Einreichungen für 2022

Grundlagenforschung

Entwicklung der kritischen Grenzfläche zwischen III-V-Halbleitern und Silizium für die effiziente Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff

Kategorie: Grundlagenforschung
Thema: Entwicklung der kritischen Grenzfläche zwischen III-V-Halbleitern und Silizium für die effiziente Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff
Institution: Technische Universität Ilmenau
Forscher: Prof. Dr. Thomas Hannappel (Sprecher), Dr. Agnieszka Paszuk, Dr. Oliver Supplie, M. Sc. Manali Nandy, Dr. Peter Kleinschmidt,

Das Verständnis, die Integration und das Wachstum von III-V-Halbleitern auf Silizium war schon für den Thüringer Nobelpreisträger Herbert Krömer von essentieller Bedeutung. Er hat die Redewendung geprägt "the interface is the device": die Grenzfläche ist maßgeblich für das gesamte Bauelement. Die Aufklärung der mikroskopischen Struktur an dieser kritischen Grenzfläche zwischen den beiden bedeutenden und unterschiedlichen Halbleitern und deren erfolgreicher Einsatz ist nicht nur für die direkte solare Brennstofferzeugung, die sogenannte künstliche Photosynthese, von höchster Relevanz, sondern für die gesamte Optoelektronik. Die Arbeiten der Forschergruppe zur Entwicklung dieser Grenzfläche haben bereits maßgeblich zu Solarzellen-Rekordergebnissen, Netzwerkprojekten, Patenten und einer beachtlichen Anzahl an Veröffentlichungen beigetragen. Dieses Thema zieht sich durch Forschungsarbeiten der vergangenen Jahre bis heute. Dabei wird eine entscheidende Originalität in der Vorgehensweise genutzt: Mit Hilfe sogenannter optischer in situ-Spektroskopie werden die kritische Grenzflächenstruktur während des äußerst komplexen Wachstumsprozesses auf atomarer Skala durchleuchtet. Damit gelang schließlich in einer kürzlich veröffentlichten Weiterentwicklung der III-V/Silizium-Grenzflächenpräparation eine deutliche Verbesserung der Materialqualität-Ausgangspunkt für die Entwicklung künftiger wettbewerbsfähiger Hochleistungs-Bauelemente, insbesondere für die solare Wasserstofferzeugung.

Kontakt:
TU Ilmenau Pressesprecher
Marco Frezzella
03677 69-5003
marco.frezzella@tu-ilmenau.de

TU Ilmenau Referent für Wissenschaft
Dr. Heiko Wittwer
03677 69-5022
heiko.wittwer@tu-ilmenau.de

Grundlagenforschung

SPOLIEN. Phänomene der Wiederverwendung in der Architektur

Kategorie: Grundlagenforschung
Thema: SPOLIEN. Phänomene der Wiederverwendung in der Architektur
Institution: Bauhaus-Universität Weimar
Forscher: Prof. Hans-Rudolf Meier

Mit dem Projekt „Spolien. Phänomene der Wiederverwendung in der Architektur“ wurde die sichtbare und in der Regel absichtsvolle Wiederverwendung von Bauteilen erforscht. Die bis in die Spätantike zurückreichende Kulturtechnik hat heute, da gerade im Bauwesen Maßnahmen zur Reduzierung der Klimabelastung dringend geboten sind, als Urban Mining oder zirkuläres Bauen neue Aktualität erlangt. Prof. Meier untersucht jenen Sektor der Wiederverwendung, der mit besonderen Gestaltungs-und Bedeutungsabsichten verbunden ist, und zwar von der Spätantike bis in die Gegenwart. Dafür wählte Prof. Meier keine chronologische Gliederung, sondern geht epochenüberreifend von den Phänomenen aus und nimmt Deutungen und Bedeutungen, Materialien und Orte, sowie Praktiken und Wirkungen der Spolienverwendung unter die Lupe. Das führt zu ungewöhnlichen Gegenüberstellungen, die neue Sichtweisen und Erkenntnisse ermöglichen. Unterscheiden sich die Spolien sichtbar von den neuen Bauteilen, regen sie zur Frage an, warum und wie sie an ihren neuen Versatzort gekommen und wo bzw. in welchem Zusammenhang sieverfügbar gemacht worden sind. Ihre materielle Präsenz verweist auf etwas Abwesendes sowie auf die Bewegung des eigentlich Immobilen, auf das Verrücken, Verschieben und Translozieren von Architekturteilen. Eine Fülle von Beispielen veranschaulichen die Erkenntnisse dieses an der Schnittstelle zwischen der Architektur und den Kunst-und Kulturwissenschaften liegenden Forschungsprojekts.

Kontakt:
Medienservice
Pressesprecherin Claudia Weinreich
03643 58 11 73
presse@uni-weimar.de

Dezernat Forschung
Dezernentin Dr. rer. nat. Kristina Schönherr
03643 58 25 31
kristina.schoenherr@uni-weimar.de

Angewandte Forschung

Infektionsschutzverhalten verstehen und verändern

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: Infektionsschutzverhalten verstehen und verändern
Institution: Universität Erfurt
Forscher: Prof. Dr. Cornelia Betsch

Untersucht wird die Forschungsfrage, welche Rolle menschliches Verhalten bei der Ausbreitung von Infektionskrankheiten spielt. Was Menschen wissen, was sie glauben, wie sie sich schützen – all dies beeinflusst die Ausbreitung von Infektionskrankheiten, wie zuletzt in der Corona Pandemie deutlich wurde. Aufbauend auf früheren Erkenntnissen hat Prof. Betsch mit ihrem Team an der Universität Erfurt ein regelmäßiges Psychogramm der Corona Pandemie gezeichnet. Im COVID-19 Snapshot Monitoring COSMO wurden über 50.000 Personen befragt. Je nach politischer und gesellschaftlicher Lage wurden die Befragungen so angepasst, dass Einsichten in aktuelle Themen der Pandemiebewältigung möglich wurden. Durch die sofortige online Veröffentlichung aktueller Ergebnisse entwickelte sich das Projekt in Politik und Medien schnell zu einer wichtigen Referenz, um gesellschaftliche Diskussionen und politische Entscheidungen zu unterstützen. Die Ergebnisse wurden in renommierten Fachzeitschriften publiziert und international rezipiert. Zu Beginn der Pandemie wurde z.B. die Frage untersucht, welche psychologischen Folgen eine Maskenpflicht haben und wie sie sich auf unser soziales Handeln auswirken könnte. Auch bei der Einführung von Schnelltests wurde untersucht, wie Gesundheitskommunikation gestaltet werden muss, damit Schnelltests erfolgreich zur Pandemiebewältigung eingesetzt werden können. Mit zahlreichen Arbeiten im Bereich der Impfentscheidung und zu psychologischen Folgen einer Impfpflicht hat Prof. Betsch den deutschen Diskurs zur Corona-Impfung und bereits 2017 zum Masern-schutzgesetz mitbestimmt. Eine Kooperation mit der Weltgesundheitsorganisation ermöglichte es, in ca. 40 Ländern Studien nach diesem Vorbild durchzuführen.

Kontakt:
Universität Erfurt
Stabsstelle Forschung und Nachwuchsförderung
Leiterin Dr. Katharina Held
0361 737-5041
katharina.held@uni-erfurt.de

Stabsstelle Hochschulkommunikation
Pressesprecherin Carmen Voigt
0361 737-5021
pressestelle@uni-erfurt.de

Angewandte Forschung

Künstliche Intelligenz für die Identifikation kleiner Moleküle

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: Künstliche Intelligenz für die Identifikation kleiner Moleküle
Institution: Friedrich-Schiller-Universität Jena
Forscher: Prof. Dr. Sebastian Böcker (Sprecher), Dr. Kai Dührkop, Dr. Markus Fleischauer, Dr. Marcus Ludwig, M.Sc. Martin Hoffmann

Kleine Moleküle sind allgegenwärtig: sie machen krank (Umweltforschung) oder gesund (Pharmazie), sie dienen als Bausteine von Proteinen und DNA, und ohne sie ist kein Leben möglich. Ihre strukturelle Vielfalt ist gigantisch. Ihr Nachweis erfolgt üblicherweise durch Massenspektrometrie, doch ist die Interpretation der Daten zu ihrer Identifizierung äußerst komplex.

Zur Auswertung dieser Daten und zur Annotation kleiner Moleküle entwickelt die Gruppe von Prof. Böcker neue Verfahren der künstlichen Intelligenz, aber auch der kombinatorischen Optimierung und des Operations-Research. Eine Methode erlaubt es, ähnlich einer Internetsuchmaschine, mit den Daten in einer Strukturdatenbank zu suchen; eine andere, für noch gänzlich unbekannte kleine Moleküle, Stoffklassen zu bestimmen. Diese Methoden sind weltweit führend für die Aufgaben.

Hervorzuheben ist die starke internationale Vernetzung der Gruppe mit renommierten Theoretikern als auch Praktikern und die erfolgreiche Translation von komplexen Algorithmen in robuste, nutzerfreundliche Software und Webservices basierend auf hochskalierbarer Infrastruktur.

Die Services werden weltweit rege genutzt, mit mehr als 160 Millionen bearbeiteten Anfragen aus 69 Ländern. Die Software SIRIUS wurde 2020 von Nature Methods als "method to watch" ausgezeichnet. Das Interesse globaler Firmen resultierte in der Ausgründung der Bright Giant GmbH, die als Lizenznehmerin der FSU Jena kommerzielle Services zu diesen Fragestellungen anbietet.

Kontakt:
FSU Jena
Pressesprecherin Katja Bär
03641 9401400
katja.b.baer@uni-jena.de
presse@uni-jena.de

Presse und Information
Burchardt, Axel
03641 9401421
axel.burchardt@uni-jena.de

Büro des Vizepräsidenten für Forschung
Dr. Juliane Heimann
03641 9401104
juliane.heimann@uni-jena.de

Angewandte Forschung

Planck-Waage

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: Planck-Waage
Institution: Technische Universität Ilmenau und Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig-PTB
Forscher: Prof. Dr.-Ing. Thomas Fröhlich (Sprecher), Dr.‐Ing. Falko Hilbrunner, Prof. Dr.-Ing. Eberhard Manske, M. Sc. Norbert Rogge, Dr.-Ing. Suren Vasilyan (TU Ilmenau) und Prof. Dr.-Ing. Frank Härtig, Dr.-Ing. Dorothea Knopf, Dr. Christian Rothleitner (PTB)

Im Projekt „Planck-Waage“ wurde eine industrietaugliche Umsetzung des Kalibrierprinzips einer Kibble-Waage (ehemals Watt-Waage) entwickelt, die eine Möglichkeit zur Realisierung der im Mai 2019 beschlossenen Neudefinition der Einheit Kilogramm darstellt. Dabei wird der elektromagnetische Aktor, der beim Wiegen die Gewichtskraft der zu prüfenden Masse kompensiert, kalibriert indem die Aktorspule relativ zum Magnetfeld bewegt wird. Das Verhältnis von induzierter Spannung und Spulengeschwindigkeit in diesem Bewegungsexperiment entspricht der Aktorkonstante und ermöglicht somit die Massebestimmung ohne die vorherige Verwendung eines Kalibriergewichts. Im Gegensatz zu bestehenden Kibble-Waagen, die im Zuge der Neudefinition verwendet wurden, zeichnet sich die Planck-Waage durch eine sehr kompakte Baugröße und geringere Herstellungskosten aus und ist stärker an den Einsatz außerhalb der hochspezialisierten Kalibrierlabore weniger nationaler Metrologieinstitute angepasst. Sie ermöglicht dadurch die direkte Umsetzung der Neudefinition für einen breiteren Anwendungs- und Einsatzbereich. Bei der Planck-Waage werden somit die Messungen verschiedener elektrischer und mechanischer Größen sowie der Zeit kombiniert, um die Bestimmung von Massen und Kräften unabhängig von einem Kalibriergewicht durchzuführen. Dies bietet vor Allem dort Potential, wo die Handhabung solcher vergleichsweise empfindlichen Gewichte schwierig ist, insbesondere bei der Messung sehr kleiner Kräfte und Massen.

Kontakt:
TU Ilmenau Pressesprecher
Marco Frezzella
03677 69-5003
marco.frezzella@tu-ilmenau.de

TU Ilmenau Referent für Wissenschaft
Dr. Heiko Wittwer
03677 69-5022
heiko.wittwer@tu-ilmenau.de

Angewandte Forschung

Entwicklung von hocheffizienten, photokatalytischen Materialien und ihre Implementierung in Systemen zur Reinigung von Wasser und Luft

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: Entwicklung von hocheffizienten, photokatalytischen Materialien und ihre Implementierung in Systemen zur Reinigung von Wasser und Luft
Institution: MFPA Weimar, Fachhochschule Erfurt, Bauhaus-Universität Weimar
Forscher: Dr.-Ing. Tobias Schnabel (Sprecher), MFPA Weimar mit Prof. Dr.-Ing. Christian Springer, Fachhochschule Erfurt und Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong, Bauhaus-Universität Weimar

Schadstoffe im Wasser und in der Luft gefährden die Gesundheit des Menschen und die Umwelt. Medikamentenrückstände im Wasser, Schadstoffe sowie Mikroorganismen in Innenräumen, Emissionen aus Landwirtschaft und Verkehr stellen hier nur einen kleinen Teil des weltweiten Problems dar. Das Forscherteam hat innovative Materialien und Materialkombinationen entwickelt, um mittels photonischer Technologien auf effiziente Art und Weise Schadstoffe aus den unterschiedlichsten Umweltkompartimenten rückstands- und reststofffrei zu entfernen. Hierbei wurden nanostrukturierte, photokatalytische Beschichtungen entwickelt, welche aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften sehr hohe Abbaugeschwindigkeiten und Energieeffizienzen erreichen. Dies ermöglicht, in Kombination mit neuartigen UV-LED-Lichtquellen, technische Systeme zur Luft-  und Wasserreinigung zu entwerfen, welche einen geringen Energieverbrauch und damit vielfältige Verwendungsmöglichkeiten haben. Erforscht wird die Anwendung dieser Systeme bei der Reinigung von Stallabluft, dem Abbau von Stickoxiden in der Stadtluft, der Aufbereitung von schadstoffbelastetem Grundwasser, als weitergehende Reinigungsstufe in Klärwerken zur Entfernung von Medikamentenrückständen und bei der Entfernung von Schadstoffen und der Desinfektion gegen Viren und Bakterien in der Innenraumluft. Die Innenraumluftreinigung konnte durch die ausgegründete Lynatox GmbH, Ohrdruf/Ilmenau, bereits erfolgreich kommerzialisiert werden. Die entwickelte Basistechnologie wird in weiteren Bereichen in die technische Anwendung gebracht werden.

Kontakt:
MFPA Weimar
Zentraler Forschungskoordinator
Dr. Lars Leidolph
03643 564-313
lars.leidolph@mfpa.de

Sekretariat
Sandra Fuhrmann
03643 564-309
sandra.fuhrmann@mfpa.de

Fachhochschule Erfurt
Hochschulkommunikation
Pressestelle
-derzeit nicht besetzt-
0361 6700-799
presse@fh-erfurt.de

(i.V.) Kristin Thieme
+49 361 6700-856
k.thieme@fh-erfurt.de

Forschung Beratung Service
Dr. Thomas Schwager
0361 6700 709
schwager@fh-erfurt.de

Bauhaus-Universität Weimar
Medienservice
Pressesprecherin
Claudia Weinreich
03643 58 11 73
presse@uni-weimar.de

Dezernat Forschung
Dezernentin
Dr. Kristina Schönherr
03643 58 25 31
kristina.schoenherr@uni-weimar.d

Angewandte Forschung

Stoff, aus dem die Zukunft ist: Intelligente Textilien aus Thüringen helfen, gesellschaftliche Herausforderungen zu meistern

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: Stoff, aus dem die Zukunft ist: Intelligente Textilien aus Thüringen helfen, gesellschaftliche Herausforderungen zu meistern
Institution: Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT), Weimarer Gesellschaft für Intelligente Textile Produkte (ITP GmbH)
Forscher: Dr. Jonathan Plentz (Sprecher), Dr. Gudrun Andrä, Dr. Gabriele Schmidl, Dr. Guobin Jia, IPHT und Dipl.Ing. Klaus Richter, ITP GmbH

Stoff, aus dem die Zukunft ist. Intelligente Textilien aus Thüringen helfen, gesellschaftliche Herausforderungen zu meistern. Das Handy laden oder auf dem Acker Lichtenergie ernten - ein Forschungsteam aus Thüringen arbeitet daran, dass die Stoffe der Zukunft mehr können als schützen und schmücken. Sie sollen helfen, gesellschaftliche Herausforderungen wie den Klimawandel zu meistern. Das Team um Jonathan Plentz vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena (Leibniz-IPHT) arbeitet gemeinsam mit Klaus Richter, dem Geschäftsführer der Weimarer Gesellschaft für Intelligente Textile Produkte (ITP GmbH) an einer Kombination von Dünnschichttechnologien mit textilen Geweben.

Die Forschenden greifen im Wesentlichen auf Materialien und Verfahren zurück, die sie für Dünnschicht- Solarzellen einsetzen, übertragen diese jedoch auf Gewebe und Textilien. Die Stoffe sollen dabei ihre bewährten Eigenschaften behalten – also leicht, verformbar und im Bedarfsfall waschbar sein und wenig kosten. Eine große Herausforderung hinsichtlich der zu

beschichtenden Oberflächen. Der Aufwand lohnt sich: Mit den in Thüringen entwickelten Solargeweben lassen sich etwa Smartphones direkt in der Jackentasche laden oder in großem Maßstab landwirtschaftliche Flächen überspannen, um dort Sonnenergie zu „ernten“. Andere Stoffe können ihre Trägerinnen und Träger oder Gegenstände aktiv kühlen – was in Zeiten der Erderwärmung ein großer Vorteil ist, aber auch in der Klinik eingesetzt werden kann. In der COVID-Pandemie benötigen manche Betroffene eine rasche und kontrollierte Absenkung der Körpertemperatur.

Die Vision des Forscherteams besteht darin, dass Stoffe in Zukunft nicht nur schick, sondern auch smart sind und damit einige gesellschaftliche Herausforderungen angegangen werden können. Gleichzeitig erhalten Thüringer Textilfirmen durch die Zusammenarbeit ein Alleinstellungsmerkmal.

Kontakt:
IPHT Jena
Öffentlichkeitsarbeit / Forschungsmarketing
Leiter Daniel Siegesmund
03641 · 206-024
daniel.siegesmund@leibniz-ipht.de

ITP GmbH
03643 777596
weimar@itp-gmbh.de
info@itp-gmbh.de

Angewandte Forschung

MaskCognizer – KI-basierte Maskenerkennung

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: MaskCognizer – KI-basierte Maskenerkennung
Institution: Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie (IDMT)
Forscher: Dr.-Ing. Alexander Loos, Dr.-Ing. Christian Weigel

Das Tragen von Mund-Nasen-Bedeckungen im öffentlichen Raum ist ein wichtiger Baustein zur Eindämmung der Covid-19 Pandemie. Mit dem KI-basierten MaskCognizer hat das Fraunhofer IDMT eine Lösung entwickelt, die automatisch erkennt und zurückmeldet, ob Mund-Nasen-Bedeckungen korrekt getragen werden. Die Überprüfung der Personen erfolgt dabei im Vorbeigehen. Bis zu zehn Personen können gleichzeitig und in Echtzeit detektiert werden. Das erleichtert die Überprüfung überall dort, wo viele Menschen möglichst schnell durch Einlasssysteme gelangen wollen, z. B. im Einzelhandel, in Bussen, in Restaurants und Arztpraxen. Der Schutz der Privatsphäre des Einzelnen hat dabei höchste Priorität. Es werden zu keinem Zeitpunkt personenbezogene Daten zur Weiterverarbeitung gespeichert oder gesendet.

Das Erkennungssystem basiert auf einer Fraunhofer-Technologie zur KI-basierten Gesichtsanalyse, die mit dem MaskCognizer nun dank eines innovativen Ansatzes zur Erstellung von Trainingsdaten und kreativer Engineering-Leistung erstmals als Softwarelösung zur Verfügung steht. Auf diese Weise ist die Technologie leicht integrierbar und lässt sich auch mit kostengünstiger Hardware umsetzen. Der erste Prototyp hat sich bereits erfolgreich in der Praxis bewährt. Unternehmen und öffentliche Einrichtungen werden somit unterstützt, die Einhaltung der behördlichen Auflagen und Empfehlungen zum Infektionsschutz mit nur geringem Zusatzaufwand an Personal und Kosten datenschutzkonform sicherzustellen.

Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
Public Relations und Marketing
Leiterin Julia Hallebach
03677 467-310
Mail über Kontaktformular

Referentin der Institutsleitung
Yvonne Harczos
03677 467-302
Mail über Kontaktformular

Angewandte Forschung

3Dsensation – Das Unsichtbare sichtbar machen

Kategorie: Angewandte Forschung
Thema: 3Dsensation –  Das Unsichtbare sichtbar machen
Institution: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
Forscher: Prof. Dr. Gunther Notni (Sprecher), Dr. Peter Kühmstedt, Dr. Stefan Heist, Dipl.-Phys. Martin Landmann, M.Sc. Henri Speck, M.Eng. Kevin Srokos, Ingo Gebhart

Forschern des Fraunhofer IOF ist es gelungen, eine neue Methode zur 3D-Formerfassung zu entwickeln, bei der das Objekt mit einem Infrarot-Laser beleuchtet und einer einzelnen schmalen Linie gescannt wird. Mit dieser IR-Musterprojektion können erstmals Objekte, die sich bislang nicht dreidimensional scannen ließen, vermessen werden – ganz gleich, ob sie aus transparentem Kunststoff oder Glas bestehen, glänzend metallisch sind oder tiefschwarze Oberflächen aufweisen.  Auch die Kombination verschiedener Werkstoffe ist möglich.  Aufgrund der Auflösung im Bereich weniger μm und der Scanzeit von kleiner eine Sekunde eignet sich die 3D-Infrarot-Sensorik zur Qualitätskontrolle in Produktionsprozessen, für Anwendungen in der Automatisierung und Robotik für pick&place Systeme. Der neue Ansatz besteht in einer Kombination aus Thermografie und Triangulation. Über eine speziell abgestimmte Scansequenz werden hochauflösende Messergebnisse erzielt, indem die Energie des Laserlichts vom Messobjekt absorbiert und zum Teil wieder emittiert wird. Zwei Wärmekameras zeichnen das emittierte Streifenmuster auf dem Messobjekt auf und liefern damit die Basis für die Errechnung der 3D-Punktwolke mittels einer Korrelationstechnik. Die für die 3D-Aufnahme eingebrachte thermische Energie ist so gering, dass das Objekt keinen Schaden nimmt.  Der Temperaturunterschied zwischen erwärmter und nicht erwärmter Fläche liegt gewöhnlich bei unter 1 °C, so dass sich das Verfahren auch für sensible Materialien eignet.

Kontakt:
Strategie / Marketing / Kommunikation
Leiter Dr. Robert Kammel
03641 807-394
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