluss ermöglicht und umgekehrt. Dieser Effekt ist seit 200 Jahren bekannt. Und doch stagniert die Entwicklung der Technologie seit einem halben Jahrhundert. Unter anderem, weil man dafür bisher das extrem seltene Element Tellur benötigt. Mit der Förderung vom Europäischen Forschungsrat (ERC) setzt Dr. Ran He vom Leibniz-Institut jetzt alles daran, diesen Stillstand zu überwinden – etwa indem er Tellur durch Magnesium ersetzen möchte. 

In thermoelektrischer Technologie (TE) steckt großes Potential. Schaut man sich zum Beispiel die Nutzung industrieller Abwärme an, wird das ganz besonders deutlich: Laut Umweltbundesamt werden bisher nur sieben Prozent der Fernwärme daraus erzeugt. Dabei liegt das theoretische Potenzial an Industrieabwärme bei etwa 226 Terawattstunden – was deutlich größer ist, als der gesamte derzeitige Fernwärmeabsatz. 
Das Problem: Bisher benötigen die meisten Wärme-Strom-Wandler das extrem seltene Element Tellur. Es kommt in weniger als 0,001 Teilen pro Million in der Erdkruste vor – weswegen die Entwicklung der Technologie seit einem halben Jahrhundert stagniert.

An der Lösung forscht Dr. Ran He vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden. Im Rahmen des Projektes TENTATION (Tellurium-free Thermoelectric Technology for Near-room-temperature Applications) arbeitet der Physiker an der Entwicklung von thermoelektrischen Modulen einer neuen Generation – die statt auf Tellur auf dem reichlich vorhandenen Element Magnesium basieren und die Leistung der aktuellen Technik übertreffen sollen. Denn bisher sind die Wirkungsgrade der Thermoelektrik im Vergleich zu anderen Methoden der Energiegewinnung gering. „Ich strebe eine Verdopplung der Umwandlungseffizienz auf etwa 12 Prozent an,“ sagt Ran He, der seit 2017 am IFW ist. Gerade hat er für seine Arbeit vom ERC den „ERC Starting Grant“ erhalten, ein Forschungsstipendium in Höhe von 1,5 Millionen Euro.

Ran He hat sich viel vorgenommen – aber wenn es ihm gelingt, sein Projektziel tatsächlich zu erreichen, dann ebnet er damit den Weg für eine nachhaltige Energiegewinnung und Temperaturregulierung mit einem breiten Spektrum von Anwendungen nach einem langbekannten Prinzip.

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IFW News

Die TU Dresden hat eine Versuchsanlage zur Messung von Gleichstrom in Betrieb genommen, von deren Größe es in Deutschland nur wenige gibt. Forschende wollen mit ihrer Hilfe wichtige Fragen zu den Stromnetzen der Zukunft beantworten. Denn bis 2030 soll sich unser Strom mindestens zu 80 Prozent aus Erneuerbaren Energien speisen – so der Plan der Bundesregierung. Dafür ist auch die Umstellung des Stromnetzes von Wechsel- auf Gleichstrom vorgesehen. Das bringt spezielle Herausforderungen mit sich, für die nun in Dresden Lösungen entwickelt werden.

„Stromautobahnen“: So werden die Kabeltrassen genannt, die Deutschland in Zukunft mit Ökostrom versorgen sollen. Der aus Sonne und Wind erzeugte Strom wird zum großen Teil im windreichen Norden und Osten sowie in großen Offshore-Parks vor den Küsten gewonnen. Gebraucht wird er allerdings vor allem im industriestarken Südwesten und Süden Deutschlands. Damit der Transport über mehrere hundert Kilometer quer durchs Land gelingt, sind dicke Kabel nötig – und die sind auf Gleichstrom ausgelegt. Denn dieser ist im Vergleich zu Wechselstrom deutlich effizienter, er kann ohne große Verluste übertragen werden und ist für große Strommengen sowie lange Strecken geradezu prädestiniert.

Die TU Dresden hat die wachsende Bedeutung von Gleichstrom für die Zukunft unserer Stromversorgung im Blick: In ihrer Hochspannungshalle steht seit Kurzem eine gigantische Messanlage, die mit ihren Ringen und Kugeln ein wenig wie Science-Fiction anmutet. Sie ist gut acht Meter hoch, erzeugt Spannungen von bis zu 1,2 Millionen Volt und hat knapp eine Million Euro gekostet. Das Geld kommt von der Großgeräteinitiative der Bundesländer, die sich der Finanzierung von Großgeräten mit herausragender, innovativer Technik widmet.

Mit Hilfe der Anlage will die Dresdner Uni die Forschung im Bereich der Gleichstromtechnologie maßgeblich vorantreiben. „Wir sind dankbar, dass wir dieses moderne Gerät nun zur Verfügung haben“, sagt Stephan Schlegel, kommissarischer Leiter der Professur für Hochspannungs- und Hochstromtechnik. Eine ehemalige Gleichspannungsanlage von 1994 war veraltet und für aktuelle Forschungsfragen nicht mehr geeignet gewesen. Nun gehört Dresden zu einem der wenigen Forschungsstandorte im Land, an dem diese Möglichkeit besteht.

Dabei warten verschiedene Forschungsaufgaben auf das Team von Stephan Schlegel. Zum einen geht es um die Kabel, die künftig für Gleichspannung verwendet werden: „Wir versuchen, physikalisch zu verstehen, was zum Beispiel in der Isolierschicht solch eines Kabels passiert“, erklärt Schlegel. Diese Schicht ist viel dicker als beispielsweise bei gängigen Erdkabeln für die Mittelspannung. Wie groß muss der Isolierkörper sein? Was passiert bei einer Blitzentladung? Probleme wie diese lassen sich nun mit der neuen Prüfanlage untersuchen. Es gehe aber nicht nur um die Kabel, ergänzt Schlegel, sondern um alle Fragen, die es rund um die Technologien für Gleichspannung und Gleichstrom gibt. Schlegel ist überzeugt, dass genau dieses Wissen in Zukunft immer wichtiger wird: „Wir haben heute die technischen Möglichkeiten, viel mehr mit Gleichstrom zu arbeiten als früher.“

Dank der neuen Versuchsanlage ist Dresden ab sofort ein wichtiger Ansprechpartner, wenn es um die Energieversorgung von morgen geht.

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saechsische.de (Plus-Artikel)
Über die TU Dresden

Die Kreislaufwirtschaft ist sicher nicht das Allheilmittel, aber ein wichtiger Ansatz, um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen. Allerdings wird immer noch zu wenig dazu geforscht, wie eine effiziente Kreislaufwirtschaft aussehen müsste. Deshalb entsteht im Industriepark Schwarze Pumpe, der zu gleichen Teilen in Sachsen und Brandenburg liegt, das Forschungscluster „CircEcon – Green Circular Economy“: Vier Hochschulen wollen hier gemeinsam neue Ideen für eine treibhausgasneutrale Kreislaufwirtschaft entwickeln. Mit dabei: die TU Dresden. 

Eine Kreislaufwirtschaft (englisch circular economy) ist ein System, in dem Ressourceneinsatz und Abfallproduktion, Emissionen und Energieverschwendung minimiert werden. Dies kann auf vielen unterschiedlichen Wegen geschehen, etwa durch langlebige Konstruktion, Instandhaltung, Reparatur, Wiederverwendung, Remanufacturing oder Recycling – und das macht die Sache so komplex. 

Das Forschungscluster CircEcon will deshalb in der Lausitz untersuchen, was es für eine treibhausgasneutrale Kreislaufwirtschaft braucht. Das Besondere: Erstmals wird dabei innerhalb eines Forschungsvorhabens die gesamte Produktionskette betrachtet – vom Werkstoff über Produktions- und Verfahrenstechniken bis zum Recycling. Dabei sollen Methoden der Künstlichen Intelligenz, der Digitalisierung und des Energiemanagements auf Basis von „grünem“ Wasserstoff einbezogen werden. Mithilfe von Pilotlinien, Versuchsanlagen und Demonstrationssystemen werden so Ideen für eine hocheffiziente Kreislaufwirtschaft entwickelt, erprobt und gemeinsam mit Unternehmen zur Marktreife gebracht.

Nun wurde mit der konstituierenden Sitzung des Lenkungsausschusses für CircEcon ein weiterer wichtiger Schritt getan, um das mit 108 Millionen Euro vom Bund und vom Land Sachsen geförderte Vorhaben Realität werden zu lassen. Beteiligt sind neben der TU Dresden die Bergakademie Freiberg, die TU Chemnitz und die Hochschule Zittau/Görlitz. 

„Die Bündelung der Fachkompetenzen der Universitäten und Hochschulen führt zu einer herausragenden Knowhow- und Technologiebündelung“, sagt Prof. Ursula M. Staudinger, Rektorin der TU Dresden. „Dadurch können wegweisende Lösungen für die Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft entwickelt und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der Region gestärkt werden.“ Prof. Alexander Kratzsch, Rektor der Hochschule Zittau/Görlitz, hebt die „internationale Expertise“ des Projekts hervor, die zu „nachhaltigen Lösungen“ führe: „CircEcon transformiert universitäres Knowhow in industrielle Innovationen und fördert so direkt das wirtschaftliche Wachstum.“

Der Industriepark Schwarze Pumpe in der Lausitz ist Sinnbild für den umfassenden Wandel von ehemals kohlebasierter hin zu Erneuerbarer Energie: Der ehemals größte Gas- und Braunkohlevertrieb der Welt soll sich in den kommenden Jahren zum grünen Industriestandort entwickeln – das Vorhaben CircEcon spielt dabei eine wichtige Rolle.

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TU Dresden News
Solarify News

Ob Smartphone, Tablet oder Fernseher: Die OLED-Technologie für Displays ist auf dem Vormarsch. Allerdings hat sie ein Problem mit der Farbe Blau: Die bisher verwendeten Emitter, welche die blaue Farbe erzeugen, sind wenig effizient. Das Dresdner Start-up beeOLED GmbH hat nun auf dem International Meeting on Information Display (IMID) in Südkorea, einer der wichtigsten Branchenveranstaltungen, einen tiefblauen Emitter präsentiert, der den Energieverbrauch von Displays deutlich senken könnte. 

Die tiefblauen Emitter, die momentan in OLED-Displays verwendet werden, sind entweder langlebig (fluoreszierende Emitter) oder effizient (phosphoreszierende Emitter). Doch es gibt keine Technologie auf dem Markt, die diese beiden Eigenschaften verbindet. Zwar hat die vom Dresdner Start-up beeOLED entwickelte Technologie der intra-metallischen Emission in der Vergangenheit bei anderen Display-Technologien hohe Stabilität und hohe Effizienz bewiesen. Allerdings konnte sie noch nicht in OLED-Displays eingesetzt werden – bis jetzt! 

Denn nun ist es dem Lichtspezialisten aus Dresden erstmals gelungen, solche Moleküle mit der heute in der Großserienfertigung von OLED-Displays verwendeten Herstellung im Vakuum kompatibel zu machen. Die neuen tiefblauen Emitter sind deutlich effizienter und werden den Stromverbrauch zum Beispiel von Smartphones senken. BeeOLED könnte sich mit ihrer jüngsten Entwicklung einen Milliardenmarkt erschließen. 

Die tiefblauen Emitter sind nicht nur ein technischer Meilenstein, sondern überzeugen auch Fachleute und Investoren gleichermaßen. Erst kürzlich war es beeOLED gelungen, in einer Finanzierungsrunde 13,3 Millionen Euro von Deep-Tech-Wagniskapitalgebern einzusammeln. Diese Mittel will das Unternehmen gezielt in organische Halbleitermaterialien, die für die Herstellung der OLEDs erforderlich sind, investieren. 

Auf dem International Meeting on Information Display (IMID) in Südkorea, wo beeOLED ihre Innovation nun vorstellte, treffen sich jährlich OLED-Display-Forschende und -Industrieexperten aus aller Welt.

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Pressemitteilung von beeOLED GmbH
Bericht im Handelsblatt

Damit die Energiewende vorankommt, sind intelligente Messsysteme für Strom entscheidend. In einigen Privathaushalten sind solch digitale Zähler, Smart Meter genannt, bereits zu finden. Die Wirtschaft hat dagegen noch Nachholbedarf. Doch dieser kann möglicherweise bald befriedigt werden – dank einer Innovation aus Sachsen: Die Dresdner Robotron Datenbank-Software GmbH hat in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern erfolgreich digitale Zähler für Industrie, Gewerbe und große Erzeugungsanlagen erprobt.

Ungefähr drei Viertel der verbrauchten Energie in Deutschland wird bei intelligenten Messsystemen über die registrierende Lastgangmessung (RLM) erfasst. Allerdings ist die Anzahl der RLM-Messstellen mit circa einem Prozent der insgesamt 53 Millionen Zählpunkte in Deutschland noch sehr gering. Bis Ende 2028 sollen die RLM-Messstellen laut Gesetz mindestens 20 Prozent aller Zählpunkte ausmachen. Um die Entwicklung voranzutreiben, haben sich fünf Unternehmen aus der Branche zusammengetan: E.ON, Netze BW GmbH, Robotron Datenbank-Software GmbH, Power Plus Communications AG und Landis+Gyr GmbH.

Ihre Innovation: Durch die Verknüpfung eines RLM-Zählers mit einem Smart-Meter-Gateway (SMGW) haben sie das intelligente, registrierende Lastgangmesssystem „iRLMSys“ realisiert. Dabei wurde ein RLM-Zähler von Landis+Gyr über die CLS-Schnittstelle des Smart-Meter-Gateways von PPC an das Backend-System von Robotron angebunden. Die erprobte Lösung ist auf die speziellen Anforderungen der industriellen Kunden zugeschnitten, die sich erheblich von jenen für normale Haushaltskunden unterscheiden. Der jüngste Versuch hat gezeigt, dass das Messsystem marktfähig ist, ein hohes Sicherheitsniveau bietet und zeitnah zur Verfügung steht.

Eine Name mit Tradition

Beim Namen Robotron denken viele an das Kombinat aus DDR-Zeiten – und klobige Rechner aus Dresden. Und das zu Recht, denn tatsächlich steckt viel Geschichte in dem Dresdner Unternehmen: Robotron wurde zwar 1990 von der Treuhand abgewickelt. Doch Dr. Rolf Heinemann, ein führender Mitarbeiter des ehemaligen Kombinats, gründete im August 1990 mit acht Gesellschaftern und 26 Beschäftigten die Robotron Datenbank-Software GmbH. Tätigkeitsfeld des Unternehmens damals wie heute: die Realisierung von Projekten zur effektiven Verwaltung und Auswertung großer Datenmengen auf der Basis von Datenbank-Software. Zu den Kunden von Robotron zählen unter anderem Energieanbieter. Mit deren Datenmanagement macht die Firma etwa zwei Drittel ihres Umsatzes. Mehr als die Hälfte aller fernabgelesenen Zähler in Deutschland laufen inzwischen über ein Robotron-System, der Betrieb hat sich eine Marktführerschaft erarbeitet. Geführt wird das Unternehmen, das 466 Mitarbeitende beschäftigt, mittlerweile von Heinemanns Sohn Ulf Heinemann. Der Umsatz lag im vergangenen Jahr bei knapp 63 Millionen Euro – und dürfte steigen, wenn sich die nun getesteten intelligenten Messsysteme in der Praxis bewähren.

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Pressemitteilung Robotron

Wichtiger Erfolg in der Erforschung von Aids: Forschende aus Dresden und den USA haben herausgefunden, wie sich das HI-Virus im Körper vermehrt. Verantwortlich dafür zeichnen drei Proteine. Nun haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Moleküle als Antagonisten synthetisiert, um die Invasion zu blockieren. Dadurch eröffnen sich Chancen für neue Medikamente und Therapien – auch für andere Viruserkrankungen und bestimmte Krebsarten.

Weltweit leben fast 40 Millionen Menschen mit HIV, dem Humanen Immundefizienz-Virus. Pro Jahr kommen weitere 1,5 Millionen hinzu. Das Virus dringt in Zellen ein, vermehrt sich darin und zerstört sie schließlich. Die Folge: Das Immunsystem wird erheblich geschwächt.

Die große Frage, die Forschende weltweit interessiert und stark diskutiert wird: Wie gelingt es dem Virus, in den Zellkern einzudringen? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Dresden und der Touro University in Nevada haben nun eine Antwort auf diese Frage: Sie haben drei Proteine identifiziert, die über einen Signalweg interagieren und dem Virus so Tür und Tor öffnen. 

Dieser neu entdeckte Weg beginnt damit, dass HIV in einem Membranpaket verpackt in die Zelle eindringt. Es drückt die schützende Hülle um
den Zellkern nach innen und bildet eine Art Einstülpung. Das Paket mit dem Virus bewegt sich dann zur Spitze dieser Einstülpung, wo das Virus in den Zellkern schlüpft. 

Damit das Virus diesen Weg zurücklegen kann, ist es auf die Arbeit der Proteine angewiesen: Das erste von ihnen befindet sich an der Hülle des Membranpakets, Nummer zwei an der Kernmembran, wo die Invasion stattfindet und Nummer drei verbindet schließlich die ersten beiden Proteine miteinander. 

Der Ansatz der Dresdner Forschenden: Ein Eindringen des Virus ist nur möglich, wenn alle drei Proteine erfolgreich miteinander interagieren. Wird die Kette blockiert, bleibt das Virus ausgesperrt. Daher haben sie gemeinsam mit ihren amerikanischen Kolleg:innen spezielle Moleküle entwickelt. Was sie im Labor beobachteten, schürt große Erwartungen: In der Gegenwart der Moleküle konnte sich das Virus nicht weiter vermehren. 

Auch wenn sich die Forschung noch in einem frühen Stadium befindet: Auf der Basis der neuen Erkenntnisse könnten neue Medikamente für den Kampf gegen Aids entstehen. Auch andere Erkrankungen, bei denen der Transport von Partikeln in den Zellkern eine Rolle spielt, könnten Ziel dieser Therapien sein. Dazu gehören weitere Viruserkrankungen und bestimmte Krebsarten. 

Die Forschung ist daher noch lange nicht an ihrem Ende, wie Dr. Denis Corbeil, Forschungsgruppenleiter am Biotechnologischen Zentrum (BIOTEC) der TU Dresden betont: „Da dieser neue Ansatz auch auf andere Erkrankungen wie Krebs angewendet werden kann, ist es sehr interessant, alle beteiligten molekularen Akteure weiter zu entschlüsseln.“ Sein Team arbeitet also weiter an der Entschlüsselung molekularer Prozesse, um neuen Therapien in Virologie und Onkologie den Weg zu ebnen. Der Anfang ist gemacht!

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TUD News

Von einem der größten Emittenten in der Industrie zur CO2-Senke – was Frank Albrecht, CEO von B2Square, mit dem Straßenbausektor vorhat, ist ambitioniert. Der Schlüssel dazu? Sogenanntes BioBitumen, das als Bindemittel für Asphalt dient. Es wird aus natürlichen Rohstoffen hergestellt und könnte erdöl-basiertes Bitumen schon bald ersetzen. Gemeinsam mit der Dresdner Biofabrik, deren Technischer Leiter Albrecht ist, geht es nun an den weltweiten Rollout. Damit ist B2Square das erste Mitglied der ImpactFamily, einer Plattform von Biofabrik, die Greentech-Startups zum globalen Durchbruch verhelfen will.

Herkömmliches Bitumen hat das gesundheitsschädliche Teer als Bindemittel abgelöst und findet sich in so gut wie allen asphaltierten Straßen, Brücken und Parkplätzen. Das Problem: Es basiert auf Rohöl und Raffinerierückständen. Pro Tonne Bitumen werden rund 350 Kilogramm Kohlendioxid ausgestoßen. B2Square hat dafür eine Lösung gefunden. Sein Bitumen-Ersatz ist nicht nur nachhaltig hergestellt, sondern auch klima-positiv, da er Kohlenstoffdioxid dauerhaft bindet. So wird aus einem der größten Emittenten in der Industrie eine CO2-Senke. Mit ihrer Innovation will B2Square nun weltweit für grüne Straßen sorgen – und das gemeinsam mit der Biofabrik aus Dresden. Diese verkündete erst kürzlich einen strategischen Kurswechsel: Seit ihrer Gründung vor über zehn Jahren hat sie sich der Entwicklung nachhaltiger Technologien gewidmet (WASTX Plastic, WASTX Oil). Nun hat sie eine neue Plattform, die Impactfamily, ins Leben gerufen. Sie soll es Hardware-Startups im Greentech-Bereich ermöglichen, ihre Ideen global zu vermarkten. Ihr erstes Mitglied: B2Square. Frank Albrecht, der auch CTO von Biofabrik ist, über die Partnerschaft: „Als Plattform für revolutionäre Greentech-Technologien und -Produkte ist Biofabrik ein sehr interessanter Multiplikator für unseren Business Case. Doch auch darüber hinaus stellt die Zusammenarbeit eine Vielzahl spannender Synergien in Aussicht.“ Was das BioBitumen von B2Square so attraktiv und einzigartig macht: Es kann im kalten Zustand geliefert, hergestellt und verarbeitet werden. Denn um den Klebstoff für Straßen herzustellen, braucht es lediglich synthetisches Kohlenwasserstoff-Harz und ein zähflüssiges Cashewsnuss-Extrakt. Beides lässt sich vor Ort bei niedrigen Temperaturen mit Asphalt anmischen. Erdöl-basiertes Bitumen muss dagegen erhitzt werden, um es für den Bau von Straßen einzusetzen. Das ist nicht nur energieintensiv, sondern stellt auch ein Risiko für die Arbeiter dar. Heißes Bitumen ist immer wieder Ursache für Unfälle auf Baustellen. Als kalte Instant-Ware bringt das BioBitumen von B2Square damit einige Vorteile im Vergleich zum konventionellen Produkt aus Erdöl mit sich. Einen ersten Vorgeschmack auf das disruptive Potenzial des Klebstoffs für Straßen bieten Pilot-Projekte rund um den Globus. Sie zeigen, wie vielseitig einsetzbar und zugänglich das Produkt ist. Jetzt geht es darum, den nächsten Schritt zu gehen und mit dem Netzwerk der Biofabrik die großen Projekte im Straßenbau für sich zu gewinnen. Ein erster Meilenstein wurde kürzlich publik: Strabag, eines der größten Straßenbauunternehmen Europas, kooperiert mit B2Square.

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Artikel von Biofabrik

Über Biofabrik

Über B2Square

Sie sind klein, leistungsfähig und für viele Aufgaben im Alltag unerlässlich: Computer-Prozessoren. In bestimmten Anwendungsgebieten tun sie sich bisher allerdings schwer, in großen Datenströmen Muster zu erkennen und deren Komplexität zu erfassen. Und sie verbrauchen viel Energie. Sogenannte neuromorphe Computer sind ihnen überlegen. Forschende vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) haben diese Technologie nun einen großen Schritt vorangebracht.

Heutige Computer zerlegen in ihren Prozessoren und Speichern Aufgaben in lange Folgen aus Nullen und Einsen. Die vergleichen sie dann mit elementaren logischen Operationen, addieren und subtrahieren sie. Diese binäre Logik und die Digitalrechentechnik kann die meisten Matheaufgaben zügiger als jeder Mensch lösen. Aber: In vielen Gebieten der Automatisierung hadert die Industrie derzeit mit schneller Datenübertragung. Beispiele sind das autonome Fahren, das Internet der Dinge oder Edge Computing, also Datenverarbeitung am Rande eines Netzwerks. Sensoren liefern hier mit hoher Geschwindigkeit kleine Datenpakete. Darin Muster zu erkennen, ist für zeitgenössische Computerarchitekturen sehr energieaufwendig. Die Lösung für die Forschenden des HZDR: Spinwellen, auch Magnonen genannt. 

Die Idee, mit Magnonen eine neue Datenverarbeitungstechnologie zu schaffen, ist schon etwas älter. Doch das Team des HZDR hat mit seiner Arbeit ein Problem gelöst, das die praktische Umsetzung behinderte. Alle bisherigen Konzepte setzen darauf, dass sich Spinwellen von A nach B ausbreiten müssen, um handhabbar zu sein. Doch es gibt bislang keine wirklich geeigneten Materialien dafür. Die Dresdner gingen nun einen anderen Weg: Sie verlagerten den gesamten Prozess in eine nur wenige Mikrometer dicke, magnetische Scheibe und versetzten diese in Schwingungen. Nun schwingt der ganze Körper, und zwar simultan mit verschiedenen Frequenzen. Man kann sich das wie bei einer Trommel vorstellen: Streut man Sand auf eine Trommel und schlägt sie rhythmisch, entstehen Muster. Das sind Schwingungsmoden. Und die existieren im kompletten Raum. Sie bewegen sich also nicht von A nach B. Es handelt sich um stehende Wellen, die resonant auf dem kompletten Körper existieren. Das Klopfen der Trommel ist dabei die Dateneingabe, die zum Beispiel von einem Sensor kommen kann. Sie verursacht ein Wechselspiel verschiedener Schwingungen und daraus entstehender nicht linearer Prozesse. Weil die Prozesse denen im menschlichen Gehirn ähneln, wird die neue Technologie auch als „Neuromorphes Rechnen“ bezeichnet.

Die neue, äußerst energieeffiziente Technologie soll aus Sicht der Forschenden bestehende Computer nicht ersetzen, sondern sie ergänzen. Ein mögliches Einsatzgebiet ist die Verkehrsoptimierung. Denn neuromorphe Computer könnten den Berg an Daten, den Dienste wie Google in Kombination mit Smartphones und Autos liefern, nach Mustern durchsuchen und einen Stau vorhersagen, bevor das erste Auto überhaupt stehengeblieben ist. Das ist eine hochkomplexe Angelegenheit, bei der sich konventionelle Computerarchitekturen wie PCs enorm schwertun. Sie brauchen viele Rechenschritte. Für neuromorphes Rechnen hingegen ist es das ideale Einsatzgebiet. Auch die intelligente Wartung könnte von neuromorphen Computern profitieren. Bei Windrädern könnten sie zum Beispiel in den Antriebswellen nach Schwingungsmustern suchen, die auf einen Lagerschaden hinweisen. Dadurch wäre die Wartung möglich, bevor das Lager überhaupt ausfällt. Das spart Geld, Energie und Ressourcen.

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Pressemitteilung des HZDR
Artikel im Nachrichtenportal Oiger

Sie werden in Laptops und Smartphones, Autos und Waschmaschinen verbaut und sind maßgeblicher Antrieb der Digitalisierung: Die Rede ist von Halbleitern. Um die Halbleiterforschung weiter voranzutreiben und nächste Meilensteine in der Entwicklung anzuvisieren, machen das Dresdner Fraunhofer IPMS und Applied Materials jetzt gemeinsame Sache. Im Herzen von Silicon Saxony, im Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Fraunhofer IPMS, soll eines der größten Technologiezentren für Halbleitermetrologie und Prozessanalyse in Europa entstehen.

Die Messtechnik, auch Metrologie genannt, ist bei der Herstellung von Mikrochips von grundlegender Bedeutung. Denn dank präziser Messungen kann die Qualität einzelner Schritte und Abläufe in der Fertigung exakt überwacht, kontrolliert und so kontinuierlich verfeinert werden. Applied Materials stellt hochmoderne Messgeräte für die Halbleiter-Industrie her, während das Fraunhofer IPMS Deutschlands führendes Forschungszentrum für Halbleiter auf 300 mm ist. Im neuen Technologiezentrum vereinen sie nun ihre Kompetenzen und arbeiten gemeinsam daran, die Entwicklungen auf dem Gebiet der Halbleiter-Metrologie umfassend zu beschleunigen und Prozessschritte zu optimieren. Neue Methoden, Algorithmen und Software sollen im Technologie-Hub entwickelt und erprobt werden.

„Dieses einzigartige Kompetenzzentrum wird in der Lage sein, Prozesse auf einer Vielzahl von Substratmaterialien und Waferdicken zu testen und zu qualifizieren, die für Anwendungen in der vielfältigen europäischen Halbleiterlandschaft entscheidend sind“, erklärt James Robson, Corporate Vice President für Applied Materials Europe.

Dr. Benjamin Uhlig-Lilienthal, Leiter des Geschäftsfelds Next Generation Computing am Fraunhofer IPMS ergänzt, dass seine Institution und weitere Partner vom „Zugang zu den branchenführenden eBeam-Metrologiesystemen von Applied“ profitieren werden. Dazu gehören große Chiphersteller wie Globalfoundries, mit denen das Fraunhofer IPMS eng zusammenarbeitet, aber auch kleinere und externe Unternehmen, die gemeinsam mit dem Institut forschen. Als Begegnungsort für Industrie und Wissenschaft bringt das Technologiezentrum in Dresden somit das Potenzial mit, wichtiger Impulsgeber für die Halbleiterindustrie in Europa zu sein und die Digitalisierung maßgeblich mitzugestalten.

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Pressemitteilung Fraunhofer IPMS
Über das Fraunhofer IPMS
Über Applied Materials

Nach zehn Jahren Forschung: Demnächst beginnen die klinischen Studien für den neuartigen Hightech-Wundverband ResCure, entwickelt von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF). Der neue Verband könnte ein großes Problem lösen: Anders als bisherige Wundverbände bekämpft die mit Hydrogel beschichtete Wundauflage die Ursache offener Wunden, statt nur auf die Symptome zu reagieren.

Normalerweise besitzt der menschliche Körper die Fähigkeit, Wunden auf der Haut oder den Schleimhäuten innerhalb kurzer Zeit selbst zu heilen. Doch das funktioniert leider nicht immer, etwa wenn die Betroffenen unter einer Durchblutungsstörung, einem geschwächten Immunsystem oder einer Diabeteserkrankung leiden. Heilen Wunden trotz Behandlung auch nach ein bis drei Monaten nicht, bezeichnet man sie als chronisch. Allein in Deutschland sind aktuell rund 900.000 Menschen davon betroffen. Ihnen die Hoffnung auf Heilung zu geben, war das Ziel der Forschenden vom IPF.

Die von ihnen entwickelten Hydrogel-Wundauflagen haben eine ganz besondere Eigenschaft, die sie von anderen Wundverbänden abhebt. Bisher konnten übermäßige oder chronische Entzündungsprozesse, welche die Wundheilung verhindern, nur mit systemischen Medikamenten behandelt werden. Diese bringen zum einen häufig Nebenwirkungen mit sich und sind andererseits nur begrenzt wirksam.

Die neuartige Technologie bekämpft Entzündungsprozesse hingegen direkt an der Ursache und kann sie dadurch auflösen. Dazu haben die Forschenden Polymer-Netzwerke aus Derivaten des Glykosaminoglykans Heparin und verzweigtem Polyethylenglykol entwickelt, die wie ein „molekularer Schwamm“ funktionieren und entzündungsfördernde Signalmoleküle aus der Wunde aufnehmen und inaktivieren können. Gleichzeitig belassen sie die Wundheilung fördernde Signalmoleküle weitgehend in der Wunde. 

Im Tiermodell und an Wundsekreten von Menschen wurde das neue Therapiekonzept bereits erfolgreich getestet. Und zwar „überaus erfolgreich“, wie Prof. Dr. Carsten Werner vom IPF im Interview mit der Sächsischen Zeitung betonte. Demnach käme es im Vergleich zu den Standardtherapien zu einer fünfzig Prozent schnelleren Wundheilung.

Bis voraussichtlich Anfang 2024 läuft nun die klinische Studie mit rund 100 Patientinnen und PatientenLäuft alles nach Plan, könnte schon Anfang 2025 ein Unternehmen gegründet werden, das die ResCure Hydrogel-Wundauflagen produziert.

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IDW Pressemitteilung: MaterialVital Preis für neuartige Hydrogel-Wundauflagen
IDW Pressemitteilung: IPF-Innovationspreis für neuartige Hydrogel-Wundauflagen

Das Auto springt nur schleppend an, der Laptop fährt nicht mehr hoch. Wer kennt es nicht: Altersschwache Batterien können uns das Leben schwer machen. Doch in Batterien und Akkus steckt oft mehr als man denkt. Das Dresdner Unternehmen NOVUM engineering hat ein neuartiges Verfahren entwickelt, das Batterien mithilfe von KI überprüft, um sie effizienter und länger zu verwenden. Das spart viel Zeit, Geld und Emissionen. Für seine Entwicklung gewann das Unternehmen dieses Jahr den Staatspreis für Innovation.

Batterien sind für viele eine Blackbox. Denn bislang wird ihr Ladezustand nur geschätzt. Niemand weiß genau, wie lange sie noch halten oder wann sie kaputt gehen. Dadurch werden Batterien häufig ineffizient genutzt. Laut dem Bundesumweltamt benötigen Batterien bis zu 500-mal mehr Energie in der Herstellung, als sie später zur Verfügung stellen. Werden sie falsch genutzt oder unterliegen starken Temperaturschwankungen, wird die Leistung zusätzlich beeinträchtig. Unter den richtigen Bedingungen können sie jedoch deutlich länger verwendet und für einen zweiten oder sogar dritten Lebenszyklus recycelt werden. Das ist nicht nur für Privatverbraucher, sondern auch für Industrien hochrelevant. Effiziente Batterien sind zum beispielsweise in der E-Mobilität ein zentrales Thema. Ziel ist es hier, die teuren, mit viel Energieaufwand produzierten Batterien möglichst lange zu nutzen.

Doch wie lang halten Akkus tatsächlich? Wie groß ist ihre Kapazität wirklich? Und viel Energie ist am Ende eines Lebenszyklus noch enthalten? Diese Fragen können die Ingenieure von NOVUM engineering jetzt mit ihrem innovativen Verfahren exakt und in Sekundenschnelle bestimmen. Sie haben einen bisher weltweit einzigartigen Prozess entwickelt, um verlässliche Angaben über den Zustand, die Kapazität und die Lebensdauer von Batterien zu treffen. Und das für alle Batterie-Arten und Batteriespeicher jeder Größe, von kleineren Lithiumbatterien über LFP-Akkus, die in Autos, Wohnmobilen oder Motorbooten verbaut sind, bis hin zu Großspeichern in Industrieunternehmen.

Bei dem smarten Monitoring werden die Batterien mithilfe einer patentierten Technologie und KI-basierten Verfahren komplett durchleuchtet und überwacht. Um den Zustand etwa industriell genutzter Akkus zu testen, braucht die KI gerade einmal 90 Sekunden. Die dabei gesammelten Daten werden in der NOVUM-Cloud hochgeladen und mithilfe neuronaler Netzwerke analysiert. So kann der Ladezustand erstmals genau bestimmt werden. Das Monitoring geschieht je nach Bedarf vor Ort oder aus der Ferne per Datentransfers. So kann zum Beispiel ein Flottenmanagement seine Fahrzeugbatterien bequem über ein mobiles Servicetool prüfen lassen.

Mit der präzisen Einschätzung der Batterien, der sogenannten Predictive Maintenance, können Betriebe ihr Nutzungsverhalten anpassen und den idealen Einsatz der Batterie ableiten. So lassen sich jede Menge Energie, Emissionen und Kosten einsparen. Großspeicher können wirtschaftlicher betrieben und Schnelladeverfahren von Elektrokleingeräten optimiert werden. Gebrauchte Batterien bekommen dank der Diagnose einen zweiten oder sogar dritten Lebenszyklus. Das kann bis zu 90 Prozent der Recyclingkosten einsparen.

Batteriespeicher und deren Optimierung sind essenziell für die Energiewende – und NOVUM engineering hat einen Weg gefunden, Batterien berechenbarer und langlebiger zu machen. Für sein innovatives Verfahren wurde das Unternehmen bereits mehrfach ausgezeichnet, unter anderem als High-Tech-Startup Europe 2017 sowie jüngst mit dem ersten Platz beim Sächsischen Innovationspreis 2023.

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NOVUM Engineering
Sächsischer Innovationspreis von futureSAX

Was gehört noch mal ins Wollprogramm? Und reichen 40 Grad aus, um den Fleck aus der Bluse zu bekommen? Fragen, die wir vielleicht schon in wenigen Jahren getrost unserer Waschmaschine überlassen können – dank der gerade am Dresdener Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme entwickelten „Scanning Mirror Mikrospektrometer“ (SMMS). Aber natürlich ist damit noch viel mehr möglich als fehlerfreies Wäschewaschen.

Zukunftsweisende Technologielösungen entwickeln und diese in die Anwendung bringen – das ist das Ziel des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS. Auch im Bereich der optischen Sensortechnik. Hier stellte das Institut dieses Jahr erstmals einen Demonstrator vor, der durch Spektralanalyse erkennt, aus welchen Materialien Textilien zusammengesetzt sind.

Dabei wird Licht auf eine Probe gesendet, von dieser zurückgeworfen und in seine spektralen Bestandteile aufgespalten. Die chemische Zusammensetzung der Probe, vom Kleidungsstück bis zum Lebensmittel, verändert dabei die ausgesendeten Strahlen, sodass Informationen darüber herausgelesen werden können – zum Beispiel, ob ein Pullover wirklich aus Cashmere oder ein Apfel schon reif genug zum Essen ist.

In Dresden arbeiten mehrere Akteure an derartiger Technologie, etwa „Hiperscan“ und „Senorics“. Beim System von „Sensorics“ erfolgt die Aufspaltung mittels einer Anordnung von 16 Sensorelementen mit jeweils eingestellter spektraler Empfindlichkeit. Damit wird eine moderate Auflösung erreicht, die für die einfache Bestimmungen wie die Unterscheidung von Textilien ausreicht. „Hiperscan“ und das „Scanning Mirror Mikrospektrometer“ (SMMS) des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme setzen dagegen auf die Aufspaltung des Lichts an einem Beugungsgitter, wodurch eine bessere Auflösung und genauere Messungen möglich sind.

Die Technologie eröffnet jede Menge Möglichkeiten. Am Beispiel der Wertschöpfungskette von Textilien etwa von der Materialprüfung beim Einkauf neuer Kleidung bis hin zur Pflege, wo durch Analyse der Schmutzpartikel der Reinigungsbedarf festgestellt und das passende Waschprogramm ausgewählt werden könnte. Das könnte gerade älteren Menschen ermöglichen, länger selbstständig ihren Alltag zu bewältigen. Im Textilrecycling könnte das System Textilien nach Farben und Materialien sortieren. Andere Anwendungsbereiche wären zum Beispiel die Frischeprüfung von Lebensmitteln, die sortenreine Trennung von Plastikgegenständen beim Recycling oder auch die Bestimmung von Art und Konzentration von Ausgangsstoffen in der Pharmazie.

Beim SMMS werden die Erkennungsraten durch die Kombination mit Künstlicher Intelligenz weiter verbessert. Außerdem ermöglicht die Verbindung mit KI-Software die Entwicklung „intelligenter“ Gesamtsysteme. Noch stehen dazu Entwicklungsschritte aus, wie etwa die Senkung der Produktionskosten, aber zukünftig könnten Smartphones mit eingebauten Mikrospektrometern möglich sein.

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Meldung des Fraunhofer IPMS

Wofür wir heute noch das Smartphone brauchen, könnten zukünftig intelligente In-Ohr-Kopfhörer mit direkter Internetschnittstelle übernehmen. Bisher fehlte es aber an der Technologie der dafür geeigneten Lautsprecher – denn die müssen nicht nur klein, kompakt und energiesparend sein, sondern auch die vom Markt geforderte Lautstärke von 120 Dezibel erreichen können. Jetzt haben Forschende aus Dresden für die Entwicklung eben solcher Mikrolautsprecher den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2023 erhalten.

Anrufe tätigen, Musik abspielen, sich die neuesten E-Mails vorlesen lassen oder Überweisungen tätigen: All diese Dinge könnten bald unsere Kopfhörer für uns erledigen. Ganz einfach per Sprachbefehl. Weil die neue Lautsprechertechnologie so platz- und energiesparend ist, dass quasi ein ganzes Smartphone in den Kopfhörer passt. Noch ist das Zukunftsmusik – und wann es soweit ist, hängt von der Technologieentwicklung diverser Bauteile ab.

Ein entscheidender Schritt Richtung Zukunft ist allerdings jetzt dem Dresdner Team um Dr. Bert Kaiser und Dr. Sergiu Langa vom Fraunhofer IPMS sowie Holger Conrad von der Bosch Sensortec GmbH gelungen: Die von ihnen entwickelten Lautsprecher erfüllen alle Bedingungen, um das bisher fehlende Herzstück für intelligente In-Ohr-Kopfhörer zu bilden: Sie lassen sich kostengünstig über Mikroelektroniktechnologien herstellen und schaffen die 120 Dezibel ohne hohen Energiebedarf.

Die Entwicklung gelang aufgrund von zwei neuartigen wissenschaftlichen Ansätzen: Einerseits einem gänzlich neuen Design des Lautsprechers, der nicht wie üblich auf einer vertikal auslenkbaren Membran beruht, sondern bei dem sich die schallverdrängenden Elemente senkrecht in einem Silizium-Chip befinden. Und andererseits auf einer neuen Antriebstechnologie für diese Elemente, den Nano e-drive-Aktoren, die die Schallerzeugung erst möglich machen.

Bei der Vergabe des Joseph-von-Fraunhofer-Preises an Kaiser, Langa und Conrad würdigte die Jury unter anderem „die wissenschaftlich und technologisch umfassende Vorgehensweise bei der Entwicklung eines neuartigen Schallwandlerkonzepts“.

Um die Lautsprecher zu vermarkten, wurde 2019 die Arioso Systems GmbH als Spin-off des Fraunhofer IPMS und der Forschungsarbeiten an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg gegründet. Im Sommer letzten Jahres wurde die Arioso Systems GmbH von der Bosch Sensortec GmbH übernommen. Das gemeinsame Ziel aller Akteure: Auf Grundlage der Lautsprechertechnologie Spitzenprodukte für den globalen Massenmarkt zu entwickeln.

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IPMS-Presse

Dresden ist das Herz der deutschen Halbleiterindustrie. Das stellte der 17. Silicon Saxony Day mal wieder eindrucksvoll unter Beweis: Mehr als 600 Industrievertreterinnen und -vertreter, Branchenexpertinnen und -experten sowie Forschende aus 20 Ländern trafen sich am 21. Juni auf dem Dresdner Flughafen, um über die Zukunft des Standorts zu diskutieren. Im Fokus: Die finanziellen Mittel aus dem EU Chips Act sowie dem Programm IPCEI (Important Project of Common European Interest). Zudem wurden Zahlen zum kontinuierlichen Wachstum der Branche in und um Dresden präsentiert. 

Im Jahr 2022 arbeiteten in Sachsen rund 76.100 Beschäftigte in der Mikroelektronik- sowie der Informations- und Kommunikationstechnologie-Branche. Die Zahlen beinhalten noch nicht den angekündigten Personalaufwuchs von Unternehmen, die derzeit ihre Kapazitäten und ihr Engagement in Sachsen ausbauen. Im Vergleich zu 2021 wuchs die Branche um 4,2 Prozent. Man gehe laut Frank Bösenberg, Geschäftsführer des Branchenverbandes Silicon Saxony, davon aus, „dass im Jahr 2030 rund 100.000 Beschäftigte im Silicon Saxony in vielen anspruchsvollen Berufsbildern an neuesten Entwicklungen arbeiten, die unser alltägliches Leben einfacher und nachhaltiger machen“. Ein ähnliches Bild zeigt sich in der sächsischen Softwareindustrie, die im Vergleich zum Vorjahr um 7,6 Prozent wuchs und derzeit über 35.000 Mitarbeitende beschäftigt. 

Mit ihren Investitionen stärkt die Europäische Kommission die Mikroelektronik- und Halbleiterbranche und schafft Investitions- und Planungssicherheit für die Industrie. Halbleiter sind eine Schlüsseltechnologie beim Klimaschutz: In Photovoltaikzellen erzeugen sie Strom aus Licht, in Umrichtern wandeln sie Energie so um, dass diese mit ­minimalem Verlust in das Stromnetz übertragen werden kann. Halbleiter ­machen Antriebe effizienter, überwachen in Sensoren die verschiedensten in die Energiekette eingebundenen Systeme und vernetzen über das Internet der Dinge nachhaltige Energieerzeugung und Verbraucher miteinander, sodass Angebot und Nachfrage optimal aufeinander angepasst werden. Allerdings verbraucht ihre ­Herstellung auch erhebliche Ressourcen. Deshalb intensivieren die Akteure ­entlang der ­gesamten Halbleiter-Wertschöpfungskette ihre Bemühungen, die Mikrochip-­Herstellung selbst nachhaltiger aufzustellen.

Weitere Informationen:
Silicon Saxony News zum 17. Silicon Saxony Day
Milliardeninvestitionen locken Fachkräfte ins Silicon Saxony

Immer öfter, immer heißer: Seit den 1950er Jahren hat sich die Zahl der Tage im Jahr, an denen die Temperatur in Deutschland im Durchschnitt mindestens 30 Grad beträgt, verdreifacht. Gerade Großstädte heizen sich im Sommer stark auf. Sogenannte Hitzeinseln sind eine ernste Gesundheitsgefahr und verursachen durch aufgeplatzte Asphaltdecken hohe Schäden. Hier setzt das Projekt KLIPS an, an dem zwei Forschungsinstitute und mehrere Unternehmen aus Dresden beteiligt sind. Das Ziel: Hitzeinseln zu lokalisieren, um die Erkenntnisse bei der Planung von Quartieren berücksichtigen zu können.

KLIPS steht für „KI-basierte Informationsplattform für die Lokalisierung und Simulation von Hitzeinseln für eine innovative Stadt- und Verkehrsplanung“. Im Rahmen des Forschungsprojekts erfassen Sensoren Temperatur und Luftfeuchte. Eine KI ermittelt aus den Messwerten, wie sich die Temperatur in der Stadt verteilt. Auf dieser Basis werden dann Anwendungen zum verbesserten Umgang mit Überwärmung geschaffen. Anstatt auf teure meteorologische Standardsensorik zu setzen, entwickelte ein Projektteam neuartige Stadtklimasensoren. Daran beteiligt sind die Dresdner Unternehmen ERGO Umwelttechnik GmbH, PIKOBYTES GmbH, Contronix GmbH, das Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) und das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e. V. Dresden. Steffen Rietzschel, Amtsleiter der Wirtschaftsförderung: „Wir erarbeiten damit Anwendungsfälle, die den Bürgerinnen und Bürgern einen Mehrwert schaffen und gleichzeitig den beteiligten Firmen Geschäftsmodelle eröffnen.“ Das Forschungsprojekt wird mit 2,3 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert und wird in der Landeshauptstadt über das EU-Projekt MatchUP begleitet.

Nach erfolgreicher Testphase werden aktuell rund 300 Sensoren im Stadtgebiet montiert. Sie sollen ab Sommer an repräsentativen Orten wie dem Großen Garten das klimatische Verhalten messen. An ausgewählten Sensorstandorten können sich Bürger an Infotafeln über Messungen und das Projekt informieren. Das Besondere am Vorhaben ist die „Schwarmsensorik“, also der Einsatz eines lokalen Sensornetzwerks, das die Messdaten über eine Datenschnittstelle bereitstellt. Die Sensordaten, die an die Standards des Deutschen Wetterdienstes angelehnt sind, ermöglichen eine verbesserte mikroklimatische Erfassung der Überwärmung in der Stadt. Sie dienen außerdem für Training und Betrieb spezifischer KI-Modelle, die die Temperaturverteilung in der Stadt analysieren und prognostizieren.

Die Forschenden rechnen damit, dass die Modelle zum Ende des Sommers oder Anfang Herbst Ergebnisse liefern. Anschließend beginnt die Bewertung und Evaluation. Bei ausreichender Datenqualität wollen die Projektbeteiligten schon dieses Jahr Karten erstellen, die die Überwärmung Dresdens darstellen. Spätestens im nächsten Sommer sollen dann erste Informationsangebote für Stadtplanung und Öffentlichkeit verfügbar sein.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind bereits angedacht: So sollen die Daten künftig Hitzemeldungen in Echtzeit liefern und die tagesaktuellen Informationen zu heißen und kühlen Räumen in der Stadt verbessern, sodass die Hitzeentwicklung mehr Aufmerksamkeit erhält. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen außerdem künftige Stadtplanungen unterstützen und so Überwärmung vermeiden. Schließlich können die Hitzesensoren dabei helfen, die langfristigen Auswirkungen von Baumaßnahmen zu überwachen.

Weitere Informationen: KLIPS

Jährlich erkranken in Deutschland etwa 2.500 Menschen neu an Amyotropher Lateralsklerose (ALS) – eine neurodegenerative Erkrankung der Motoneuronen. Für ALS gibt es bisher keine Behandlung. Die Krankheit führt zur Lähmung der Muskeln – und in der Regel innerhalb von zwei bis fünf Jahren zum Tod. Ein interdisziplinäres Team um Forschende vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Technischen Universität Dresden hat nun einen möglichen Therapieansatz zur Heilung von ALS gefunden.

Motoneuronen sind bestimmte Nervenzellen, die sich im Gehirn und Rückenmark befinden und für die Steuerung der Muskeln zuständig sind. ALS zerstört diese Motoneuronen, sodass die Muskeln keine Anweisungen mehr erhalten, nicht mehr arbeiten können und schwinden. 

Patientinnen und Patienten sind häufig auf einen Rollstuhl angewiesen. Im späteren Verlauf der Erkrankung haben sie auch Schwierigkeiten, zu sprechen und zu schlucken. Im finalen Stadium kommt es auch zu Lähmungen der Atemmuskulatur und damit zum Tod. 

Das Forschungsteam um den Physiker Dr. Thomas Herrmannsdörfer und den Zellbiologen Dr. Arun Pal vom HZDR sowie den Mediziner Prof. Richard Funk von der TU Dresden gelang es im Labor, Hautzellen sowohl von Gesunden als auch von ALS-Patientinnen und -Patienten zu Motoneuronen umzuprogrammieren. Die so präparierten Motoneuronen wurden dann über verschiedene Zeiträume unterschiedlich starken Magnetfeldern ausgesetzt. Die Versuchsreihen zeigten, dass die Motoneuronen der ALS-Patientinnen und -Patienten auf die Magnetfelder ansprachen: Der Transport der Mitochondrien – die „Kraftwerke“ der Zelle – und andere Zellbestandteile wurde durch die Stimulation mit Magnetfeldern reaktiviert. Außerdem konnte die Fähigkeit der Zellen, wieder zu wachsen und sich zu vernetzen, wiederhergestellt werden.

Die Ergebnisse sind aus Sicht der Forschenden ein Meilenstein. Die Wissenschaftler planen nun Langzeit- und In-vivo-Studien, also Versuche im lebendigen Organismus, um das therapeutische Potenzial von Magnetfeldbehandlungen weiter auszubauen. Sie wollen dabei auch untersuchen, wie die Zellveränderungen anderer neurodegenerativer Erkrankungen wie beispielsweise Parkinson, Chorea Huntington und Alzheimer auf die Stimulation mit Magnetfeldern reagieren. Langfristig sind klinische Pilotstudien mit speziellen Geräten für Magnetstimulationen angedacht.

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HZDR News

Maschine kaputt? Mensch krank? Pille eingeworfen, Fehler gefunden! Ganz so einfach funktioniert die Impedanzspektroskopie dann doch nicht, wie schon der sperrige Name vermuten lässt. Aber im Prinzip kommt das Bild mit der Pille dem sehr nahe, was Forschende am Fraunhofer-Institut IZM in Kooperation mit Micro Systems Technologies (MST) und der Dresdner Sensry GmbH erfunden haben: einen wasserdichten Internet-of-Things-Sensor, so klein wie ein Bonbon, der die Eigenschaften von Flüssigkeiten auch an schwer zugänglichen Orten zuverlässig misst – was die Wartung von Industriemaschinen deutlich erleichtert und sogar bei der Identifikation von Krankheiten hilft.

Je größer eine Industriemaschine, desto länger dauert es im Störfall, von außen eine ungewollte Abweichung im Öldruck oder gar ein Leck festzustellen. Das Resultat: Produktionsausfälle und hohe Kosten. Ähnlich die Erkennung von Krankheitsursachen beim Menschen: Schmerzt der Bauch, braucht es meist eine aufwändige Magen- oder Darmspiegelung.

Hier kann die elektrochemische Impedanzspektroskopie Abhilfe schaffen. Sie erkennt Veränderungen von Materialien oder Flüssigkeiten, was ein Indiz für die Korrosion eines Bauteils oder auch ein bestimmtes Krankheitsbild sein kann. Bislang waren solche Impedanzanalysatoren nicht klein und mobil genug, um sie so einsetzen zu können. Das Fraunhofer IZM hat nun mit Unterstützung von MST und dem Dresdner Unternehmen Sensry einen kompakten und modularen IoT-Sensor für diese Anwendungen entwickelt, der Impedanzen messen und drahtlos übertragen kann – wasserdicht und biomedizinisch kompatibel.

Der Sensor vereint auf gerade mal 11 mal 16 Quadratmillimetern die zwei notwendigen Elektroden mit zahlreichen Komponenten für die Analyse von Umgebungseigenschaften – und ist damit der weltkleinste Impedanzspektrokospie-Sensor! Das winzige Multitalent kann neben Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit und Sound in der Umgebung auch das eigene Beschleunigungsverhalten, die Rotation, Licht, Farben oder Umgebungsgeräusche erfassen. Drahtlos werden die Daten an eine eigens entwickelte Software mit Webinterface für PC und Smartphone übertragen. Ist eine Stelle erreicht, an welcher der Druck oder das Flüssigkeitsspektrum von der Norm abweichen, ist das ein Indiz für eine Problemursache.

Die Möglichkeiten der elektrochemischen Impedanzspektroskopie für die Medizintechnik sind bei Weitem noch nicht ausgereizt und die Forschung dazu ist in vollem Gange – unter anderem in Dresden.

Mehr Informationen: Fraunhofer Tech News

Nach jahrelanger Entwicklungsarbeit haben es die Forschenden vom Institut für Kern- und Teilchenphysik (TU Dresden) und dem Institut für Strahlenphysik (HZDR) geschafft: Einer der empfindlichsten Versuchsaufbauten der Welt geht in Betrieb, die Forschung in 40 Meter Tiefe kann beginnen. In dem in einen Stollen gehauenen Labor werden exotische Reaktionen von Teilchen provoziert und beobachtet. Dabei geht es um nicht weniger als die gewaltigsten Vorgänge im Universum: den Urknall, die Neutronensterne und Dunkle Materie. 

Einen ganz besonderen Platz im Untertagelabor nimmt das empfindlichste Messgerät Deutschlands ein, das Forschende aus aller Welt nach Dresden lockt. Es kann Proben von Stoffen und Materialien mit einer Radioaktivität im Bereich von 100 Mikrobequerel analysieren, was gerade einmal einem Hundertstel der Radioaktivität entspricht, wie sie im menschlichen Körper vorhanden ist. 

Nötig ist hierzu eine strahlungsarme Umgebung, wie sie das ehemalige Eislager der Felsenkeller-Brauerei bietet. Rund 40 Meter Felswand schirmen die Apparatur von der Höhenstrahlung aus dem All ab. Zusätzlich sorgt eine vier Tonnen schwere Schutzschicht aus Spezialbeton, Blei und Kupfer dafür, dass die natürliche Radioaktivität des Felsgesteins die Messergebnisse nicht beeinflusst. 

Und wozu der Aufwand? Zentraler Bestandteil der Forschungen im Felsenkellerlabor  sind seltene Kernumwandlungen in Elementen, wie sie ganz am Anfang unseres Universums vorkamen. In dem Labor gehen Wissenschaftler aus aller Welt zentralen Fragen der Astrophysik auf den Grund, etwa jener, woraus Dunkle Materie besteht. Nur fünf Prozent des Universums sind uns bekannt, die sogenannte „normale Materie“. Galaxien, Sterne, Planeten, die Dinge unseres alltäglichen Lebens und auch wir Menschen gehören dazu. Dunkle Materie ist dagegen weitgehend ein Mysterium. Dabei gehen aktuelle Schätzungen davon aus, dass sie 70 bis 80 Prozent des Universums ausmacht! Trotzdem ist über ihre Eigenschaften so gut wie nichts bekannt, nur ihre Schwerkraft verrät sie. Das Dresdner Felsenkellerlabor bringt alle Voraussetzungen mit, um weltweit eine der zentralen Forschungsstätten zur Bestimmung dieses rätselhaften Stoffes zu werden.

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Sächsische Zeitung (Paywall): Dresden erforscht jetzt im Atom-Labor unter der Stadt den Urknall
Über das Institut für Kern- und Teilchenphysik (TUD)
Über das Institut für Strahlenphysik (HZDR)

Mit höherem Alter gelingt es unserem Körper immer schlechter, die Knochen zu erneuern und widerstandsfähig zu halten. Da wir Menschen aber immer älter werden, sucht die Forschung schon lange nach neuen Therapien zur Verbesserung der Knochenregeneration. Einem interdisziplinären Team aus Dresden gelang jetzt ein Durchbruch: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Biotechnologischen Zentrums (BIOTEC), der Medizinischen Fakultät und des Max-Bergmann-Centrums für Biomaterialien (MBC) der TU Dresden haben neuartige bioinspirierte Moleküle entwickelt, welche die Knochenregeneration bei Mäusen verbessern – und vielleicht auch bald beim Menschen.

Mit Hilfe von Computermodellen und Simulationen entwickelte das Team aus Dresden neuartige bioinspirierte Moleküle, die in Biomaterialien eingebunden und somit lokal in Knochendefekte eingebracht werden können. Die neuartigen Moleküle basieren auf Glykosaminoglykanen, langkettigen Zuckern wie Hyaluronsäure oder Heparin – eine süße Lösung als Knochenheilungsturbo!

Schlüssel zum Erfolg war dabei der interdisziplinäre Ansatz und die enge Zusammenarbeit der verschiedenen Forschungseinrichtungen. „Dank der Arbeit unserer Gruppe und anderer Gruppen kennen wir einen bestimmten molekularen Weg, der die Knochenbildung und -reparatur reguliert“, erklärt Prof. Lorenz Hofbauer von der Medizinischen Fakultät der TU Dresden. „Wir konnten ihn auf zwei Bremssignale eingrenzen, die gemeinsam die Knochenregeneration blockieren.“ Die große Herausforderung für die Entwicklung von Medikamenten zur Verbesserung der Knochenheilung bestehe nun darin, diese beiden Blockade-Proteine gleichzeitig und effizient auszuschalten.

„Seit Jahren nutzen wir die Möglichkeiten der Computersimulation, um zu untersuchen, wie Proteine, welche die Knochenbildung regulieren, mit ihren Rezeptoren interagieren“, sagt Prof. Maria Teresa Pisabarro vom Biotechnologischen Zentrum (BIOTEC). Das Team von Prof. Hofbauers „Bone Lab“ setzte schließlich mit diesen Molekülen beladene Biomaterialien bei Knochendefekten in Mäusen ein, um ihre Wirksamkeit zu testen. Dabei erwiesen sich die mit den neuen Molekülen beladenen Materialien im Vergleich zum Standard-Biomaterial als deutlich wirksamer und steigerten die Knochenheilung um bis zu 50 Prozent – was auf ein enormes regeneratives Potenzial hinweist!

„Für jedes Molekül konnten wir dann messen, wie stark es an die Proteine bindet sowie mit der Bindung der Proteine an ihre natürlichen Rezeptoren interferiert“, sagt PD Dr. Vera Hintze vom Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien. „Auf diese Weise konnten wir empirisch zeigen, wie effektiv sie damit die hemmenden Proteine ausschalten.“ Die biologische Relevanz dieser Wechselwirkungsstudien testete Hofbauers Gruppe in einem Zellkulturmodell und später in Mäusen.

Die Ergebnisse sind von großem Wert mit beträchtlicher klinischer Relevanz , um als Blaupause für die Entwicklung neuartiger und besserer Moleküle in der Zukunft zu dienen. Nicht nur werden damit Tierversuche auf ein Minimum reduziert. Auch könnten die neu entwickelten Moleküle etwa dazu verwendet werden, Proteine auszuschalten, die die Knochenregeneration blockieren – und zur Entwicklung neuer, wirksamerer Therapien für Knochenbrüche und andere Knochenerkrankungen führen.

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TU Dresden News

Das Programm "STEP USA", welches vom 8. bis 11. Mai in Amerikas Mega-Metropole New York stattfindet, soll sächsische Start-ups beim Einstieg in den amerikanischen Markt und bei der Gewinnung von Investoren unterstützen sowie für den Wirtschafts- und Technologiestandort Sachsen werben. Darunter sind auch namhafte Dresdner Unternehmen wie deepXscan und Semron. Das Programm wurde von der Wirtschaftsförderung Sachsen GmbH (WFS) gemeinsam mit der Deutschen Auslandshandelskammer in New York und weiteren Partnern organisiert.

Im Rahmen des STEP-Programms lernen die sächsischen Start-ups das Ökosystem in New York kennen und werden gezielt auf den Markteinstieg vorbereitet. Auf der Agenda stehen Workshops und 1:1-Sessions. Die Gruppe besucht u.a. das NewLab – eine Community von über 800 Unternehmern, Ingenieuren und Experten, die sich mit aktuellen globalen Herausforderungen beschäftigen. Die Vertreter der Halbleiterindustrie nutzen außerdem die Möglichkeit zu einem Austausch bei NY CREATES, einem weltweit führenden Forschungs- und Innovationshub für fortschrittliche digitale und analoge Technologien sowie Energietechnologien in Albany. Highlight der Woche ist die "Pitch Night" am 10.05.2023, bei der sich die sächsischen Unternehmen vor einer Investoren-Jury und Branchenkennern präsentieren.

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Meldung auf sächsisch.de
Innovationsförderung Dresden

Großer Bahnhof in Dresden: Zum symbolischen Spatenstich des neuen Werks von Chipkonzern Infineon gab sich in der sächsischen Hauptstadt die geballte Politprominenz die Ehre – von EU-Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen über Bundeskanzler Olaf Scholz, Sachsens Ministerpräsident Michael Kretschmer und Wirtschaftsminister Martin Dulig bis zu Dresdens Oberbürgermeister Dirk Hilbert. Auf dem Vorhaben ruhen große Hoffnungen, schließlich geht es um nichts weniger als die technologische Souveränität Europas.

„Dresden ist ein digitaler Leuchtturm Europas“, gratulierte Ursula von der Leyen, extra aus Brüssel angereist, zum Spatenstich der Infineon Smart Power Fab. Es sei eine großartige Nachricht, dass Infineon „in Zeiten geopolitischer Risiken massiv in die Produktion von Halbleitern“ investiere. Denn bei jeder Störung des Handels würde „unser Binnenmarkt empfindlich getroffen“, warnte die EU-Kommissionspräsidentin und verwies etwa auf die aktuellen Spannungen zwischen China und Taiwan. „Deshalb brauchen wir wieder mehr Massenproduktion in Halbleitern“, so von der Leyen. „Und deshalb ist Dresden so wichtig!“

Bundeskanzler Olaf Scholz betonte, dass Deutschland den EU Chips Act nicht nur begrüße und unterstütze, sondern diesen „auch mit Leben“ erfülle. Die EU-Mitgliedsstaaten würden in den kommenden Jahren bis zu 43 Milliarden Euro in die Hand nehmen, um den weltweiten Anteil an der Chipproduktion „made in Europe“ auf 20 Prozent zu verdoppeln. Vor diesem Hintergrund deutete der Bundeskanzler an, dass die Investition von Infineon „nicht die letzte Großinvestition sein wird, die wir in Silicon Saxony erleben“.

In die Zukunft blickte auch Infineon-Vorstandschef Jochen Hanebeck: „Wir treiben gemeinsam die Dekarbonisierung und die Digitalisierung voran.“ In Dresden sollen ab 2026 Leistungshalbleiter auf der Basis der 300-Millimeter-Fertigungstechnologie produziert werden, die für Stromzähler und Smart-Meter-Anlagen, Windräder oder Ladesäulen benötigt werden. Fünf Milliarden Euro investiert der Münchner Konzern in die neue Fabrik, die größte Einzelinvestition in der Firmengeschichte. Und diese werde sich rentieren, ist sich Hanebeck sicher: „Der globale Halbleiterbedarf wird angesichts der hohen Nachfrage nach erneuerbaren Energien, Rechenzentren und Elektromobilität stark und anhaltend wachsen.“ Das Werk soll Dresden und Umgebung rund 1.000 neue Arbeitsplätze bescheren.

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Infineon News

Ein weltweit einmaliges Forschungscluster nimmt kommenden Monat in Dresden die Arbeit auf. Das ambitionierte Ziel von SEMECO: Innovative Medizintechnik deutlich schneller als bisher zum Nutzen der Patienten in die Anwendung bringen. Hierfür bündeln Institute, Chip-Industrie und Medizintechnik-Hersteller in und um Dresden ihre Expertise, um intelligente Chips speziell für die Medizin zu entwickeln. So sollen lange Zulassungsschleifen reduziert und das Innovationstempo im Medizinbereich signifikant erhöht werden. 

Das Projekt ist am Else-Kröner-Fresenius-Zentrum für Digitale Gesundheit (EKFS) angesiedelt, die TU Dresden zeichnet für die Koordination verantwortlich. Finanzielle Unterstützung in Höhe von 45 Millionen Euro gibt es über Clusters4Future  vom Bund, ergänzt durch weitere 17 Millionen Euro vom Freistaat Sachsen. Je nach Projektgröße sollen weitere Fördergelder aus der Industrie hinzukommen.

Das Cluster geht eines der größten Probleme in der Medizintechnik an: die veraltete Elektronik. Chips müssen meist aus anderen Industriebereichen zu speziellen Medizin-Anwendungen zusammengebaut werden – das kostet Zeit und Geld. Verglichen mit den neuesten Handys etwa beträgt der Rückstand meist zehn bis 20 Jahre. „Was wir in der Medizin vorfinden, ist im Prinzip immer Uralt-Technik“, sagt Projektleiter Gerhard Fettweis, Institutsdirektor und Professor für Nachrichtentechnik an der TU Dresden. 

Neue, eigens für die Medizin entwickelte Chip-Technologien made in Dresden sollen die Wende bringen. „Statt Bausätze in der Größe eines Schuhkartons, soll alles auf einen Chip geschrumpft werden“, berichtet EKFS-Direktor Prof. Jochen Hampe, Co-Chef des Großprojekts. Das ebnet den Weg für völlig neue, miniaturisierte Implantate, Sensoren für die Analyse sowie Auswertung, Steuerung und Kommunikation mit anderen Geräten – „alles in einem Stück Silizium vereint“, schwärmt Hampe. Um außerdem die Zahl an eingesetzten Chips drastisch zu reduzieren, setzen die Dresdner Ingenieure, Ärzte und Chipfirmen auf medizinische Module. Als Vorbild dient hier die Automobilindustrie: „Das ist unsere Nische, unsere Innovationslücke“, sagt Prof. Jochen Hampe. 

Für Dresden als koordinatives Zentrum des Clusters eröffnet sich die einmalige Chance, die Medizintechnik in die Zukunft zu führen. Neben der TU und dem EKFS beteiligen sich noch das 5G-Lab Germany und das Barkhausen-Institut als weitere Dresdner Akteure an dem Projekt. Allein in den ersten drei Jahren rechnen die Verantwortlichen mit bis zu einem halben Dutzend Start-ups, die aus dem Projekt hervorgehen. Bis zu 150 Mitarbeiter sollen bei SEMECO selbst tätig werden.

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saechsische.de (kostenpflichtig)

Sogenannte Seneszente Zellen – auch als „Zombie-Zellen“ bezeichnet – werden seit Langem mit Alterung und Krankheit in Verbindung gebracht. Der Grund: Im Gegensatz zu gesunden Zellen teilen sie sich nicht mehr. Eine neue Studie des Zentrums für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) an der TU Dresden zeichnet nun ein anderes Bild: Mit Versuchen an Salamandern wiesen die Dresdner Forscher nach, dass die vermeintlichen Zombie-Zellen auch eine positive Rolle bei der Regeneration spielen können. 

Salamander verfügen über einzigartige Regenerationsfähigkeiten und können Organe ihres Körpers nachwachsen lassen, darunter auch verlorene Gliedmaßen. „Sie sind eine der wenigen Tierarten, die sich dem natürlichen Alterungsprozess zu entziehen scheinen“, sagt Forschungsleiterin Dr. Maximina H. Yun. „Sie zeigen keine typischen Alterserscheinungen und erkranken nicht an altersbedingten Krankheiten wie Krebs.“ Ob dies mit dem Vorhandensein seneszenter Zellen in Verbindung steht, wollte das Forschungsteam wissen – mit überraschendem Ergebnis! 

Hierzu fanden die Dresdener Wissenschaftler einen Weg, die Anzahl seneszenter Zellen in der Wunde zu modulieren. Verblüffend:  Waren mehr Zombie-Zellen in der Wunde vorhanden, entwickelten die Tiere eine größere Regenerationsknospe, ein sogenanntes Blastem. Gemeint ist damit eine Zellansammlung, die alle nötigen Gewebe für die neuen Gliedmaße bildet. Je größer das Blastem, desto mehr Zellen stehen für das Nachwachsen der Gliedmaße zur Verfügung – und desto schneller verläuft der Regenerationsprozess. Die Mediziner erklären sich dieses Phänomen mit speziellen Signalstoffen der Zombie-Zellen. Diese regen offenbar benachbartes Muskelgewebe dazu an, sich zurückzuentwickeln – im Fachjargon auch Entdifferenzierung genannt. Im nächsten Schritt können sie sich sowohl selbst vermehren als auch in neue Muskelzellen differenzieren und so den Regenerationsprozess fördern. 

Seneszellen sind ein wichtiger Schlüssel, um die Prinzipien des Regenerationsprozesses besser zu verstehen. Medikamente könnten entwickelt werden, die den Alterungsprozess verzögern, aufhalten oder zumindest angenehmer gestalten. Selbst neue Strategien gegen Krebs sind denkbar. Eine Antwort darauf, ob und wie die Selbstheilungsfähigkeiten des Salamanders auf den Menschen übertragbar sind, steht noch aus. Es bleibt spannend!

Über die Yun-Gruppe im CRTD: Yun-Gruppe

Akkus für Elektroautos müssen ressourcenschonender und effizienter werden! Hierfür entwickeln Forscher der TU Dresden und des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) neuartige Energiespeicher, die teilweise aus Textilstoffen bestehen. In dem Projekt „revoLect“ bündeln sie ihre Kompetenzen gemeinsam mit weiteren Partnern aus Industrie und Wirtschaft, um bis Sommer 2025 ein geeignetes Verfahren zu entwickeln. Die Gewebe-Bauweise ermöglicht es dabei, die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen – wodurch die Reichweite von E-Autos steigt. Außerdem werden im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren weniger Kupfer und Aluminium für die Herstellung benötigt.

Ausgangspunkt des Ganzen sind zwei verschiedene Gewebetypen, die parallel entwickelt werden: Die süddeutsche Porcher Industries Germany GmbH ist spezialisiert auf die Fertigung von Gewebe aus Glasfasern. Das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden (ITM) forscht an ultraleichtem Carbon-Gewebe, das als Trägermaterial für die Elektroden erprobt wird. Welcher der beiden Materialtypen sich am Ende durchsetzt, ist noch nicht entschieden.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt ist der Einsatz von reinem Silizium als Anodenmaterial. Anoden in Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus einem Stromableiter und einem darauf aufgebrachten Aktivmaterial, überwiegend Graphit, in dem Energie in Form chemischer Bindungen gespeichert wird. Hier kommen die Spezialisten des Fraunhofer-FEP ins Spiel: Sie sind auf besonders schnelle Verfahren spezialisiert, um die Gewebe-Elektroden mit Silizium in einer Rolle-zu-Rolle-Anlage zu beschichten.

Lithium-Ionen-Batterien gehören zu den Schlüssel-Technologien für die E-Mobilität und sind damit unverzichtbar für die Energiewende. Bereits jetzt haben etwa 16 Prozent der neu zugelassenen PKW in Deutschland einen Elektroantrieb – und der Bedarf steigt rasant! Hinzu kommt, dass auch die Nachfrage an Batterien für Smartphones, Laptops, Elektrofahrrädern und die stationäre Energiespeicherung zunimmt. Gemeinsam mit ihren Projektpartnern arbeiten die Dresdner Forscher unter Hochdruck an einer nachhaltigen Lösung, die zum Erfolg der Energiewende beiträgt.

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Fraunhofer FEP News

Über das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden (ITM): ITM

Über das Fraunhofer FEP: Fraunhofer FEP

Es ist eng verwandt mit HIV, weniger bekannt, aber ähnlich gefährlich: Das HTLV-1-Virus. Unter Mitwirkung der TU Dresden ist es einer Forschergruppe nun gelungen, den Erreger aus der DNA infizierter Zellen herauszuschneiden. Hierfür verwendeten sie eine für diesen Zweck entwickelte Genschere. Anders als die bekannte Genschere CRIsPR-Cas9 basiert diese auf einem Enzym namens Rekombinase. Konkret handelt es sich um die unter Laborbedingungen hergestelle Designer-Rekombinase RecHTLV. Sie dockt an der Schnittstelle zwischen dem Virus und der menschlichen DNA an, trennt diese voneinander und macht die Infektion auf diese Weise rückgängig. In Zellen, in denen sich das Virus noch nicht vollständig eingebaut hatte, konnte die Genschere die Infektion darüber hinaus massiv erschweren.

Auf das HTLV-1-Virus gehen aggressive Formen der Leukämie, eine unheilbare, zur Lähmung führende Rückenmarkserkrankung und weitere Entzündungskrankheiten zurück. Weltweit sind zwischen 10 und 20 Millionen Menschen mit dem Virus infiziert, das hauptsächlich durch sexuelle Kontakte oder über die Muttermilch weitergegeben wird. Bei zehn Prozent der Betroffenen bricht die Krankheit tatsächlich aus. Der erfolgreiche Einsatz der Genschere im Labor ist ein erster, aber wichtiger Schritt auf dem Weg, das Virus einzudämmen.

Die Erkenntnisse müssen nun außerhalb des Labors weiter intensiv erforscht werden: "Wir haben bereits mit Blick auf das HI-Virus kontinuierliche Verbesserungen mit Designer-Rekombinasen erzielt – nun gilt es, RecHTLV auch für das HTLV-1-Virus weiter anzupassen, das ja ebenfalls zu den Retroviren gehört und daher ganz ähnlich tickt", erklärt Prof. Frank Buchholz von der TU Dresden. Neben der Dresdner Universität trugen das Unternehmen Provirex Genome Editing Therapies und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg zum Erfolg des Projekts bei.

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TU Dresden News
MDR

Über die TU Dresden: TU Dresden

Stürzt ein alter Mensch in der eigenen Wohnung, ist schnelle Hilfe gefragt. Genau diese bietet ein neues Radarsystem vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Dresden. Außerdem unterstützt die neue Technologie bei der Suche nach verloren gegangenen Gegenständen und trägt langfristig zur Verbesserung der individuellen Betreuung bei. Entwickelt wurde das System mit Partnern aus Berlin und Oldenburg im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierten Projekts OMNICONNECT.

Auf innovative Weise bringt die Technologie pflegebedürftigen Menschen sowohl mehr Sicherheit als auch mehr Selbstbestimmung im Alltag: Vier Radarmodule erfassen den gesamten Raum und greifen zur Erkennung von Gefahrensituationen auf Künstliche Intelligenz zurück. Dabei interagieren sie mit Transpondern, sogenannten ‚Tags‘, die an bewegliche Gegenstände oder Kleidung geklebt werden. Jeder dieser Tags verfügt über eine eigene Zielfrequenz, dank der er vom System identifiziert werden kann. Je nachdem, wie lange die Antwort eines Tags an das System dauert, lässt dies auf den Aufenthaltsort des Gegenstands oder der Person schließen.

Die Radarmodule sind in eine Deckenlampe integriert, weshalb das System im Alltag kaum wahrgenommen wird. Auch die Privatsphäre wird gewahrt: Statt Bilder werden Bewegungsmuster aufgenommen, die noch vor Ort mit Hilfe eines anpassungsfähigen, integrierten Schaltkreises (FPGA) ausgewertet und an das Informatikinstitut OFFIS der Universität Oldenburg weitergeleitet werden. Kern der dortigen Forschung ist es, anhand der ermittelten Positionsdaten Verhaltensmodellierungen und -vorhersagen zu erstellen. So kann das System beispielsweise an einen Schlüssel erinnern, der immer wieder vergessen wird. Eine Übersicht der getrackten Gegenstände liefert eine App mit einem Grundriss des Hauses. Die Bedienung erfolgt intuitiv per Sprachsteuerung, zum Beispiel durch den Satz „Wo ist mein Schlüssel?“.

Auf lange Sicht soll es außerdem möglich sein, über die aufgezeichneten Bewegungsmuster Rückschlüsse auf das Wohlbefinden des jeweiligen Menschen zu ziehen. Pflegeeinrichtungen wird dank der neuen Technologie aus Dresden ein ungemein wichtiger Datenschatz zur Verfügung stehen, mit dem sie ihre Betreuung in Zukunft noch individueller ausrichten können.

Mehr erfahren: Tech-News Fraunhofer

Über Fraunhofer IZM: www.izm.fraunhofer.de

Zehn Jahre haben Wissenschaftler des Fraunhofer IWS in Dresden an der Hyperspectral Vision Technologie gearbeitet. Diese könnte die Qualitätskontrolle in der Chipproduktion auf ein ganz neues Level heben. Nun gründete sich ein Teil des Teams als DIVE imaging systems GmbH aus – und will die innovative Technologie zur Marktreife führen. Dafür erhält DIVE vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) eine Förderung von 1,2 Millionen Euro. Laut Gründer Dr. Philipp Wollmann habe man sich bewusst für Dresden als Standort entschieden, weil sich hier wichtige Akteure der Mikroelektronik konzentrieren. „Um unsere Technologie bestmöglich kundenorientiert weiterzuentwickeln, haben wir in dieser Stadt die kürzesten Wege und können mit dem sukzessiven Ausbau des bereits bestehenden Netzwerks auch weitere Partner identifizieren“, sagt Wollmann.

Die Qualitätssicherung ist ein elementarer Arbeitsschritt in der Chipproduktion. Allerdings werden gewünschte Anforderungen häufig nicht erfüllt, was Stichproben und aufwendige Sichtinspektionen von Mitarbeitenden beweisen. Das Problem sind dabei oft Verunreinigungen und Rückstände auf Siliziumscheiben (Wafer) und Folien, die mit bekannten Inspektionstechnologien nicht erkennbar sind. Hinzu kommt: Sicherheitsrelevante Anwendungen, etwa im Automobilbereich sowie in der Luft- und Raumfahrt, tolerieren lediglich Fehlerraten von eins zu einer Million (bezogen auf den Output an Chips). Werden diese überschritten, kostet das viel Geld. Entsprechend können hohe Folgekosten verhindert werden, wenn Mängel frühzeitig erkannt und behoben werden.

DIVE will die Qualitätskontrolle mit einer Lösung revolutionieren, die Hyperspektral-Sensorik, Künstliche Intelligenz (KI) und spezielle Beleuchtungstechniken zu einem leistungsfähigen, hochflexiblen Inspektionssystem vereint. Im ersten Schritt beleuchtet das DIVE-System mit sichtbarem Licht und unsichtbarer Infrarotstrahlung jene Wafer, aus denen später Mikrochips für Laptops, Handys oder Autos hergestellt werden. Eine Hyperspektralkamera fängt das zurückgeworfene Licht auf und erfasst 1.000 ‚Farben‘ bzw. Wellenlängen (das menschliche Auge registriert nur die drei Primärfarben rot, grün und blau). Anschließend werden die hochdimensionalen Rohdaten an eine KI weitergeleitet, die das ‚1000-Farben-Bild‘ auf Schadstellen und Verunreinigungen hin untersucht und so die Qualität von Einzelchips oder des gesamten Wafers präzise bewertet.

Die Halbleiterindustrie soll für DIVE erst der Anfang sein. Perspektivisch will das Gründer-Quartett um Dr. Philipp Wollmann seine innovative DIVE-Technologie für die Inspektion und Analyse von Oberflächen und Schichten breit in unterschiedlichen Branchen etablieren.

Mehr erfahren: www.iws.fraunhofer.de

Über DIVE: https://dive.com.de/

Der Softwarekonzern SAP setzt seinen Wachstumskurs am Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Dresden fort: Im Herzen der Stadt eröffnet der IT-Gigant einen neuen Workspace für weitere 400 Angestellte und signalisiert damit, dass der Standort Dresden für das weltweite SAP-Geschäft an Bedeutung gewinnt. Mit dem Campus will das Unternehmen nach eigenen Angaben seine Entwicklungskapazitäten in der sächsischen Landeshauptstadt stärker vernetzen. Im Fokus steht dabei die SAP Business Technology Platform als Innovationstreiber für zukunftsweisende Unternehmenstransformationsprozesse.

„Wir freuen uns sehr, dass wir am Wissenschafts- und Innovationsstandort Dresden weiterwachsen und die Zusammenarbeit mit lokalen und regionalen Partnern stärken können“, sagte SAP-Technikchef Jürgen Müller den Dresdner Neuesten Nachrichten (DNN). 

Auch neue Arbeitsplätze sollen durch die Erweiterung des Dresdner SAP-Standorts entstehen. „Die Geschichte von SAP ist ja eine wirkliche Erfolgsstory“, sagte Sachsens Ministerpräsident Michael Kretschmer den DNN. „Wir begleiten sie jetzt schon über Jahrzehnte, und das ist ein Erfolg einer klugen Wissenschaftspolitik, die immer wieder auch auf Exzellenz setzt und auf die neuen Themen.“ Präsentiert sich SAP am Standort Dresden mit der gleichen Konstanz wie in der Vergangenheit, könnte sich die Einschätzung des Landesvaters als „Riesenchance“ auch in Bezug auf neue Jobs bald bewahrheiten.

SpiNNcloud Systems, eine Ausgründung der TU Dresden, erhält 2,5 Millionen Euro für sein bahnbrechendes Projekt „SpiNNode: SpiNNaker2 on the edge“. Dessen oberstes Ziel: Energie sparen! 

Der Spinnaker 2 ist nämlich der weltweit größte und energieeffizienteste Supercomputer für künstliche Intelligenz (KI) in Echtzeit. Inspiriert ist die Technologie vom menschlichen Gehirn, denn das benötigt gerade mal 30 Watt, um hochkomplexe Aufgaben zu bewältigen. Zum Vergleich: Der Energiebedarf des Supercomputers „Sunway“ liegt zum Beispiel mehr als 8.200-mal höher: Bei entsprechenden Rechenoperationen verbraucht dieser satte 12 Megawatt. 

„Das Ausmaß des zukünftigen Stromverbrauchs beim Einsatz von KI ist noch nicht absehbar“, sagt Christian Eichhorn, Co-CEO von SpiNNcloud. „Wir arbeiten an der energieeffizientesten Computer-Hardware für großformatige Anwendungen, da dies der Schlüssel zu einer deutlichen Verringerung des CO2-Fußabdrucks der KI sein wird.“ 

Förderer des Projekts ist der Europäische Innovationsrat (EIC), der mit seinem Transition Grant Programm Forschungsinitiativen bei der Unternehmensgründung unterstützt. Aus einem Pool von 286 Bewerbern ist SpiNNcloud eines von 27 Unternehmen, das den Zuschlag erhält. Damit konnte sich erstmals ein Deep-Tech-Unternehmen aus Sachsen in der Ausschreibung durchsetzen. „Mit dieser Finanzierung können wir unsere Expansion vorantreiben und werden 2024 die ersten Systeme aus Sachsen an unsere Kunden weltweit ausliefern“, gibt SpiNNcloud-CTO Matthias Lohrmann die Richtung vor. 

Entwickelt wurde der Supercomputer im Rahmen des europäischen Flagship Human Brain Project, in dem ein Team um TU-Professor Christian Mayer mit der Universität Manchester zusammengearbeitet hat. SpiNNcloud ist ein weiteres Paradebeispiel für den gelungenen Transfer von Wissen in die unternehmerische Praxis am Hightech-Standort Dresden.

Schon jetzt ist X-Fab Dresdens drittgrößte Mikrochipfabrik. Nun wird diese dank Auftragsrekorden und neuer Langzeitverträge noch weiter ausgebaut: Um kräftige 10 Prozent soll die Produktionskapazität am sächsischen Standort des Konzerns gesteigert werden – auf bis zu 106.000 Siliziumscheiben pro Jahr. Hierfür bekommen die rund 500 Beschäftigten neue Kollegen: „Wir sind weiterhin auf der Suche nach qualifizierten Fachkräften“, sagt Konzernsprecherin Uta Steinbrecher. (Hier finden Interessierte aktuelle Stellenausschreibungen bei X-Fab.) Außerdem arbeiten die X-Fab-Ingenieure daran, die Produktion weiter zu automatisieren. 

X-Fab, das rund um den Globus knapp 4.200 Menschen beschäftigt, stellt vor allem Mikrochips für Autos, aber auch für Industrie und Medizintechnik her. Aufgrund der weltweit hohen Nachfrage nach Halbleitern erweitert X-Fab aktuell an allen Standorten die Kapazitäten. Konzernchef Rudi de Winter rechnet mit starkem Wachstum: Im größten Geschäftsfeld – der Automobilbranche – erwartet de Winter für dieses Jahr rund 35 Prozent Umsatzzuwachs. 2024 soll die Marke von einer Milliarde Dollar geknackt werden. Voriges Jahr wuchs der Konzernumsatz von X-Fab bereits um zwölf Prozent auf 740 Millionen Dollar. 

X-Fab profitiert dabei vor allem vom Boom bei E-Autos und Ökostrom. In neuen Autos stecken immer mehr Halbleiter, die den elektrischen Antrieb bewältigen oder beim Einparken helfen. Aber auch in der Medizintechnik ist der Umsatz gewachsen: Hier stecken die Chips etwa in kontaktlosen Temperatursensoren, Ultraschallgeräten und Anlagen zur DNS-Sequenzierung. 

Jeder dritte Mikrochip aus Europa wird mittlerweile in Dresden hergestellt, das deshalb auch den Beinamen „Silicon Saxony“ bekommen hat.

Großer Erfolg für Wasserstoff-Technologien made in Dresden: Nach drei Jahren Projektlaufzeit hat das sächsische Unternehmen Sunfire seine neue Generation der Co-Elektrolyse in Betrieb genommen – und damit einen echten Meilenstein gesetzt: Bei der Werksabnahme erzielte der Hochtemperatur-Elektrolyseur eine Leistung von 220 Kilowatt – eine enorme Steigerung im Vergleich zum Vorgänger der ersten Projektphase: In dieser hatte die Leistung bei gerade einmal 10 Kilowatt gelegen! Und nicht nur das: Auch der Wirkungsgrad übertrifft mit 85 Prozent deutlich den aktuellen Marktstandard von 60 Prozent. Der Wirkungsgrad gibt Auskunft über die Menge der Energie, die während des Prozesses verloren geht. 

Mit diesen Kennzahlen steht eine Technologie auf der Schwelle zur Marktreife, die ein wichtiges Puzzleteil für die emissionsfreie Industrie der Zukunft sein kann. Einzigartig an ihr ist der Prozess, bei dem in nur einem Schritt bei Temperaturen von bis zu 850 Grad Celsius aus Wasserdampf und CO₂ Synthesegas entsteht, das wiederum zu erneuerbaren Kraftstoffen und chemischen Produkten weiterverarbeitet werden kann. Verwendet wird dafür grüner Strom. Sunfire will die Anlage in Kürze an das KarIsruher Institut für Technologie ausliefern, um sie dort im Energy Lab 2.0 in eine Power-to-Liquid-Anlage zu integrieren. Das gemeinsame Ziel der Projektpartner: Täglich 200 Liter synthetischen Kraftstoff produzieren. 

Die Hochtemperatur-Co-Elektrolyse ist ein wichtiger Teil des Forschungsprojekts Kopernikus P2X, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Das Projekt widmet sich den vielversprechendsten Ansätzen auf dem Gebiet der sogenannten Power-to-X-Technologien: Lösungen, die erneuerbaren Strom in andere Energieformen umwandeln.

Die Vision für Sachsen: ein international vernetztes „Radiopharmaceutical Valley“, von dem aus erfolgreich Krebs bekämpft wird – unter anderem, indem die ansässigen Unternehmen und Forschungsinstitutionen die weltweit steigende Nachfrage nach Radiopharmaka bedienen. Keimzelle und Innovationsmotor dabei: das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). 

Bei einem Besuch des Zentrums informierten sich nun Sachsens Gesundheitsministerin Petra Köpping und Wirtschaftsminister Martin Dulig über Stand und Perspektiven. „Sächsische Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Kliniken sind hervorragend interdisziplinär verknüpft“, sagte Dulig. „Das HZDR wirkt wie ein Nukleus, um den sich die Expertise für schwach radioaktive Medikamente bildet und vermehrt.“ Staatsministerin Köpping betonte: „Die Gesundheitswirtschaft in Sachsen ist ein bedeutender Wirtschaftsfaktor. Sie ist hochinnovativ und für das Wohl der Patientinnen und Patienten in unserer älter werdenden Gesellschaft von herausragender Bedeutung.“

Prof. Klaus Kopka, Direktor am Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung, sieht die enge Vernetzung des ZRT mit nationalen und internationalen Partnern aus der Hochschulmedizin, außeruniversitären Einrichtungen sowie der Industrie als ideale Voraussetzung, um von Dresden aus schon bald eine Vorreiterrolle auf dem Gebiet der Nuklearmedizin einzunehmen: „Aus meiner Sicht bietet sich dem Wissenschaftsstandort Sachsen die einmalige Chance, die heute hervorragend aufgestellten Strukturen zu einem international agierendem Radiopharmaceutical Valley im Freistaat auszubauen.“

Mit seinem Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung und dem Zentrum für Radiopharmazeutische Tumorforschung, verfügt das HZDR über eine einzigartige Infrastruktur. Sämtliche Schritte sind hier unter einem Dach vereint: von der Herstellung von Radionukliden über Design und Entwicklung neuer Radiopharmaka bis zur Produktion und Übertragung in die Anwendung. Gemeinsam mit verschiedenen Partnern aus Forschung und Wirtschaft arbeitet die Dresdner Einrichtung daran, hocheffektive Radiopharmaka für neue diagnostische und therapeutische Anwendungsfelder zu entwickeln. 

Radiopharmaka sind schwach radioaktive Präparate für bildgebende Verfahren in der Medizin und für den Kampf gegen den Krebs. Sie kommen zum Einsatz, wenn eine Chemotherapie, Bestrahlung oder Operation nicht hilft. Dabei heften sie sich gezielt an Wucherungen und erlauben so eine gezielte, individuell anpassbare Bestrahlung von innen – gesundes Gewebe wird nicht zerstört. Immer mehr Forschende und Mediziner setzen daher radioaktive Medikamente für präzisere Strahlentherapien gegen Krebs und andere Krankheiten ein.

Das Dresdner Start-up refuel.green will der Zukunftstechnologie e-fuels zum Durchbruch verhelfen – und bekommt dafür nun eine Anschubfinanzierung von 1,2 Millionen Euro. An dieser beteiligen sich der High-Tech Gründerfonds (HTGF) als Lead-Investor, der Technologiegründerfonds Sachsen (TGF) sowie zwei Business Angels. e-fuels sind synthetische, mit Ökostrom produzierte Kraftstoffe, die einer der Schlüssel für eine klimaneutrale Mobilität und Industrie sein könnten. refuel.green verspricht, die Herstellungskosten von derzeit 2,50 Euro pro Liter auf 1 Euro zu senken. Hierfür haben sie ein hochinnovatives Plasmakatalyse-Verfahren entwickelt, das effizient, günstig skalierbar und nachhaltig ist. „Der innovative Lösungsansatz, mit dem die Produktion von e-fuels auf ein wettbewerbsfähiges Preisniveau gebracht werden kann, sowie das komplementäre Gründerteam aus Innovationstreibern, Entwicklern und Anlagenbauern haben uns überzeugt“, erklärt HTGF-Investment-Manager Nils Lang. 

Beim Plasmakatalyse-Verfahren werden Kohlenstoff und Wasserstoff in einen Reaktor gegeben und darin ein Plasma gezündet. Durch einen hinzugegebenen Katalysator reagieren diese zu Kohlenwasserstoff, der schließlich zu Diesel, Benzin oder Kerosin weiterveredelt werden kann. Der Prozess läuft nicht nur klimaneutral ab, sondern entzieht der Atmosphäre sogar CO2, das als wichtiger Rohstoff benötigt wird. Hiervon profitieren insbesondere Raffinerien und Chemiebetriebe, die heute noch abhängig von fossilem Erdöl sind. Außerdem sind e-fuels mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren kompatibel – Infrastrukturen und Fahrzeuge können also weiterverwendet werden. Aktuell befindet sich die Technologie an der Schwelle zur Anwendung in der Industrie. Ein Prototyp ist für 2023 angedacht, Ende 2025 soll die Serienproduktion starten.

Sie sind kleiner als ein Smartphone und könnten doch bald viele Tierleben retten: sogenannte Multiorgan-Chips, die das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und das ebenfalls in Dresden ansässige Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahlentechnik (IWS) nun entscheidend weiterentwickelt haben.

In Multiorgan-Chips simulieren künstlich angelegte Zellkulturen Organfunktionen, Ventile und Kanäle das Gefäßsystem, eine kleine Pumpe den Herzschlag. Auf diese Weise können Wirkungen und Nebenwirkungen von Medikamenten unter Laborbedingungen erprobt werden – und machen damit Tierversuche verzichtbar. 

HZDR und das Fraunhofer IWS arbeiten derzeit an der Simulation eines dreidimensionalen Tumormodells. An ihm soll die Wirkung von Radiopharmaka getestet werden, die Krebszellen aufspüren und eine zielgerichtete Bestrahlung von innen ermöglichen – eine sowohl wirksame als auch schonende Behandlungsmethode. Bislang werden die Medikamente noch an Tieren getestet, bevor sie mit Menschen in Berührung kommen. Der Einsatz von Multiorgan-Chips könnte die Zahl der Tierversuche drastisch reduzieren. 

Und nicht nur das: „Wir könnten patientenspezifische Zellen auf einen Chip bringen und so simulieren, wie sich eine Krebserkrankung entwickelt“, sieht IWS-Gruppenleiter Florian Schmieder durch die Neuentwicklung auch entscheidende Vorteile für die Patienten selbst.  Auf diese Weise seien maßgeschneiderte individuelle Therapien möglich. Außerdem bilde der Krebs tumorspezifische Antigene, die in Tiermodellen so nicht darstellbar seien. Mittelfristiges Ziel der beiden Institute ist es, die Methode zur Praxisreife zu führen. Erste positive Tests zeigen, dass sich das Forschungsteam dabei auf einem guten Weg befindet. 

Die Zusammenarbeit der beiden Institute ist beispielhaft für den Mehrwert der Wissenschaftsallianz DRESDEN-concept. Die Vereinigung aus 36 Partnern hat das Ziel, den Forschungsstandort Dresden zu stärken und Synergien in Forschung und Lehre sowie Infrastruktur und Verwaltung zu schaffen und zu nutzen.

Abholzung tropischer Regenwälder verhindern, Artenvielfalt erhalten, Klimawandel verstehen – für diese wichtigen Ziele haben sich die Nichtregierungsorganisation Rainforest Connection (RFCx) und die Infineon AG zusammengetan. Gemeinsam haben sie das „Guardian“-System entwickelt: Flugroboter kreisen über dem Regenwald, nehmen Geräusche in einem Radius von 1,5 Kilometer auf und laden diese in Echtzeit in eine Cloud hoch. Dort werden die Daten mit Hilfe künstlicher Intelligenz (KI) analysiert. Bedrohungen können so binnen kürzester Zeit geortet werden. Ertönt beispielsweise das Geräusch von Kettensägen, erhalten Parkwächter eine Warnmeldung und werden direkt zum Ort des Geschehens geleitet. 

Jetzt bauen Rainforest Connection und der Halbleiterhersteller mit Sitz in Dresden ihre Zusammenarbeit aus: Infineon stattet eine Reihe von „Guardian“-Geräten mit dem CO2-Sensor XENSIV™ PAS aus. Ziel ist es, weitere Erkenntnisse über den Gesundheitszustand der Wälder zu gewinnen und schützenswerte Gebiete zu ermitteln. „Durch den Einsatz von Gas-Sensoren können wir akustische Informationen über die Artenvielfalt vor Ort mit Informationen über das Mikroklima verknüpfen“, erklärt Bourhan Yassin, CEO von Rainforest Connection. Die zusätzlichen Daten sollen zudem Aufschluss darüber geben, wie Tiere auf empfindliche Veränderungen des Mikroklimas reagieren. Zehn dieser neuartigen Geräte sind in Brasilien bereits im Einsatz und erzielen erste Erfolge. So zeigt sich, dass der CO2-Sensor wertvolle Daten liefert, die bei der Überwachung der Artenvielfalt helfen. Adrian Mikolajczak, Vizepräsident am Silicon Valley Innovation Center von Infineon, ist zuversichtlich: „Innovative Technologielösungen, wie unsere CO2-Sensoren, können einen wichtigen Beitrag zum Schutz der besonders bedrohten Regionen unseres Planeten leisten.“ 

So bekommen Forscher und Umweltschützer einen tiefen Einblick in das komplexe Geschehen der riesigen Waldökosysteme. Das ist wichtig, denn tropische Regenwälder spielen für das weltweite Klima eine entscheidende Rolle: Werden sie abgeholzt, fallen sie als natürliche Kohlenstoffspeicher aus. Stattdessen gelangt sogar zusätzliches CO2 in die Atmosphäre. Zudem verfügen die Regenwälder über eine einzigartige Artenvielfalt, die es zu schützen gilt: Rund zwei Drittel aller auf dem Land lebenden Tier- und Pflanzenarten leben in den tropischen Regionen rund um den Äquator. 

Die Infineon Technologies AG ist ein weltweit führender Anbieter von Halbleiterlösungen für Power Systems und das Internet der Dinge (IoT). Produkte und Lösungen von Infineon treiben die Dekarbonisierung und Digitalisierung voran. Mit ihren rund 3.100 Mitarbeitern ist Infineon eine der wichtigsten Arbeitgeberinnen der Region und prägt das Bild von Dresden als Europas Zentrum für Mikroelektronik.

Der geschmückte Weihnachtsbaum, die vielen Geschenke darunter und auch noch die Verwandten zu Besuch: Während der Feiertage kann der Platz in den eigenen vier Wänden schon mal knapp werden. Die rettende Idee? Schnell nochmal zum Wertstoffhof, um sich von Gegenständen, die nur im Weg stehen, zu befreien. Mit Carl und Carla aus Dresden ist das in immer mehr deutschen Städten möglich. Über die Plattform können Kurzentschlossene Transporter bequem und einfach buchen, an einer Mietstation abholen und gleich mit der Aufräumaktion beginnen. Das für sein Carsharing mit gebrauchten T4 Bullis bekannte Startup wächst stetig weiter und ist heute ein mittelständisches Unternehmen mit über 100 Mitarbeitenden. Erst vor kurzem nahm Mitbegründer und Fuhrpark-Chef Richard Vetter das 1.000 Fahrzeug in der Gläsernen Manufaktur, der Produktionsstätte von VW, symbolisch entgegen. Zudem steht ein Jubiläum vor der Tür: 2023 feiert das Startup sein zehnjähriges Bestehen.

Eine Verschnaufpause kommt für das befreundete Gründerteam von Carl und Carla jedoch nicht in Frage. „Für 2023 haben wir bereits Fahrzeuge in Höhe von sieben Millionen Euro bestellt“, erklärt Richard Vetter bei der Übergabe des 1.000 Fahrzeugs und kündigt an: „Unsere Planungen sehen vor, 2025 in allen 40 deutschen Ballungszentren mit mehr als 200.000 Einwohnern vertreten zu sein“. Mittlerweile ist das sächsische Unternehmen in 32 deutschen Städten und Regionen vertreten. Für 2023 stehen Aachen, Bielefeld, Lübeck und Kassel als neue Standorte auf der Tagesordnung. Womöglich könnten Bullis von Carl und Carla bald sogar in österreichischen und Schweizer Städten unterwegs sein. Und das ist noch nicht alles: Neben dem Flottenausbau und der Erschließung neuer Standorte möchte der Carsharing-Dienst die Elektrifizierung ihrer Fahrzeugflotte stark vorantreiben. Derzeit laufen Tests für einen „E-Carl“. Noch gibt es den elektrisch betriebenen Kleinbus aber nicht deutschlandweit und auch die Ladeinfrastruktur fehlt noch.

Eine halbe Millionen Deutsche erkranken jedes Jahr an Krebs. 35 Prozent sterben in den ersten fünf Jahren nach der Diagnose. Im Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg erforschen daher über 3.000 Mitarbeitende, wie die Krankheit entsteht, erfassen Risikofaktoren und suchen nach Strategien, um eine Erkrankung zu verhindern. Das Motto des DKFZ lautet „Forschen für ein Leben ohne Krebs“. Nun entsteht in Dresden ein neues Krebsforschungszentrum, gleich neben dem Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen (NCT). Die direkte Nachbarschaft erlaubt es, die Forschungsergebnisse schnellstmöglich in der Klinik anzuwenden und verfestigt Dresdens Status als Hotspot für Krebsforschung und -therapie. Auch Michael Baumann, Vorstandsvorsitzender des DKFZ, ist überzeugt, mit der Landeshauptstadt als neuen Standort die richtige Wahl getroffen zu haben: „Mit der TU Dresden, der hervorragenden Hochschulmedizin, dem größten industriellen Cluster für Mikroelektronik in Europa und einem besonders gründerfreundlichen Klima bietet Dresden beste Voraussetzungen.“ Sachsens Innenminister Michael Kretschmer ergänzt: „Das Zentrum stärkt Dresden als Top-Wissenschaftsstandort, wo über 100 neue Wissenschaftler Arbeit finden.”

Der Standort in Dresden wird die erste Außenstelle des DFKZ und richtet ihren Fokus auf das Zukunftsthema digitale Dienste. Denn Fakt ist: Krebserkrankungen werden in den nächsten Jahren weltweit dramatisch zunehmen. Neben effektiveren Therapien braucht es daher neuartige, smarte Digitaltechnologien, mit denen Krebsprävention, Früherkennung, Therapiesteuerung und Nachbetreuung verbessert werden. Um solche zukunftsträchtigen Techniken für die Krebsforschung zu entwickeln, vereint das neue Zentrum verschiedene Disziplinen wie die Ingenieurwissenschaften und Physik – Smarte Sensoren, Robotik und Künstliche Intelligenz (KI) kommen zum Einsatz. Auch an der Früherkennung auf Basis von digitaler Datenanalyse soll in dem Forschungszentrum weiter gearbeitet werden. „70 Prozent aller Todesfälle ließen sich vermeiden, wenn wir den Krebs viel früher erkennen können", weist Michael Baumann auf den Effekt frühzeitiger Diagnosen hin. Um auch die Dresdnerinnen und Dresdner für das wichtige Thema zu sensibilisieren, wird das Zentrum um eine Präventionsambulanz ergänzt. Hier können sie sich über die Möglichkeiten der Krebsprävention informieren und das individuelle Krebsrisiko ermitteln.

Das neue Krebsforschungszentrum wird auf dem Onkologischen Campus der Hochmuschmulmedizin der TU Dresden errichtet und soll bis 2026 fertiggestellt werden. Finanziert wird der Neubau mit 20 Millionen Euro vom Freistaat Sachsen.

Bewegliche Roboterarme gehören mehr und mehr zum Standard in der Wirtschaft und Industrie. Doch aktuell müssen sie noch zeitaufwendig programmiert werden, damit sie bestimmte Güter unbeschadet von A nach B transportieren. Bei repetitiven Arbeitsabläufen ist dies eher unproblematisch, an ihre Grenze stoßen sie jedoch bei anspruchsvollen Prozessen, die Fingerspitzengefühl erfordern. PowerON möchte daran etwas ändern und arbeitet an einer vielversprechenden Lösung: Das Dresdner Start-up will Roboterarme mit fühlenden Fingerspitzen versehen und so aus den Grobmotorikern agile und flexible Arbeitskräfte machen. Auf den Fingern des Roboterarms sitzt ein weiches Silikonkissen, auf dem sich eine hauchdünne Folie mit empfindlichen, aufgedruckten Sensoren befindet. Sie lassen die Fingerspitzen fühlen, sobald sie auf den anvisierten Gegenstand treffen. Der Roboter passt daraufhin an, wie stark er zugreifen kann. 

Für Unternehmen ergeben sich daraus neue Möglichkeiten, Roboter in die Produktion einzubinden. Indem sie mit zerbrechlichen Reagenzien hantieren, könnten Roboter nützliche Hilfen im Labor sein. Sie könnten Retour-Sendungen entpacken, bei der Obst- und Gemüseernte unterstützen oder Produkte aus Gummi besser greifen. Auch die Sicherheit für die Zusammenarbeit mit Menschen würde dank des neuen Tastsinns eine neue Qualität erreichen. Ernst-Friedrich Markus Henke, Geschäftsführer von PowerON, erklärt: „Wenn man mit den Fingern zwischen die Greifer eines Industrieroboters gerät, drückt die Maschine zu. Aktuell erkennt sie nicht, dass statt eines Bauteils ein menschliches Körperteil dazwischen ist.“ Langfristig betrachtet können die Neuerungen von PowerON weitreichende Folgen für die Wahrnehmung von Robotern in der Arbeitswelt haben. Sie könnten dabei helfen, das Vertrauen in Roboter zu stärken und Ängste zu nehmen. So könnten sie bald auch für die Pflege von kranken oder alten Menschen eingesetzt werden. 

Honoriert wurden die Leistungen des Robotik-Unternehmens kürzlich mit dem Start-up Award 2022 der Stadt Dresden. Seit 2020 ist Geschäftsführer Ernst-Friedrich Markus Henke zudem Leiter einer Nachwuchsforschungsgruppe an der TU Dresden. Sie widmet sich der Erforschung von Materialien und neuer Fertigungsverfahren, die flexible Robotersysteme möglich machen.

Die Käseverpackung, der Frühstücksjoghurt oder die Shampooflasche: Wir alle entsorgen täglich Plastik. Daraus entstehen riesige Menge Abfall. Um diese zu reduzieren, braucht es innovative Lösungen. Riesiges Potenzial dafür schlummert in Künstlicher Intelligenz (KI), mit deren Hilfe die Nachhaltigkeit von Kunststoffverpackungen enorm verbessert werden kann. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den KI-Anwendungshub „Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft mit Künstlicher Intelligenz“ ins Leben gerufen. Das umfangreich geförderte Verbundprojekt widmet sich der Aufgabe, kreislauffähige Verpackungen für Lebensmittel, Kosmetika und Pharmazie zu entwickeln. Ein schwieriges Unterfangen, da die Entwicklung und Realisierung von sowohl recyclingfähigen als auch rezyklatbasierten (also zu großem Teil aus recycelten Werkstoffen hergestellten) Verpackungen mit Vorschriften und hohen Anforderungen an die Hygiene verbunden sind. Der entscheidende Erkenntnisgewinn für das Erreichen des Projektziels kann jedoch mit KI erzielt werden. Sie verbindet, verarbeitet und lernt aus Daten über die Materialien und ihre Eigenschaften sowie über die Lebenszyklusphasen eines dann geschlossenen Materialkreislaufs. Daraus entsteht ein Wechselspiel aus dem Lernen der KI (sogenannte lernende Algorithmen) und dem Lernen der Forschenden. Am Ende dieses Prozesses soll klar sein, welche Materialien, Verpackungen, Maschinen und Designs nötig sind, um das Projektziel der kreislauffähigen Verpackungen zu erreichen.

Maßgeblich beteiligt ist der Dresdner Standort des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, die ihre Expertise und Erfahrungswerte aus mehr als 50 Jahren Lebensmittel- und Verpackungswissenschaften in das Innvoationslabor „KIOptiPack“ miteinfließen lassen. Dort sollen praxisreife KI-gestützte Werkzeuge entwickelt werden, die ein erfolgreiches Produktdesign sowie die qualitätsgerechte Produktion von Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil ermöglichen. Einer der führenden Köpfe des KI-Anwendungshubs ist Prof. Dr. Marek Hauptmann, Abteilungsleiter Verpackungs- und Verarbeitungstechnologien am Fraunhofer IVV. Er erklärt: „Mit dem interdispliziplinären Forscher-Team und weiteren Partnern aus Wirtschaft und Gesellschaft verfolgt der KI-Anwendungshub einen ganzheitlichen Lösungsansatz, der die vielfältigen Möglichkeiten von KI erprobt und in die Praxis überführt. Ziel ist es, den Kreislauf für Kunststoffverpackungen so weit wie möglich zu schließen, wobei der Fokus auf der gesamten Wertschöpfungskette vom Design bis zum erneuten Eintreten in den Kreislauf liegt.“ Auch die TU Dresden ist mit Forschenden aus zwei Professuren vertreten. Die Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerung forscht daran, Maschinen und Produktionsprozesse fortlaufend anzupassen, um große Schwankungen in der Verwertbarkeit von Rezyklaten auszugleichen. Die Professur für Technisches Design widmet sich dagegen intensiv der Frage, wie Design zu mehr Nachhaltigkeit beitragen kann. Lehrstuhlinhaber Prof. Jens Krzywinski: „In unserer Forschung steht nicht nur die mensch-zentrierte Entwicklung von Produkten im Mittelpunkt, sondern wir widmen uns intensiv der Frage, wie Design zu mehr Nachhaltigkeit beitragen kann. Gerade in Bezug auf die Akzeptanz von nachhaltiger Kreislaufwirtschaft ein nicht zu unterschätzendes Thema.“

Vor zehn Jahren begann die Förderung der TU Dresden (TUD) als eine der elf Exzellenzuniversitäten in Deutschland – ein Meilenstein in der Geschichte der Universität. Längst gehört die TUD zu den leistungsfähigsten Hochschulen bundesweit – in einigen Disziplinen wie den Lebenswissenschaften und Quantenmaterialien sogar global. Für die Digital Cultures und die Zukunft der Mobilität konnten internationale Spitzenforscher gewonnen werden. Außerdem gehört die Universität zu den größten deutschen Zentren für interdisziplinäre digitale Wissenschaften sowie Künstliche Intelligenz und war maßgeblich am Aufbau der Nationalen Dateninfrastruktur (NFDI) beteiligt. Rektorin Prof. Ursula Staudinger erklärt: „Die Exzellenz ist nicht nur treibende Kraft für die herausragende Forschung an den Grenzen des Wissens – sie ist insgesamt ein Motor für Innovation.“

Als eine der Stärken des Standorts Dresden nennt Prof. Staudinger die Bündelung von Kompetenzen von außeruniversitären Institutionen und der Universität. So wurde in der Exzellenzphase auch der Transfer von Forschungsergebnissen in die Wirtschaft deutlich ausgebaut. Mit jährlich 85 prioritätssichernden Patentanmeldungen und 120 Erfindungsmeldungen ist sie heute eine der patentaktivsten Hochschulen in Deutschland. Der Start-up-service ‘dresden|exists’ generiert jährlich über 2.000 Projekte mit Unternehmen und begleitet rund 20 Ausgründungen. Aus der TUD sind so millionenschwere Firmen wie Novaled und das Robotik-Start-up Wandelbots hervorgegangen. Ein weiteres wichtiges Kapitel in der Erfolgsgeschichte der Exzellenzuni ist der ‘DRESDEN-concept Science and Innovation campus’. Zwölf Jahre nach der Gründung sind eine einzigartige Wissenschaftsallianz und über 30 Forschungseinrichtungen, darunter 3 Max-Planck-, 9 Fraunhofer-, 3 Helmholtz- und 4 Leibniz-Institute sowie forschende Kulturpartner wie die Staatlichen Kunstsammlungen Dresden aus der TUD entstanden.

Ziel sei es nun, den Status als Exzellenzuniversität zu verstetigen, so Prof. Staudinger. „Wir können dabei hervorragend auf dem aufbauen, was in den letzten zehn Jahren an der TUD erreicht worden ist.“ Anlässlich des Jubiläums wurde der Film "Bright Minds. Excellent Research" produziert, der einen Einblick gibt, wie passionierte Forscher der TUD an Lösungen für große globale Herausforderungen arbeiten.

Mit Künstlicher Intelligenz (KI) können in der Produktions- und Fertigungsindustrie erhebliche Potenziale erschlossen werden. Doch wie gelingt insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) der Einstieg in passende KI-Anwendungen? Antworten und Unterstützung gibt ab sofort das “Demonstrations- und Transfernetzwerk KI in der Produktion” an der TU Dresden (ProKI Dresden). Experten der Fakultät Maschinenwesen widmen sich dort schwerpunktmäßig der Umformtechnik und bringen Unternehmen die vielfältigen, aber kaum verbreiteten Einsatzmöglichkeiten von KI nahe. Denn das Potenzial in der Branche ist riesig: Mit ihr können Stillstände in der Produktion vermieden und Qualitätskontrollen verbessert werden.

Weiterhin lassen sich Ressourcen einsparen und Mitarbeitende durch kollaborierende Robotersysteme unterstützt werden. Das umfangreiche und kostenlose Angebot des entstehenden Zentrums richtet sich an Hersteller von Umformmaschinen, Automatisierungs- oder Softwareunternehmen sowie alle Branchenzweige mit umformtechnischen Prozessen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert seit dem 1. Oktober 2022 das Demonstrations- und Transfernetzwerk ProKI-Netz, dem neben der TU Dresden noch sieben weitere Hochschulen angehören. Das gemeinsame Ziel des Netzwerkes ist, die Wertschöpfungsprozesse von KMU in der Fertigung schneller zu verbessern, die Produktivität und Qualität von Bauteilen zu steigern und KI-Potenziale zur Stärkung des Wirtschaftsraums Deutschland zu nutzen.

Materialknappheit, Fachkräftemangel, die Dekarbonisierung von Lieferketten: Der Maschinen- und Anlagenbau sieht sich mit diversen Herausforderungen konfrontiert. Besonders akut sind die steigenden Energiekosten, die vor allem kleine und mittlere Unternehmen schwer treffen. Das Dresdner Softwareunternehmen DUALIS hilft der Branche bei der Einsparung von Energie, indem sie die Regulierung des Verbrauchs besser planbar macht. Ermöglicht wird dies durch das Planungstool GANTTPLAN, das verschiedene Kostenpunkte berücksichtigt und darauf aufbauend einen präzisen Fertigungsplan entwickelt. DUALIS-Geschäftsführerin Heike Wilson erklärt: „Wir möchten Produktionsbetriebe befähigen, ihren Energieverbrauch als feste Größe in ihrer Produktionsplanung zu etablieren. Mit GANTTPLAN können Planer verschiedene Szenarien durchleuchten und die energieeffizientesten Möglichkeiten für die eigene Produktion finden.” So kann das Planungstool abwägen, ob die Produktion besser per Hand und energiesparend oder per Maschine und zeitsparend abgewickelt wird. Schwankende Stromtarife werden ebenso modelliert wie auch hohe Lastspitzen zu bestimmten Tageszeiten.

Dr. Kirsten Hoffmann, Produktmanagerin von DUALIS, über weitere Entwicklungsperspektiven: „Zur Ausweitung von GANTTPLAN sind spezielle Reports bzw. Analysetabellen möglich. So kann der Fertigungsplan zum einen nach Energiekriterien analysiert werden. Zum anderen ist ein Vergleich unterschiedlicher simulierter Szenarien wie verschiedene Energieverträge oder der Kauf einer neuen energieeffizienten Maschine denkbar.“ Indem DUALIS Unternehmen mit verschiedenen Industrie 4.0-konformen Lösungen unterstützt, trägt das Softwareunternehmen wesentlich dazu bei, Dresdens Position als führender Smart System-Standort Europas zu festigen.

Seit 2019 betreibt das Dresdner Unternehmen Sunfire im Rahmen von GrInHy2.0 („Green Industrial Hydrogen“) einen Hochtemperatur-Elektrolyseur auf dem Gelände der Salzgitter Flachstahl. Die Anlage gilt als weltweit größte und effizienteste ihrer Art. Nun ziehen die Partner des EU-geförderten Wasserstoffprojektes eine vielversprechende Bilanz: Fast 100 Tonnen des wertvollen Gases konnten in vier Jahren für die klimaneutrale Stahlproduktion hergestellt und direkt in das Wasserstoffnetz der Salzgitter Flachstahl eingespeist werden. Dies gelang auf Basis der sogenannten SOEC-Technologie (solid oxide electrolysis cell), bei der Dampf aus industrieller Abwärme mithilfe von erneuerbarem Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. 200 Nm3 (Normkubikmeter) grünen Wasserstoff kann der Sunfire-Elektrolyseur pro Stunde erzeugen – eine Größenordnung, die bislang noch kein anderes Unternehmen nachweisen konnte. Sunfires CTO Christian von Olshausen erklärt: „GrInHy2.0 ist ein wichtiges Leuchtturmprojekt für Sunfire, in dem wir unsere SOEC-Technologie im industriellen Maßstab demonstrieren konnten. Gleichzeitig haben wir wertvolle Erkenntnisse für die technische Weiterentwicklung gewonnen. Projekte wie dieses legen den Grundstein für eine erfolgreiche Skalierung von Elektrolysetechnologien weltweit.“ Die Partnerschaft von Sunfire und der Salzgitter AG soll daher auch über GrInHy2.0 hinaus fortgeführt werden.

Forschenden des Dresdner Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) ist es gelungen, die weltweit erste thermochrome Schicht auf Dünnstglas in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren zu fertigen. Dr. Cindy Steiner, Gruppenleiterin am Fraunhofer FEP, freut sich: „Damit haben wir einen wichtigen Schritt in der Skalierung der Technologie vom Labor- auf einen Pilotmaßstab geschafft!“ Im nächsten Schritt soll die Technologie skaliert und zur Marktreife geführt werden. Mit dem Einsatz von thermochromischen Schichten ist es dem Forschungsteam des FEP gelungen, die Sonneneinstrahlung bei Fenstern aus Dünnstglas entsprechend der Wetterlage zu regulieren. Thermochrom bedeutet, dass die Fenster ab einer Temperatur von circa 20 Grad Celsius von einem transmittiven zu einem reflektiven Zustand wechseln – die Sonneneinstrahlung wird also blockiert. Mechanische Jalousien könnten damit schon bald der Vergangenheit angehören. Vor allem aber verfügt die Technologie über hohes Einsparpotenzial in Sachen Energie: Der Kühl- und Heizenergiebedarf eines Gebäudes lässt sich in Extremfällen bis zu 60 Prozent reduzieren. Besonders Bürokomplexe, öffentliche Gebäude und Neubauten, die über große, nach Süden ausgerichtete Fenster und Glasfassaden verfügen, profitieren von der Innovation. Smarte Fenster können somit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten.

In Deutschland leiden mehr als 6 Millionen Menschen unter Diabetes. Jedes Jahr wird die Krankheit bei 500.000 Menschen neu diagnostiziert. Und allein in den letzten 25 Jahren ist die Zahl um mehr als ein Drittel gestiegen. Die Statistiken zeigen: Um der Volkskrankheit Diabetes Einhalt zu gebieten, braucht es innovative und effizientere Methoden zur Behandlung grassierender Stoffwechselerkrankungen. Dieser Aufgabe widmen sich in Zukunft die Forscher des Zentrums für Metabolisch-Immunologische Erkrankungen und Therapietechnologien Sachsen (MITS), das vor Kurzem den Betrieb aufgenommen hat.

Besonderes Augenmerk gilt dort der wissenschaftlichen Arbeit am sogenannten Bioreaktor, der Patienten mit Diabetes Typ I den Alltag erleichtern soll. Professor Stefan Bornstein, der Sprecher des MITS, erklärt: „Man kann ihn sich wie einen Herzschrittmacher vorstellen: Eine kleine Dose von fünf bis sechs Zentimetern Durchmesser, die auf das Bauchfell, also unter die Haut, transplantiert wird.“ Im Bioreaktor sind Betazellen, beispielsweise vom Schwein, eingeschlossen, die vor Abwehrmechanismen des menschlichen Körpers geschützt sind. Der Clou: Die Zellen können selbständig und nach Bedarf Insulin produzieren und an den Körper abgeben. Insulinspritzen und -pumpen werden dadurch überflüssig. Neben der Forschung am Bioreaktor werden auch Folgeerkrankungen an Gefäßen, Herz, Nieren, Leber oder Knochen untersucht. Ziel ist es, diese zu verhindern und die Regeneration der Zellfunktionen zu ermöglichen. Der Bund und der Freistaat Sachsen finanzierten den Neubau mit mehr als 35 Millionen Euro. Er bietet Platz für rund 100 Mitarbeiter.

Ob als Unterstützer bei Reinigungsarbeiten, im Garten oder in der Pflege – Roboter sind längst nicht mehr nur in der Industrie zu Hause, sondern kommen in den unterschiedlichsten Arbeits- und Alltagsbereichen zum Einsatz. Dies zeigt sich auch in den Antworten des Deutschen Robotik Spiegels 2022, der vom Deutschen Robotik Verband e.V. in Zusammenarbeit mit dem Amt für Wirtschaftsförderung der Stadt Dresden und der Dresden Marketing Gesellschaft ins Leben gerufen wurde. Besonders jüngere Menschen können sich den Einsatz von Robotern in diversen Anwendungsfeldern, wie zum Beispiel in der Angehörigenpflege oder in der Unterhaltung, gut vorstellen. Doch auch unabhängig vom Alter sieht eine Mehrheit der Befragten in Robotern das Potenzial, unseren Arbeitsalltag zu verbessern –  mehr als zwei Drittel (67,5 Prozent) von ihnen schätzen Robotik als eine wichtige Zukunftsbranche für den Standort Deutschland ein. 

Die Vorstellung vom „Roboter als Kollege“ hat sich allerdings noch nicht durchsetzen können. Auf die Frage, welche Rolle Roboter künftig am ehesten in Unternehmen einnehmen sollten, favorisiert die große Mehrheit der Befragten (76,2 Prozent) weiterhin den Roboter als Maschine. Das möchte das Dresdner Robotik Software-Unternehmen Wandelbots ändern. „Normalerweise ist die Umsetzung von Robotik-Prozessen sehr komplex“, sagt Christian Piechnick, CEO und Gründer von Wandelbots. „Bis ein Roboter einsatzbereit ist, müssen erfahrene Entwickler jeden einzelnen Arbeitsschritt programmieren. Hohe Kosten und fehlendes Fachpersonal hindern aktuell die Beschleunigung der Automatisierung. Genau hier setzen wir an.“ Dafür bietet das Unternehmen die No-Code-Lösung Wandelbots Teaching, die Nutzer:innen befähigt, Roboter selbstständig anzulernen, ohne über Programmierkenntnisse zu verfügen. 

Neben Wandelbots treiben in Dresden viele Akteure die Entwicklung gemeinsam voran, sodass die Vorstellung vom „Kollegen Roboter“ bald Realität werden könnte. Thomas Schulz, Geschäftsführer des „Robot Valley Saxony“, sieht in der Landeshauptstadt einen Knotenpunkt für deutschlandweit einzigartige Synergien: „Das Robot Valley Saxony ist das Robotik-Ökosystem im Herzen Europas, das Experten aus Industrie, Forschung und Start-ups aktiv miteinander vernetzt, um Innovation und Wachstum im Robotik-Sektor in Sachsen und darüber hinaus zu fördern.“

Gemeinsam forschen und die Zukunft nachhaltig gestalten: So lautete das Motto des Deutschen Luft- und Raumfahrtkongresses (DLRK), der dieses Jahr in Dresden stattfand. Vom 27. bis 29. September kamen dazu rund 500 Experten aus Wissenschaft und Forschung, Industrie und Politik zusammen. In vielen Vorträgen und Diskussionsrunden wurde vor allem die Expertise des Standorts herausgestellt. Denn Dresden bietet ideale Bedingungen: Hier gibt es exzellente Forschungsinstitute und Hochschulen.

Auch in Zukunft soll die Luft- und Raumfahrt hier weiter vorangebracht werden. Neben bekannten Unternehmen wie der Elbe Flugzeugwerke GmbH (EFW), Diehl Aviation oder Nehlsen-BWB Flugzeug-Galvanik ist die Stadt gerade für junge Start-ups attraktiv. Mit Herone und Morpheus Space haben sich zwei vielversprechende Jungunternehmen in Dresden angesiedelt. Das Weltall-Start-up Morpheus Space plant, eine Fabrik in der Landeshauptstadt zu errichten, um jährlich Tausende von Antriebssystemen zu produzieren.

Luft- und Raumfahrt hat in Dresden Tradition: Im Jahr 1955 begann der Flugzeugbau in der Stadt. Einige Jahre später wurde in einer Halle unweit des Deutschen Hygienemuseums das erste strahlgetriebene Passagierflugzeug Deutschlands entwickelt – ein Symbol des DDR-Flugzeugbaus. Seit dieser Zeit prägen große Hangars das Stadtbild. Und noch heute werden dort Passagierflugzeuge aus der ganzen Welt gewartet und zu Frachtflugzeugen umfunktioniert.

Obst- und Gemüsesorten, eingewickelt in Folie: Dieses Bild bietet sich in zahlreichen Supermärkten. Die Lebensmittel sollen so länger haltbar gemacht werden. Besonders nachhaltig ist das jedoch nicht. Und das ist lediglich ein Beispiel von vielen. 
Die Industrie könnte bis zu 80 Prozent der späteren Umweltauswirkungen eines Produktes erfassen, daraus lernen und entsprechend handeln – und das bereits in der Entwurfsphase. Das ergab eine Einschätzung des „Circular Economy Action Plan“ (Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft) der Europäischen Union. Allerdings bietet das lineare Herstellungsmuster dafür bisher nur wenige Anreize.

Dies soll sich künftig ändern: Das Forschungsinfrastrukturprojekt ReMade@ARI unter Koordination des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) setzt sich dafür ein, neue Materialien zu entwickeln, die sowohl recyclebar als auch wettbewerbsfähig sind. Künftig könnten so zum Beispiel biobasierte Materialien aus Holz eine nachhaltige Alternative zu Plastikverpackungen darstellen. Auch in den Bereichen Elektronik und Textilien wollen die beteiligten Einrichtungen das Potenzial nutzen. Das Projekt wird mit insgesamt 13,8 Millionen Euro von der EU gefördert.

„Jeder aus der Wissenschaft aber auch aus der Industrie, der ein neues, wiederverwertbares Material entwickeln möchte, kann an uns herantreten“, so Dr. Stefan Facsko, wissenschaftlicher Koordinator des Projektes und Leiter des Ionenstrahlzentrums am HZDR. Aus den Forschungsinfrastrukturen wird letztlich diejenige ausgewählt, an der sich die erforderliche Forschung am besten umsetzen lässt.

Der technologische Fortschritt lässt den Bedarf an Rohstoffen drastisch steigen. Elektronische Geräte verschlingen Hightech-Materialien wie Seltene Erden. Da die natürlichen Ressourcen begrenzt sind, bedarf es innovativer Lösungen. Ausgediente Elektronikprodukte enthalten etwa solche wertvollen Elemente. Forschende des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Seltene Erden aus Leuchtstofflampen zurückgewinnen können. Ein Beispiel dafür, dass eine Wiedergewinnung der enthaltenen Elemente möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist. Den Schlüssel zur gezielten Rückgewinnung der Seltenen Erden liefern Bakteriophagen: Viren, die vor allem Bakterien infizieren. Durch die Kombination mit einem speziellen magnetischen Trennungsverfahren ist es den Forschern gelungen, Rohstoffe gezielt aus Stoffgemischen herauszufiltern und wiederzuverwenden. Für die Rückgewinnung setzen sie magnetische Separation ein, die auf Biokollektoren basieren. „Die durch Biokollektoren wiedergewonnenen Seltenen Erden können wir zukünftig zurück in den Kreislauf bringen, wodurch sich gleichzeitig das enorme Ausmaß an Sondermüll reduziert“, erläutert Dr. Franziska Lederer, Leiterin der Nachwuchsforschergruppe BioKollekt, das Potenzial für einen nachhaltigen Wirtschaftskreislauf. Klingt kompliziert? Dieses innovative Recycling interessierte auch die ZDF-Wissenschaftsreihe Leschs Kosmos, der den Prozess in der aktuellen Folge „Der Schatz in der Mülltonne – Das Recycling-Versprechen“ anschaulich macht

In Deutschland ist Robotik in den vergangenen Jahren zu einer der wichtigsten Zukunftstechnologien und zum Wirtschaftstreiber aufgestiegen. Ein Trend, der sich auch in den aktuellen Ergebnissen des Deutschen Robotik Spiegels 2022 bemerkbar macht. Darin bewerten mehr als zwei Drittel der Befragten (67,5 Prozent) Robotik als wichtige Zukunftsbranche für den Standort Deutschland. Die Umfrage wurde vom Deutschen Robotik Verband e.V. in Zusammenarbeit mit dem Amt für Wirtschaftsförderung der Stadt Dresden und der Dresden Marketing Gesellschaft ins Leben gerufen wurde. Was der Spiegel ebenfalls zeigt: Es bedarf weiterer Aufklärung, um Vorurteile in der Arbeitswelt zu überwinden und Wissenslücken zu schließen.

Besonders deutlich wird dies beim Thema Fachkräftemangel: So sieht jeder dritte Erwerbstätige, der bereits mit Robotern gearbeitet hat, die Technologie als mögliche Lösung für das Problem. Der Anteil unter den Erwerbstätigen ohne Erfahrung fällt mit 16,2 Prozent hingegen bedeutend geringer aus. Dr. Robert Franke, Amtsleiter der Wirtschaftsförderung in der Landeshauptstadt Dresden, erklärt: „Man muss heute weder Millionen investieren noch Programmierkenntnisse haben, um seine Prozesse wirkungsvoll zu automatisieren. Gerade bei den KMU sehen wir hier noch viel Potenzial.“ Aus den Umfrageergebnissen geht demnach ein klarer Arbeitsauftrag an die Politik hervor. Ziel muss es sein, das Thema Robotik der Bevölkerung nahezubringen, um unbegründete Ängste zu entkräften. Olaf Gehrels ist Vorstand des Deutschen Robotik Verbandes e.V. und sagt: „Wir müssen Betreiber und Bediener vor allem in KMU emotional davon überzeugen, dass Roboter eine Hilfe und keine Konkurrenz in der Werkhalle sind."

Eine der treibenden Kräfte, die Deutschlands Status als führende Robotik-Industrie in Europa weiter ausbauen will, ist die Stadt Dresden. Als „Robot Valley Dresden“ verfolgt sie eine Strategie mit drei Schwerpunkten: Aufklärungsarbeit, Technologie-Förderung in Forschung und Praxis sowie Netzwerkarbeit in Form von Kongressen und Ausstellungen, die der Branche Gelegenheit zum Wissensaustausch bieten.

Mehr Informationen zum Robotik-Spiegel 2022

Mobilfunknetze sind wahre Stromfresser. Allein die Funkzugangsnetze verbrauchen jährlich ca. 750 GWh, was einem Energieverbrauch von 250.000 Privathaushalten entspricht. Bis 2030 könnte sich dieser Wert verdoppeln. Damit es nicht so weit kommt, werden am Technologie-Standort Dresden laufend neue Projekte ins Leben gerufen, die den Weg für den Mobilfunk der Zukunft ebnen.

Eines davon ist das Projekt DAKORE der TU Dresden, das eine energiesparende Mobilfunk-Basisstation mit Hilfe neuartiger KI-Methoden konzipiert. Mit diesem Ansatz, der Energieeinsparungen von bis zu 60 Prozent ermöglichen soll, konnte das DAKORE-Team auch beim „GreenICT“ überzeugen. Beim Innovationswettbewerb 2021 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gehörten sie zu den drei Gewinnerteams.

Projektleiter Prof. Frank Ellinger betont, dass das Konzept zukünftig nicht allein zur Modernisierung des bestehenden Mobilfunktnetzes eingesetzt wird, sondern auch zum weiteren Netzausbau in zukünftigen Makro- und Mikrobasisstationen: „Mit Hilfe von DAKORE kann Deutschland die Kompetenzen im neuen Wissenschaftsbereich der KI-gesteuerten Optimierung von Funkzugangsnetzen wesentlich stärken und einen signifikanten Beitrag zur Senkung des Energieverbrauches liefern“, so Eillinger.

Die Zukunft der Logistik wird von der Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern bestimmt sein. Das Dresdner Startup WAKU Robotics leistet mit seinem Produkt WAKU Sense einen wichtigen Beitrag für innovative Robotiklösungen und prägt damit das Robot Valley Dresden. Die Softwarelösung unterstützt Robot Operators bei der Steuerung und Koordination mobiler Roboter in verschiedenen Branchen. Victor Splittgerber, Gründer und CEO von WAKU Robotics, erklärt: „Mit WAKU Sense befähigen wir menschliche Operator, den reibungslosen Betrieb von Roboter-Flotten sicherzustellen. Das Tool unterstützt Kunden bei diesem revolutionären Übergang zu einer noch fortgeschrittneren Lagerautomatisierung.“ Vom Potenzial der innovativen Technologie sind auch aktuelle Kunden und internationale Partner überzeugt. Ein frisches Investment von 1,5 Millionen Euro soll die Entwicklung der Software von WAKU Sense beschleunigen. Franz Humer ist Gründer von Agilox, einem führenden Hersteller von autonomen mobilen Robotern und Teil der Seed-Investitionsrunde. Er sagt: „WAKU Sense ist die erste Plattform, die in der Lage ist, verschiedene AMR/AGV-Anbieter zu orchestrieren. Sie bringt alles auf ein Dashboard und integriert Sensoren, Gabelstapler und menschliche Operators. Sense ist damit wie gemacht für Robot Operators, die mit mehr als nur einem Roboteranbieter auf dem Shopfloor arbeiten müssen".

Gerade einmal seit zwei Jahren ist der aktuell leistungsstärkste Mobilfunk-Standard 5G in Deutschland voll funktionsfähig – da steht in Dresden mit 6G das Netz der Zukunft bereits vor der Tür. 6G wird nicht nur für Handynutzer, sondern auch für das IoT (Internet of Things) und damit für die Wirtschaft bisher ungenutzte Potentiale freisetzen. Damit europäische Unternehmen in Zukunft weniger von Zulieferern aus Taiwan, Südkorea oder den USA abhängig sind, hat das Barkhausen-Institut am Standort Dresden das Projekt „Corenext“ ins Leben gerufen.

In den nächsten drei Jahren will ein Konsortium aus 23 Partnern, darunter starke internationale Marken wie Nokia, Ericsson, Infineon und NXP, eigene Prozessoren, Antennen, zuverlässige Architekturen und Betriebssysteme für den Mobilfunkstandard 6G entwickeln. Das kündigten der designierte Projektleiter Michael Roitzsch und Instituts-Co-Geschäftsführer Tim Hentschel an.

Das Projekt wird mit 13 Millionen Euro von der EU finanziert und hat große Ziele: „Am Ende steht die Entwicklung des Prototyps eines Multiprozessor-Systems, aus dem europäische Unternehmen eigene Schaltkreise bauen können“, erklärt Hentschel.

Die Dresdner Ingenieure planen einen weiteren Coup: Durch die Open-Source-Deklarierung des Projekts, also die öffentliche Zugänglichkeit der Hard- und Softwarekomponenten, wird Sabotage an den späteren Produkten durch Geheimdienste, Industriespione oder Cyberkriminelle so gut wie unmöglich. Corenext – ein weiteres europäisches Schlüsselprojekt am Hightech-Standort Dresden.

Die Innovationszyklen in der Medizintechnik werden länger. Grund dafür sind immer komplexere Technologien und Systeme einerseits und immer anspruchsvollere und langwierige Zulassungsverfahren andererseits. Deshalb hat die Technische Universität Dresden das Projekt SEMECO (Secure Medical Microsystems and Communications) ins Leben gerufen. Die traditionelle medizinische Regulatorik soll mittelfristig durch Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) revolutioniert werden. Durch das Zusammenspiel von Messtechnik, Nachrichtentechnik und Informationsverarbeitung können smarte medizinische Instrumente und Implantate schneller entwickelt und zugelassen werden. Ein neuer Plattform-Ansatz soll zudem sichere und medizinische Mikrosysteme ermöglichen.

Das Bundesforschungsministerium fördert diesen Innovationscluster der TU Dresden jetzt mit 45 Millionen Euro in den kommenden neun Jahren. Eine der Stärken des Projekts liegt in der regionalen Bündelung wissenschaftlicher Expertise sächsischer Forschungspartner. Der Zukunftscluster SEMECO bietet gemeinsam mit dem Else-Kröner-Fresenius-Zentrum für Digitale Gesundheit, dem 5G++Lab Germany sowie dem Barkhausen Institut ideale Voraussetzungen für eine innovative und nachhaltige Zusammenarbeit an einem der europaweit führenden Standorte für Mikroelektronik, Nachrichten­technik und erklärbare KI in Dresden.

SEMECO ist eines von sieben Clustern aus ganz Deutschland, das in der zweiten Runde des Clusters4Future-Wettbewerbs des BMBF aus 117 Bewerbungen ausgewählt wurde. „Die Freude in unserem Team ist sehr groß. Gemeinsam wollen wir ein System schaffen, welches das Innovations- und Zukunftspotenzial der Halbleiter- und Mikro­system­technik­industrie für die Medizintechnik vergrößert. Die notwendigen Sicherheitsanforderungen sollen berücksichtigt, ein Mehrwert für Patientinnen und Patienten aber zügig hergestellt werden“, sagte Gerhard Fettweis, Professor für Mobile Nachrichtensysteme an der TU Dresden und wissenschaftlicher Koordinator des SEMECO-Projekts.

Erst vor zwei Jahren ging die SurFunction GmbH aus der Ausgründung der TU Dresden (TUD), der Universität des Saarlandes und dem Material Engineering Center Saarland hervor. Nun gründet sie selbst mit der SurFunction Tec GmbH ein eigenes Tochterunternehmen, das den Hochtechnologie-Standort Dresden mit seinem Knowhow auf dem Gebiet der Laserstrahlinterferenzstrukturierung (xDLIP) bereichern wird. Bei der im hohen Maße nachhaltigen xDLIP-Methode werden unter dem Einsatz von Pulslasern mikroskopisch kleine Strukturen erzeugt, die Produkte langlebiger, nachhaltiger und effizienter gestalten. Ziel der Gründer ist es daher, die Technologie in den kommenden Jahren fest in der Industrie zu etablieren. Erste Anwendungsfelder konnten bereits identifiziert werden – in der Automobilbranche, der Medizin, der Sicherheitstechnik und sogar in der Weltraumtechnik: „Unsere Technologie hat es in mehreren Projekten auf die Internationale Raumstation ISS geschafft, wo sie von unserem deutschen Astronauten Matthias Maurer getestet wurde“, so Dr. Dominik Britz, Geschäftsführer der SurFunction GmbH. Gemeinsam mit Dr. Bogdan Voisiat von der TU Dresden übernimmt er nun auch die Geschäftsführung des Tochterunternehmens. „Mit der strategischen Entscheidung, die SurFunction TEC in Dresden zu gründen, folgen wir auch den jüngsten Technologie-Ansiedlungen in der Region Dresden. Mit unserer xDLIP-Technologie sehen wir viele interessante Schnittstellen und weiteres Innovationspotential“, so Voisiat. Dank der engen Zusammenarbeit mit den Hochschulen ist zudem der schnelle Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis sichergestellt.