Aufzeichnungen Wissenschaft online

Künstliche Intelligenz (KI) speist sich aus den Neurowissenschaften und der Hirnforschung, die unser Verständnis biologischer neuronaler Netzwerke vertiefen, sowie aus Elektrotechnik und Informationstechnik, mit einem Fokus auf neuartigen, energieeffizienten memristiven Bauelementen und Schaltungen als Grundlage künftiger neuromorpher Computer für die KI. Der Vortrag startet mit diesen Disziplinen und gibt einen kurzen Überblick über aktuelle KI-Anwendungen mit einem Blick auf zukünftige Entwicklungen – einschließlich ihrer Potenziale und Herausforderungen.

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Licht kann weit mehr, als nur Dinge sichtbar zu machen – es kann uns verraten, wie Materie im Innersten aufgebaut ist. Wenn Licht auf eine Oberfläche trifft, werden Elektronen herausgelöst, die uns Informationen über die Struktur und die elektronischen Eigenschaften der dort liegenden Moleküle liefern. Mit der Photoemissions-Orbitaltomographie (POT) lassen sich daraus sogar die Formen der Molekülorbitale rekonstruieren – gewissermaßen Porträts der Elektronenhüllen. So entsteht ein faszinierender Blick auf Moleküle im Rampenlicht.

Dr. Anja Meier (PGI-3) ist Exzellenzpreisträgerin.

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Im Jahr 1985 war die Wissenschaft sehr überrascht über die Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis, das niemand so vorausgesagt hatte. Innerhalb weniger Jahre wurde im Prinzip die wissenschaftliche Erklärung für die Bildung des Ozonlochs gefunden. Das Ozonloch wird durch die anthropogenen Emissionen von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen (FCKWs) verursacht. Sehr schnell wurde mit dem Montrealer Protokoll ein wirksamer internationaler Vertrag geschlossen, um die FCKW-Emissionen auf null herunterzufahren.

Durch das im Montrealer Protokoll beschlossene Verbot der FCKWs erwartet man eine Erholung so etwa um das Jahr 2060 und man sieht schon erste Anzeichen dieser Erholung. Die wesentlichen Aspekte der stratosphärischen Chemie scheinen verstanden und die Modelle können eigentlich recht gut das Ozonloch beschreiben, das sich jedes Jahr im antarktischen Frühling wieder bildet.

Jedoch wurde im Jahr 2012 in einer Doktorarbeit am FZJ festgestellt, dass sich die zeitliche Entwicklung von Chlorwasserstoff (HCl) über der Antarktis am Beginn des Winters deutlich von den Beobachtungen unterscheidet. Diese Diskrepanz ist in weiteren gängigen Atmosphären-Modellen auch vorhanden, aber die Ursache dafür war seitdem lange nicht klar.

In seinem Vortrag erläutert Dr. Jens-Uwe Grooß vom ICE-4 zunächst die wissenschaftlichen Grundlagen zur Bildung des Ozonlochs. Ferner zeigte er die Resultate der aktuellen Studie (Comm. Earth & Env., 6, 496, doi:10.1038/s43247-025-02499-4) vor. Hier wurde beleuchtet, welche chemischen Reaktionen in den Modellen fehlen könnten, um diese Diskrepanz zu korrigieren. Es wurde weiterhin gezeigt, welchen Einfluss diese zusätzlichen Reaktionen auf das Ozonloch hätten.

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Das Einstein-Teleskop, der europäische Gravitationswellendetektor der nächsten Generation, könnte im Dreiländereck gebaut werden. Es wird schwarze Löcher, kollidierende oder explodierende Sterne und vieles mehr über nahezu das gesamte Universum bis zurück in das dunkle Zeitalter beobachten. Prof. Dr. Achim Stahl zeigte in seinem Vortrag einige Beispiele dieser wissenschaftlichen Ziele und der damit verbundenen technologischen Herausforderungen.

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"Atome mit KI sehen"oder „Wie wir Computern beibringen, in Materialien hineinzuschauen“. Der Vortrag nimmt uns mit auf eine Reise in die unsichtbare Welt der Atome. Mit Hilfe leistungsstarker Elektronenmikroskope und künstlicher Intelligenz können wir heute Computern beibringen, Muster zu erkennen, die für das menschliche Auge zu klein sind. Dr.-Ing. Bashir Kazimi vom IAS-9, Institut für Materialdatenwissenschaften und Informatik, zeigt, wie KI Wissenschaftlern dabei hilft, die verborgenen Strukturen von Materialien aufzudecken. Er zeigt auch, warum dies für die Entwicklung der Technologien von morgen wichtig ist.

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Lebensmittelkolloide sind Teil unseres Alltags: Milch, Joghurt oder Käse. Verschiedene gesellschaftliche und ökologische Entwicklungen unterstreichen die Bedeutung einer stärkeren Integration nachhaltiger und pflanzlicher Lebensmittelkolloide in die menschliche Ernährung. In ihrem Vortrag erklärt Dr. Theresia Heiden-Hecht weshalb pflanzliche Lebensmittelkolloide eine wissenschaftliche Herausforderung darstellen und wie man dieser begegnen kann.

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Was wird präsentiert

Ein vielversprechender Wirkstoff gegen Alzheimer, der Hoffnung macht. Ein Quantencomputer, der auch Mittelständlern neue Türen öffnen kann. Und ein Dürre-Tool, das unseren Landwirten verrät, wo Trockenheit droht. Das alles wird am Forschungszentrum Jülich entwickelt. Und es zeigt: Forschung kann viel bewegen, wenn sie den Weg in die Anwendung findet.

Aber: Solche Erfolge könnten deutlich häufiger vorkommen. Woran hakt es und was können wir ändern?

Eine aktuelle Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) zeigt: Die Transfer- und Innovationsförderung auf Bundesebene ist vielfältig – doch es gibt weiteres Potenzial.

Im Termin stellt Dr. Ann-Katrin Beuel (I) einige Beispiele vor. Danach tragen Florian Knetsch und Dr. Natalie Mevissen (beide PtJ) die zentralen Ergebnisse der Studie vor und zeigen auf, wie Transfer noch besser gelingen könnte. Nach dieser kurzen Einführung steht die Diskussion praxisnaher Handlungsempfehlungen mit den Teilnehmern im Mittelpunkt.

Hinweis: Folie 7, von 23'00'' bis 24'00'': Bildrechte: © hanohiki – stock.adobe.com

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Was wird präsentiert:

Seit den 1950er Jahren wird an der kontrollierten Nutzung der Kernfusion zur Energiegewinnung geforscht. Trotz gewaltiger Fortschritte im physikalischen Verständnis und der erfolgreichen Entwicklung und Optimierung entsprechender Geräte, vor allem für den magnetischen Einschluss, gibt es immer noch kein energielieferndes Kraftwerk. Es lässt sich allerdings beobachten, dass in den letzten Jahren viele private Firmen entstanden sind, von denen einige, aufbauend auf dem vorhandenen Wissen, den Bau eines Fusionsreaktors im nächsten Jahrzehnt ankündigen. Bislang konnten diese Firmen Risiko-Kapital in Höhe von ca 10 Mrd. US$ einwerben. Der Vortrag wird die Grundlagen der Kernfusion erläutern und kurz die historische Entwicklung der Fusionsforschung darstellen, bevor dann eine Auswahl dieser Startups vorgestellt wird. Die Arbeiten des IFN-1 zur Materialforschung und -entwicklung werden kurz vorgestellt und in den Zusammenhang gestellt. Der Vortrag endet mit einigen Schlussfolgerungen und dem Versuch, einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen zu geben.

Hintergrund:

Das 'Institute of Fusion Energy and Nuclear Waste Management - Plasmaphysik' (IFN-1) führt ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm zur Plasma-Wand-Wechselwirkung und Materialforschung für Fusionsanlagen durch. Die wissenschaftlichen Aufgaben als auch die Projektarbeiten dienen dem Ziel, die Voraussetzungen für ein brennendes Fusionsplasma zu schaffen.

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Was wird präsentiert:

An der Schnittstelle zwischen Biologie und Elektronik erforschen Wissenschaftler neue Wege, um lebendes Gewebe mit weichen, flexiblen Geräten zu kombinieren. Die hybride Bioelektronik will Systeme entwickeln, die sich nicht nur nahtlos in den Körper integrieren, sondern auch dessen natürliche Funktionen erweitern. Ein Beispiel ist eine künstliche Haut, welche die Heilung unterstützt und ihren eigenen Zustand überwacht.

Fortschritte in der Material- und Elektronikentwicklung eröffnen Möglichkeiten für Geräte, die sich an den Körper anpassen und mit ihm „wachsen“, symbiotisch mit lebendem Gewebe interagieren und sogar kontinuierliches Feedback über ihren Zustand geben.

In ihrem Vortrag beleuchtet Dr. Dahiana Mojena Medina vom Institut für Bioelektronik IBI-3 die Herausforderungen dieser Technologie sowie die Chancen für Forschung, industrielle Tests und zukünftige klinische Anwendungen.

Der Vortrag ist Teil des YESP Programmes.

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Was wird präsentiert:

In seinem Vortrag stellt Dr. Sören Möller eine spannende Methode zur Materialuntersuchung vor: die MeV Ion Beam Analysis – auf Deutsch etwa „Materialanalyse mit hochenergetischen Ionenstrahlen“.

Dabei werden winzige Teilchen (Ionen), die auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wurden, auf ein Material geschossen. Beim Auftreffen geben diese Ionen Informationen darüber preis, aus welchen chemischen Elementen das Material besteht und wie es im Inneren aufgebaut ist. Man kann damit also sozusagen in das Material „hineinschauen“, ohne es zu beschädigen.

Hintergrund:

Diese Technik wird im Forschungszentrum Jülich schon seit einigen Jahren eingesetzt. Neuere technische Verbesserungen machen sie heute noch leistungsfähiger: Man kann Materialien präziser analysieren und sogar detailreiche Bilder davon erzeugen.

In seinem Vortrag zeigt Dr. Sören Möller, wie die physikalischen Grundlagen dieser Methode funktionieren und wie sie in der Praxis angewendet wird. Dazu erläutert er Beispiele aus verschiedenen Forschungsbereichen – von Batterieforschung bis hin zur Plasmaphysik, also der Erforschung extrem heißer Gase, wie sie z.  B. in der Kernfusion vorkommen.

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Was wird präsentiert:

In seinem Vortrag stellt Jan Uecker neue Erkenntnisse zur direkten Nutzung von Meerwasser und Abwasser in Hochtemperatur-Elektrolysezellen (SOECs) vor – einer Technologie zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Meerwasser klingt auf den ersten Blick wie die perfekte Ressource: unbegrenzt verfügbar und kein Verbrauch von kostbarem Süßwasser. Zudem bietet sich eine Nutzung von Abwässern aus der Industrie an auch hinsichtlich neuartiger closed-loop Konzepte. Doch beim genaueren Hinsehen zeigen sich Herausforderungen: Salze und andere Verunreinigungen im Wasser können zu Problemen führen und könnten den Alterungsprozess beschleunigen.

Hintergrund:

Hochtemperatur-Elektrolysezellen gelten als Schlüsseltechnologie für die effiziente Wasserstoffproduktion und sind seit vielen Jahren ein Forschungsschwerpunkt am FZJ. Besonders spannend ist die Frage, ob sich auch Meer- und Abwässer direkt nutzen lassen. Da die Zellen mit Wasserdampf betrieben werden, erreichen Salze und Verunreinigungen direkt die aktiven Zentren – mit Chancen, aber auch Risiken für die Stabilität. Im Vortrag werden neueste Forschungsergebnisse vorgestellt, die diese Effekte beleuchten, sowie technische Konzepte, mit denen sich die Herausforderungen meistern lassen.

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die Nutzung von pflanzlichen Rohstoffen wie z.B. Holz oder Fasern spielt eine wichtige Rolle für eine nachhaltige Wirtschaft. Allerdings unterscheiden sich Pflanzen je nach Art und Anbau stark, was ihre Verarbeitung schwierig macht. Deshalb braucht es genaues Wissen darüber, wie die Struktur des pflanzlichen Rohstoffs mit den Verarbeitungsverfahren zusammenhängt und es braucht ggf. neue (alternative) Pflanzen und robuste Verfahren, um pflanzliche Rohstoffe in nachhaltige Produkte umzuwandeln.

Anhand verschiedener Beispiele zeigt Dr. Holger Klose, wie alternative Pflanzen Konventionelle als Rohstoffe für Materialien wie Zellstoff ersetzen können und wie neue chemische und biologische Verfahren solche Rohstoffe zu Produkten wie Textilien und Papier umwandeln können.

Am Institut für Pflanzenwissenschaften IBG-2 werden Biomasseproduktionssysteme in enger Zusammenarbeit mit der Biomassekonversion und nachgelagerten Prozessen in Bioraffinerien entwickelt. Neben der Optimierung von Qualität und Ausbeute der pflanzlichen Biomasse wird versuchet, Konkurrenzen um Land und Ressourcen sowie die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Die gezielte Entwicklung innovativer, auf Biomasse basierender Produkte schafft, neue Möglichkeiten für neuartige Wertschöpfungsnetzwerke für eine nachhaltige Bioökonomie. Während alternative Biomassepflanzen in den letzten Jahrzehnten hauptsächlich für Bioenergiezwecke angebaut wurden, konzentriert das IBG-2 sich auf die Entwicklung neuartiger, wertschöpfender Produkte in Kombination mit gezielten Kreislaufprozessen in systemischen Ansätzen, die Produktion, Umwandlung und Recycling umfassen.

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Die Neurowissenschaften haben sich in den letzten Jahren vermehrt für Emotionen und soziale Kognitionen interessiert und versuchen dabei immer mehr „echte“ Interaktionen abzubilden, zum Beispiel Kooperatives Arbeiten, Wettkampsituationen oder Konflikte. Hier ist nicht mehr nur allein die Hirnfunktion einer einzelnen Person wichtig, vielmehr müssen Möglichkeiten gefunden werden zu lernen, wie Personen aufeinander reagieren- und welche Rolle die Hirn-zu-Hirn Kommunikation dabei spielt. Eine moderne und technisch herausfordernde Methode, die dazu eingesetzt werden kann, ist das „fMRT Hyperscanning“.

Durch die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) können Veränderungen in der Gehirnaktivität sichtbar gemacht werden. Hyperscanning bedeutet dabei, dass nicht nur die Reaktionen des Gehirns einer Person erfasst werden, sondern gleichzeitig auch die Reaktionen des Gehirns eines Interaktionspartners. Es findet also eine simultane fMRT Messung statt, während zwei Personen zum Beispiel in einer Computeraufgabe, interagieren. So können hirnfunktionelle Muster, die aus den Antworten beider Gehirne zusammen entstehen genutzt werden, um die Interaktion und ihren Verlauf zu charakterisieren.

Jun.-Prof. Wagels zeigt am Beispiel einer Studie zur Sozialen Interaktion bei Geschwistern, wie sich interaktive Verläufe und hirnfunktionelle Muster in Kooperations-, Konflikt- und Wettbewerbssituationen verändern, sowie welchen Einfluss Merkmale der Geschwisterbeziehung darauf haben können.

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Technologische Entwicklungen treiben die neurologische Forschung in rasantem Tempo voran. Im Rahmen ihres Vortrags gibt Dr. Alexandra Chatzikalymniou vom Institut IAS-6 (Theoretical Neuroscience) des Forschungszentrums Jülich einen faszinierenden Einblick in die neuesten experimentellen Techniken, die heute in der Hirnforschung zum Einsatz kommen.

Dabei zeigt sie, wie diese innovativen Methoden unser Verständnis der Gehirnfunktionen – sowohl im gesunden als auch im erkrankten Zustand – grundlegend verändern. Zudem diskutiert sie, welche neuen Perspektiven sich daraus für die Wissenschaft und medizinische Anwendung eröffnen.

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Was wird präsentiert

Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus ganz Europa arbeiten Wissenschaftler am IBG-1 und IMET daran, Mikroorganismen als Helfer im Kampf gegen menschengemachte Umweltverschmutzungen zu gewinnen. Häufig muss man dafür nicht einmal an exotischen Plätzen suchen.

In seinem Vortrag stellt Stephan Thies vom IBG-1 mikroskopische Helfer vor, die auf Borkum und in Würselen gefunden wurden. Er teilt neueste Einblicke in den Werkzeugkasten von Bakterien, die Ölteppiche bekämpfen oder Polyesterverbindungen fressen, und stellt Strategien vor, Bodenbakterien Appetit auf Plastikbausteine zu machen.

Hintergrund

Unter den unzähligen Bakterienarten, die sich auf der Welt entwickelt haben, gibt es viele Spezialisten, die bestimmte giftige Chemikalien mit Hilfe eigener Enzymkaskaden unschädlich machen können oder sich sogar davon ernähren können. Die schnelle Zellteilung, zu der viele Bakterienarten fähig sind, erlaubt dabei eine vergleichsweise schnelle Evolution zur Anpassung an bislang unbekannte nicht in der Natur vorkommende Nahrungquellen. Beide Eigenschaften können uns helfen, neue Wege im Umgang mit Umweltverschmutzungen zu finden.

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Was wird präsentiert:

Die Helmholtz Nano Facility HNF ist die Werkbank des Forschungszentrums Jülich für die Herstellung von Mikro- und Nano-Strukturen. In diesem Vortrag beantwortet Markus Kaiser, Leiter der HNF, folgende Fragen: Wie werden diese kleinen Strukturen hergestellt? Wofür werden diese kleinen Strukturen benötigt? Und: Wo können Erfahrungen aus der Halbleiterindustrie zielführend eingesetzt werden?

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Was wird präsentiert

Tausende organische Gase – „Duftstoffe“ - gelangen sowohl durch menschliche Aktivitäten als auch durch natürliche Quellen in die Atmosphäre. Dort lösen sie komplexe chemische Reaktionen aus, die sowohl die Luftqualität als auch das Klima maßgeblich beeinflussen. Mit dem Übergang zu saubereren Energiequellen und der Reaktion von Ökosystemen auf zunehmenden Klimastress verändern sich diese Emissionen. Eva Pfannerstill beleuchtet, wie wir unsere komplexe Messtechnik auf fliegenden Plattformen – Flugzeug oder Zeppelin - als wirkungsvolles Instrument zur Erfassung dieser Emissionen nutzen, von Städten bis hin zu gestressten Waldgebieten.

Hintergrund

Seit 1. Oktober 2024 baut sich Eva Pfannerstill ihre Helmholtz-Nachwuchsgruppe am Institute of Climate and Energy Systems (ICE-3) auf. Seit März 2025 hat sie zudem eine Juniorprofessur an der Uni Köln inne.

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Die Welt um uns herum ist zusammengesetzt aus den winzigen Bausteinen der Natur, aus Atomen und Molekülen - vergleichbar mit den verschiedenen Spielsteinen in einem Lego-Modell. Doch anders als Legosteine lassen sich Atome und Moleküle nicht so einfach anfassen und bewegen, geschweige denn betrachten. In seinem Vortrag zeigt Dr. Taner Esat (PGI-3), wie man mit einem speziellen Mikroskop in die Welt der Atome eintauchen kann. Damit lassen sich Atome und Moleküle nicht nur abbilden, sondern auch wie Legosteine zu neuen Strukturen und „Geräten“ zusammensetzen.

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Was wird präsentiert

Die Lipidomik untersucht, wie Fettmoleküle, sogenannte Lipide, im Körper wirken und welche Rolle sie bei Gesundheit und Krankheit spielen. Im Kern geht es dabei darum, die Strukturen, Funktionen und Interaktionen dieser Moleküle in den Körperzellen zu analysieren und ihre Bedeutung für den gesamten Organismus zu verstehen. Um krankhafte Abweichungen von der Norm feststellen zu können, ist es wichtig, die oberen und unteren Konzentrationsgrenzen zu kennen. Zu diesem Zweck wurde unter der Schirmherrschaft der International Lipidomics Society (ILS) ein weltweiter Ringversuch ins Leben gerufen. In der ersten Phase ging es zunächst darum, einheitliche Messmethoden zu entwickeln, die in Laboren international mit sogenannten "Massenspektrometern" genutzt werden können. Die hier untersuchten Lipide, sogenannte "Ceramide", werden teilweise bereits im „Coronary Event Risk Test“ (CERT1) zur Risikoeinschätzung für koronare Herzerkrankungen, schwere Herzinfarkte, Herzinsuffizienz und Schlaganfälle verwendet. Im Rahmen des Vortrags gehen wir auch auf Herausforderungen der internationalen Studienplanung, der Harmonisierung des Datenaustausches sowie der verblindeten Datenintegration, -auswertung und -visualisierung ein und geben einen Ausblick auf zukünftige Anwendungen, sowie weitere Ringversuche.

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Was wird präsentiert:

Wie bewegen sich Lithium und Wasserstoff in Batterien und Brennstoffzellen? Das sind zwei von unzähligen Fragen im Bereich der Energiematerialien, welche Neutronen dringend benötigen, um Antworten zu finden. Prof. Zobel gibt einen Einstieg und Überblick spannender Forschungsfragen mit Neutronen im Bereich der Energiematerialien und zeigt auf, wo derartige Forschung in Europa überhaupt noch möglich ist. Vom Chemieingenieur zum Neutronenforscher – ein Plädoyer warum moderne Materialforschung Großforschung und neue Neutronenquellen benötigt.

Was wird präsentiert:

Seit 1. Januar 2024 baut Mirijam Zobel als Direktorin den Institutsbereich Neutron Analytics for Energy Research (JCNS-3) am Jülich Centre for Neutron Science auf. Sie hat zugleich einen Lehrstuhl für Kristallographie an der RWTH Aachen inne.

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Wir denken oft, unser Sonnensystem endet mit Neptun, aber tausende sub-planetare Körpern umkreisen die Sonne in den kalten äußeren Bereichen unseres Sonnensystems. Diese transneptunischen Objekte (TNOs) geben wesentliche Hinweise zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems. Anders als die Planeten umkreisen diese TNOs die Sonne meist auf geneigten, exzentrischen Bahnen. Wir werden sehen, dass der Vorbeiflug eines anderen Sterns kurz nach der Entstehung des Sonnensystems die Dynamik der TNOs quantitativ erklären kann.

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Hirntumore sind selten und weisen in der Regel ein schnelles Wachstum auf, weshalb eine rasche und präzise Diagnose unmittelbare Konsequenzen für die Therapieplanung und den Krankheitsverlauf hat. Doch welche modernen Verfahren zur Diagnose von Hirntumoren stehen zur Verfügung und inwiefern leisten Methoden aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI) bereits jetzt einen Beitrag zur Verbesserung der Diagnose und wie könnte sich dies in Zukunft entwickeln? Diese und weitere Fragen rund um das Thema KI in der Hirntumordiagnostik werden im Rahmen des Vortrags adressiert und diskutiert.

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Was wird präsentiert

Aufforstung gilt als Mittel zur CO₂-Speicherung und damit gegen die Erderhitzung. Doch einige Studien kritisieren: Die geringere Albedo von Wald kann zur Absorption von mehr Sonnenenergie und damit einer physikalischen Erwärmung führen, die einen Teil des CO₂-Effekts wieder aufzehrt oder in Extremfällen die erhoffte Kühlwirkung ganz ins Gegenteil verkehrt. Anhand einer Studie unter Federführung des Forschungszentrums mit Daten von 176 Messtationen weltweit gehen wir nun ganz allgemein der Frage nach: Sind Ökosysteme mit guten CO₂-Speichereigenschaften generell dunkler und wenn ja, ist dies ein Grund, auf sie zu verzichten?

Hintergrund

Die Landbiomasse der Erde absorbiert etwa 31 % unserer CO₂-Emissionen, doch gleichzeitig wird Landnutzungswandel (z.B. Entwaldung) für etwa 12 % zusätzliche Emissionen verantwortlich gemacht. Unsere Landnutzung hat also einen erheblichen Einfluss auf den Klimawandel, der positiv oder negativ sein kann und noch wichtiger wird, wenn es uns gelingt, die technischen Treibhausgasmissionen weltweit zu senken. Doch nicht nur die CO₂-Aufnahme variiert je nach Pflanzenart und Bewirtschaftung: Die Albedo bezeichnet das Reflexionsvermögen einer Oberfläche für Sonnenlicht. Bei Fichtenwald beträgt sie etwa 7 %, bei Wiesen um 20 % und bei schneebedeckter kurzer Vegetation bis über 90 %. Je mehr Sonnenlicht zurück ins Weltall reflektiert wird, desto weniger absorbierte Sonnenenergie kann zur Erderwärmung beitragen.

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Was wird präsentiert?

Die Forschungsgruppe Biomarker Entwicklung am Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-7) des Forschungszentrums Jülich widmet sich der Identifizierung, Validierung und Integration neuartiger Neurobildgebungs- und digitaler Biomarker. Diese Biomarker sollen zur individuellen Früherkennung und Therapieüberwachung bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen eingesetzt werden. In seinem Vortrag zeigt Prof. Dr. Jürgen Dukart anhand von Beispielen, wie die multimodale Neurobildgebung und sensorgestützten Technologien zu einem besseren Verständnis verschiedener Störungsbilder der Kindesentwicklung und des Alterns beitragen können.

Hintergrund:

Prof. Dr. Jürgen Dukart leitet die Forschungsgruppe Biomarker Entwicklung am Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-7) des Forschungszentrums Jülich. Durch die Kombination moderner Bildgebungstechniken mit maschinellem Lernen trägt seine Arbeit dazu bei, neue Ansätze zur Diagnose und Therapieüberwachung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen zu entwickeln.

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Was wird präsentiert:

Die Beginne der organischen Photovoltaik (OPV) liegen 25 Jahre zurück und es gab schon Höhen und Tiefen. Wir betreiben die „Solarfabrik der Zukunft“ am Standort Nürnberg und können mit der uns zur Verfügung stehenden Infrastruktur durch Know How und geschickte Prozessentwicklungen helfen den Unterschied zwischen Labor- und Moduleffizienzen zu minimieren. In seinem Vortrag umreißt Michael Wagner vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IET-2) die Grundlagen der OPV. Neben einer kurzen Geschichte der Technologie beleuchtet er den aktuellen Stand der Wissenschaft sowie die Herausforderungen und zeigt Anwendungsbeispiele. Außerdem wird eine kurze virtuelle Laborführung stattfinden.

Hintergrund:

Das HI ERN erforscht und entwickelt material- und prozessbasierte Lösungen für eine klimaneutrale, nachhaltige und kostengünstige Nutzbarmachung erneuerbarer Energien. Das Institut beschäftigt sich mit der strukturellen und funktionellen Charakterisierung, Modellierung und Herstellung von Materialien, die für die Wasserstoff- und Solartechnik relevant sind. Das gemeinsame Ziel ist das Verständnis der Struktur-Performance-Prozessbeziehung auf der Mesoskala.

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Was wird präsentiert:

Das Jülich Centre for Neutron Science JCNS baut und betreibt Instrumente für Neutronenforschung an mehreren Weltklasse-Neutronenquellen in Europa und weltweit und nutzt sie auch für seine eigene Wissenschaft. Da immer mehr Forschungsreaktoren aus Altersgründen außer Betrieb gehen, steigt der Bedarf für moderne, zeitgemäße und kosteneffektive Neutronenquellen, die dauerhaft die Versorgung der Wissenschaftsgemeinschaft mit Neutronenstrahlen für ihre Forschung leisten. Die Projektgruppe HBS im JCNS hat ein technisches Design für eine leistungsfähige beschleunigerbetriebene Neutronenquelle entwickelt. Gemeinsam mit dem IKP-4 haben wir in Jülich einen Demonstrator aufgebaut, der nachweist, dass die Technologie so leistungsfähig ist, wie vorhergesagt.

In diesem Vortrag stellt Dr. Ulrich Rücker (JCNS-HBS) vor, wofür Neutronen in der Forschung nützlich sind, wie sie bei der HBS "hergestellt" werden und welche wegweisenden Technologien eine solche Neutronenquelle möglich machen. Sie sind darüber hinaus herzlich eingeladen, bei der Mitarbeiterführung am 2. April 2024 zum HBS-Demonstrator sich selbst ein Bild von einer modernen Neutronenforschungsmaschine zu machen.

Hintergrund:

Dr. Ulrich Rücker hat im IFF-Streumethoden und später im JCNS-2 als Instrumentwissenschaftler Neutronen- und Röntgenstreuinstrumente zur Untersuchung dünner magnetischer Schichten gebaut und betrieben. Seit der Gründung des HBS-Projekts 2013 arbeitet er mit an der Entwicklung der modernen Neutronenquelle mit den Schwerpunkten Neutronenmoderatoren und Instrumentierung.

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Krebszellen entstehen aus gesundem Gewebe und sind daher für das menschliche Immunsystem nur schwer zu erkennen. Sie „verstecken“ sich vor möglichen Abwehrmechanismen, da sie als körpereigen angesehen werden. Dies bedeutet auch für die Therapie, dass eine zielgerichtete Behandlung in vielen Fällen nur sehr schwer möglich ist. Hierdurch muss auf Ansätze wie die Chemotherapie oder Bestrahlung zurückgegriffen werden, die zwar meist wirken, aber aufgrund ihrer massiven Nebenwirkungen in ihrer Erfolgsrate limitiert sind.

Erste vielversprechende Ansätze machen nun für bestimmte Krebsarten spezifische Oberflächenmarker für Therapien nutzbar. Sind solche Oberflächenmarker vorhanden, können auch RNA-basierte Impfstoffe genutzt werden, die durch die Coronapandemie eine breite Beachtung erhalten haben. Unglücklicherweise fehlen jedoch für sehr viele Krebsarten diese spezifischen Oberflächenmarker, was die Nutzungsmöglichkeiten der neuen Behandlungsansätze deutlich einschränkt. Die Idee ist daher seit langem, RNA-Moleküle nicht nur im Rahmen von Impfungen, sondern auch direkt als Therapeutikum gegen den Krebs einzusetzen. Während jedoch die immerwährende Aktivität von RNA-Molekülen nach Übertragung in beliebige Zellen für Impfstoffe einen großen Vorteil darstellt, ist genau diese Aktivität für den direkten Angriff von Krebszellen im Rahmen einer therapeutischen Anwendung ein bisher kaum gelöstes Problem. Wer möchte schon, dass ein RNA-kodiertes Protein, welches erkrankte Zellen abtötet, auch in jeder gesunden Zelle aktiv ist? Die Nebenwirkungen wären massiv und unvorhersehbar.

Genau diese Problematik hat das Institut für Biologische Informationssysteme (IBI-2) in enger Zusammenarbeit mit der Industrie in ersten Schritten gelöst, indem ein vollkommen neuartiger Weg eingeschlagen wird. Im Rahmen dieses Ansatzes wurden therapeutisch aktive RNA Moleküle entwickelt, die nur in Krebszellen aktiv sind, während sie in gesunden Geweben inaktiv bleiben. Der Funktionsmechanismus, sowie mögliche Einsatzgebiete werden im Rahmen des Vortrags beschrieben.

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Was wird präsentiert:

Das INM-1 entwickelt detaillierte anatomische Modelle des Gehirns sowie dreidimensionale Karten, die Forschende dabei unterstützen, die räumliche Organisation des Gehirns besser zu verstehen. Dabei kommt Künstliche Intelligenz (KI) zum Einsatz, um zehntausende hochaufgelöste Mikroskopaufnahmen von Hirnschnitten zu analysieren, die über viele Jahre hinweg am INM-1 digitalisiert wurden. Diese Bilder liefern faszinierende Einblicke in die komplexe Struktur von Nervenzellen und deren Verbindungen. Im Vortrag von Dr. Christian Schiffer werden die wissenschaftlichen, methodischen und technischen Herausforderungen dieses Projekts beleuchtet und aktuelle und zukünftige Entwicklungen von KI-Methoden zur Untersuchung der strukturellen Organisation des Gehirns vorgestellt.

Hintergrund:

Dr. Christian Schiffer leitet das Team "Large-scale AI for Brain Mapping" am INM-1 sowie die gleichnamige Nachwuchsgruppe des Helmholtz AI Netzwerks der Helmholtz-Gemeinschaft. Seine Arbeit liegt an der Schnittstelle von Künstlicher Intelligenz, Supercomputing und Neurowissenschaften. Dabei konzentriert er sich auf die Entwicklung innovativer KI-Methoden zur Analyse der strukturellen Organisation des Gehirns anhand großer mikroskopischer Bilddatensätze und deren effiziente Implementierung auf Supercomputing-Systemen

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Die vorgestellte Masterarbeit untersucht, wie das Framing von Nachrichten die Einstellungen der Bevölkerung zu den CDR-Methoden (Wieder-)Aufforstung und DACCS beeinflusst. Die vorläufigen Ergebnisse eines Online-Experiments mit 1.785 Teilnehmenden zeigen, dass (Wieder-)Aufforstung mehr Akzeptanz genießt als DACCS, es jedoch keinen signifikanten Einfluss der Frames Moral Hazard, Technological Fix und Climate Emergency auf Einstellungen und Handlungsintentionen gibt. Stattdessen beeinflussen Faktoren wie Wissen über CDR, Vertrauen in Institutionen, politische Einstellungen und Technologie-Optimismus die Wahrnehmung von CDR.

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Was wird präsentiert?

Das IFN-1 Plasmaphysik beschäftigt sich vor allem mit der Plasma-Wand Interaktion in Fusionsmaschinen mit dem Ziel, einen sicheren und lang andauernden Betrieb zu gewährleisten. Kein leichtes Unterfangen, denn es herrschen unvorstellbare Temperaturen von -269 Grad Celsius in den Feldspulen bis zu 100.000.000 Grad Celsius im wenige Meter entfernten Plasma-Zentrum. Die erste Wand eines Reaktors dient nicht nur als Schutzschild, sondern ist als Interaktionszone auch essenziell für die Stromproduktion und dem Recyclen von Brennstoff. Welche Herausforderungen sich an die Wandmaterialien stellen und ob Fusion wie oft gesagt noch „30 Jahre in der Zukunft liegt“ wird in diesem Vortrag von Christoph Kawan präsentiert.

Hintergrund:

Kernfusion ist eine bislang ungenutzte, jedoch höchst effiziente und sichere Methode zur Stromproduktion als umweltfreundliche Alternative zu Kohlekraftwerken im Gigawatt Bereich. Im Gegensatz zur Kernspaltung werden sehr leichte Atomkerne (Wasserstoff-Isotope) verschmolzen, wobei enorme Mengen an Energie freigesetzt werden, ohne langlebige radioaktive Materialien zu erzeugen. Dazu bedarf es jedoch einerseits eines besonders komplexen magnetischen Einschlusses des 100.000.000 Grad Celsius heißen Plasmas, andererseits auch besonderer Wandelemente und Kontrollen, um die entstehende Energie kontrolliert abzuführen. Christoph Kawan ist Doktorand am IFN-1 und forscht an laser-basierten Methoden zur Quantifizierung von eingelagertem Brennstoff in der Reaktorwand, um eine hohe Leistung und Strahlenschutz eines zukünftigen Fusionsreaktors zu garantieren.

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Was wird präsentiert: Die Neutronenquelle ESS im schwedischen Lund ist eines der Großprojekte der europäischen Forschung. Sie soll Neutronenstrahlung für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik liefern. Das Jülicher Institut für Engineering und Technologie ist wesentlich am Bau beteiligt. Dr. Yannick Beßler erklärt Aufbau und Funktionsweise der beschleunigerbasierten Spallations-Neutronenquelle und gibt einen Überblick zum Projekt.

Hintergrund: ESS steht für European Spallation Source. In Deutschland sind über tausend Nutzer für ihre Forschung auf Neutronen angewiesen. Denn mit Neutronen lassen sich Materialeigenschaften erkunden, die mit anderen Methoden nicht zugänglich wären, etwa in der Medizin, Umweltforschung, Energieversorgung oder Werkstoffprüfung. Die ESS hat daher eine große Bedeutung für die Grundlagenforschung in Deutschland und Europa.

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Was wird präsentiert:

Der Vortrag "Von der Spinne zum Atomkrieg: Woher kommt die Angst?" von Prof. Dr. Simon Eickhoff beleuchtet, wie unser Gehirn Bedrohungen wahrnimmt und verarbeitet – von alltäglichen Ängsten bis zu existenziellen Gefahren. Er zeigt, wie dabei emotionale Reflexe und komplexe Denkprozesse zusammenspielen, und wie unser sogenanntes Default Mode Network (DMN) Projektionen über mögliche Zukunftsszenarien erzeugt. Dabei wird erläutert, wie top-down- und bottom-up-Mechanismen unsere Reaktionen beeinflussen und warum wir manche Gefahren intuitiv stärker fürchten als andere.

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Was wird präsentiert:

Proteine sind die molekularen Bausteine des Lebens - doch aus einer Sequenz direkt die 3d Struktur vorhersagen zu können, war eine lange ungelöste Herausforderung. Demis Hassabis und John Jumper haben diese Herausforderung mit dem KI-Modell AlphaFold2 2020 gelöst und dafür schon vier Jahre später den Chemienobelpreis verliehen bekommen. Alexander Schug erklärt die gewaltigen Fortschritte in der biomolekularen Stukturvorhersage in den letzten 15 Jahren und wie diese zur Entwicklung von AlphaFold2 geführt haben.

Hintergrund:

Die enge Verknüpfung von Struktur und Funktion macht die Kenntnis der biomolekularen Struktur zu einer sine qua non für ein tiefgehendes Verständnis biologischer Funktionen. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler im Labor enorme Mengen an 3D-Strukturinformationen biomolekularer Systeme gesammelt und in umfangreichen, frei zugänglichen Datenbanken verfügbar gemacht. KI-basierte Modelle wie AlphaFold2 nutzen diesen reichen Datenschatz, um direkt aus der Sequenz präzise 3D-Vorhersagen zu generieren. Es wird erwartet, dass die Modelle weitreichende Auswirkungen über die Grundlagenforschung etwa in der Biotechnologie oder der Medizin haben werden.

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Das Ohr von Säugetieren hat die besondere Fähigkeit entwickelt, Töne verschiedener Frequenzen (oder Tonhöhen) zu unterscheiden. Die Fähigkeit zu dieser feinen Unterscheidung ist einem muschelförmigen Organ namens Cochlea zu verdanken, das die Schallwellen vom Außenohr zu hoch spezialisierten Zellen im Innenohr (inneren Haarzellen) leitet, die, wenn sie aktiviert werden, ein Signal an das Gehirn senden, dass ein bestimmter Ton erkannt wurde. Solche Signale werden von einer benachbarten Gruppe spezialisierter „äußerer“ Haarzellen verstärkt - bemerkenswerterweise wird der Prozess der Verstärkung durch ein einziges membrangebundenes Protein, Prestin, gesteuert. Unsere Forschung nutzt Computersimulationen der Proteindynamik, um die zentralen molekularen Bewegungen zu entschlüsseln, die dem Mechanismus der Tonverstärkung zugrunde liegen.

Der Vortrag fand auf englischer Sprache statt.

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Im Rahmen des Forschungsprojektes CroMa-PRO haben sich Fachplaner:innen und Simulationsexpert:innen zusammengeschlossen, um eine simulationsgestützte Szenarien-Maßnahmen-Planung für An- und Abreiseprozesse bei Großveranstaltungen zu erproben. Dr. Jette Schumann hat die Spieltage der UEFA EURO 2024 in Düsseldorf wissenschaftlich begleitet und erläutert, wie Verkehrs- und Personenstromsimulationen zur Planung dieser Veranstaltung eingesetzt wurden.

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Der PtJ unterstützt im Rahmen des Auftrages „Meeres-, Küsten- und Polarforschung“ das BMBF auch bei der Beschaffung der für die Meeresforschung notwendigen Infrastruktur. Aktuell befindet sich die Meteor IV als Ersatz für die Forschungsschiffe Meteor und Poseidon im Bau. MGS gibt Einblicke in die wissenschaftlichen Fähigkeiten der neuen Meteor.

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Was wird präsentiert:

Die Elektrokatalyse beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel von katalytischen Vorgängen und elektrischer Energie. Aus diesem faszinierenden Feld sind interessante Zukunftstechnologien, wie die Brennstoffzelle oder die Wasserelektrolyse hervorgegangen. In diesem Vortrag werden zunächst die Grundlagen der Elektrokatalyse erläutert und dann sukzessive die großen derzeitigen und zukünftigen Anwendungen sowie deren Bedeutung für die Energiewende diskutiert.

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Was wird präsentiert:

Das Datentracking durch Webseiten und Smartphone-Apps ist ein bekanntes Phänomen. Vielen ist nicht bewusst, dass auch Wissenschaftsverlage Datentracking in immer größerem Umfang einsetzen und zum Teil regelrechte Personenprofile anlegen. Dr. Bernhard Mittermaier, Leiter der Zentralbibliothek, beleuchtet die Hintergründe und Methoden des „Wissenschaftstracking“, berichtet von den Versuchen zur Eindämmung in den DEAL-Verhandlungen und gibt praktische Tipps für ein datensparsames Verhalten.

Präsentation zum Vortrag via JuSER (FZJ-Zugangsdaten)

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Was wird präsentiert:

Neuroelektronische Schnittstellen, insbesondere invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen (iBCI), entwickeln sich rasant. Diese bahnbrechenden Technologien ermöglichen einen noch nie dagewesenen Einblick in die komplexen Netzwerke des Gehirns und bergen ein enormes Potenzial für die Wiederherstellung verloren gegangener neuronaler Funktionen. Aktuell werden eine neue Generation flexibler, gewebekompatibler iBCIs entwickelt, die nahtlos mit verschiedenen neuronalen Strukturen interagieren können. Die iBCIs, die sich derzeit in strengen präklinischen Tests befinden, ebnen den Weg für verschiedene neuronale Anwendungen, wie z. B. Hightech-Akupunktur zur Schmerzbehandlung und fortschrittliche Sehprothesen zur Wiederherstellung des Sehvermögens.

Der Vortrag fand in englischer Sprache statt.

Hintergrund:

Vivian Rincón Montes (IBI-3) ist eine von fünf Nachwuchsforschenden des Young Excellent Scientist Programs (YESP). Als Teil dieses Programms können die ausgewählten Postdocs ihre Forschung in dem Format Wissenschaft online + präsentieren.

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Was wird präsentiert:

In nahezu allen Materialien, die uns im Alltag umgeben, existieren Grenzflächen - Übergänge, an denen unterschiedliche oder auch gleiche Materialien aufeinandertreffen. Ein tiefgehendes Verständnis dieser Grenzbereiche ist entscheidend, um das Verhalten von Materialien zu erklären und gezielt zu beeinflussen. In seinem Vortrag zeigt Nicolas Peter, welche Arten von Grenzflächen existieren und wie wir diese mithilfe modernster Elektronenmikroskopie bis hin zur Position einzelner Atome sichtbar machen können. Solche hochpräzisen 'Grenzkontrollen' auf atomarer Ebene ermöglichen es, die Eigenschaften von Materialien besser zu verstehen und innovative Lösungen für technologische Herausforderungen zu entwickeln. Die Untersuchung dieser winzigen, aber entscheidenden Strukturen ist nicht nur für die Wissenschaft von Bedeutung, sondern prägt auch unseren Alltag - von leistungsfähigeren Elektronikgeräten bis hin zu neuen Konstruktionswerkstoffen und Materialien in der Energietechnik.

Hintergrund:

Nicolas Peter (IMD-1) ist einer von fünf Nachwuchsforschenden des Young Excellent Scientist Programs (YESP). Als Teil dieses Programms können die ausgewählten Postdocs ihre Forschung in dem Format Wissenschaft online + präsentieren.

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Was wird präsentiert:

Frank Rinkens, IT- und Informations-Sicherheitsbeauftragter des FZJ, beleuchtet die aktuellen Herausforderungen, Trends und bewährte Praktiken im Bereich der Cyber-Sicherheit, insbesondere im Kontext der wissenschaftlichen Forschung. Dazu zählen die Aspekte:

• Bedrohungen und Risiken im digitalen Zeitalter
• Compliance-Anforderungen und rechtliche Rahmenbedingungen
• Schutz von Forschungsdaten und geistigem Eigentum
• Best Practices zur Prävention von Cyber-Angriffen

Hintergrund:

Die Möglichkeit eines Cyber-Angriffs auf das Forschungszentrum ist real. Die Frage lautet weniger, ob es passiert, sondern wie das Unternehmen darauf vorbereitet ist. Nicht zuletzt, weil das FZJ ab Herbst 2024 aufgrund der NIS2 (Network and Information Security) strenge Sicherheitsvorkehrungen treffen muss. Dazu gehören die Erhöhung des Schutzes vor Cyberangriffen, die Einhaltung spezifischer Security-Standards sowie die Gewährleistung, dass Systeme ständig auf dem aktuellen Stand sind.

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Was wird präsentiert:

In der Geschichte der Menschheit wurden Zeitalter oft nach den verwendeten Materialien benannt, die den technologischen Fortschritt bestimmten – von der Bronzezeit der Ägypter bis zur Eisenzeit der Römer. Heute leben wir im Silizium-Zeitalter, das durch Halbleitertechnologien geprägt ist. Diese Technologien ermöglichen Computer, Smartphones und Künstliche Intelligenz (KI). In seinem Vortrag zeigt Dr. Jonas Rigo, wie die moderne Forschung Materialien in kristalliner Form bei extrem niedrigen Temperaturen untersucht, um exotische quantenmechanische Effekte zu entdecken. Diese Effekte spielen eine entscheidende Rolle, um das Verständnis der Physik zu erweitern und zukünftige Technologien zu entwickeln.

Hintergrund:

Rigo erklärt, wie Konzepte der KI seine Forschung beeinflussen und welche konkreten Systeme der dabei genauer betrachtet. Er arbeitet am Jülicher Peter-Grünberg-Institut PGI-8, Quantum Control.

Wissenschaft online PLUS findet im Rahmen des Young Excellent Scientist Program YESP statt.

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Was wird präsentiert:

Kontrollierte chemische Reaktionen ermöglichen es uns, hochtechnologische Prozesse zu designen. Nicht zuletzt für eine erfolgreiche Dekarbonisierung sind maßgeschneiderte Reaktionen höchst relevant. Besonders interessant ist es daher, solche Reaktionen mittels Transmissionselektronenmikroskopie in Flüssigkeit zu filmen. Um diese Technik jedoch breitentauglich einzusetzen, muss ausgeschlossen werden, dass die Reaktion selbst sich beobachtet fühlt.

Hintergrund:

Dr.-Ing. Birk Fritsch (IET-2) ist einer von fünf Nachwuchsforschenden des Young Excellent Scientist Programs (YESP). Als Teil dieses Programms können die ausgewählten Postdocs ihre Forschung in dem Format Wissenschaft online + präsentieren. In seiner Forschung beschäftigt Birk Fritsch sich mit korrelativen Operando-Studien zu Degradationsmechanismen in der Elektrokatalyse.

Wissenschaft online PLUS findet im Rahmen des Young Excellent Scientist Program YESP statt.

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Was wird präsentiert:

Im Vortrag von Prof. Dr. Gereon Fink erfahren die Zuhörer:innen woran jeder schnell einen Schlaganfall erkennen kann, was die wichtigsten Ursachen von Schlaganfällen sind, wie die Schlaganfallakuttherapie funktioniert, und woran Jülicher Wissenschaftler:innen derzeit forschen, um neue Therapieansätze für die Rehabilitation von Schlaganfallpatient:innen mit Ausfallserscheinungen wie Lähmungen, Aufmerksamkeitsdefiziten oder Sprachverlust zu finden.

Hintergrund:

Der Schlaganfall ist die Hauptursache erworbener Behinderungen in unserer Gesellschaft. Jährlich kommt es zu ca. 2500 neuen Schlaganfällen pro 100000 Einwohner:innen. Vor dem Hintergrund unserer immer älter werdenden Gesellschaft müssen effektive akute Schlaganfalltherapien zum einen stärker um präventive Ansätze ergänzt werden. Zum anderen bedarf es dringend neuer Therapien zur Verbesserung der Rehabilitation von einem Schlaganfall betroffener Menschen.

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Was wird präsentiert:

Die Katalyse ist eine Schlüsseltechnologie für die Rohstoff- und Energiewende. Prof. Dr. Regina Palkovits bezeichnet Katalysatoren als Partnervermittler für Moleküle. Darum geht es unter anderem bei der chemischen Speicherung von Wasserstoff: Wasserstoff-Moleküle gehen bei der Katalyse eine Bindung mit anderen Molekülen ein. Die so entstehende Verbindung erleichtert das Speichern, Lagern und Transportieren von Wasserstoff. Bei Wissenschaft online berichtet Palkovits, welche wichtige Rollen Katalysatoren außerdem in den Bereichen Biomassenutzung und Plastikrecycling spielen.

Hintergrund:

Seit dem 1. Oktober 2023 baut Regina Palkovits als Direktorin den Institutsbereich Katalysatormaterialien (INW-2) am Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft auf. Sie hat zugleich einen Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen inne.

Siehe dazu auch den Beitrag in der effzett

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Was wird präsentiert:

In den unterschiedlichen Werkstätten der Institute im Forschungszentrum werden aus Ideen und Konzeptstudien einzigartige technische Geräte, Anlagen und Experimente. Diese Kompetenz ist essenzieller Faktor für den Erfolg der Forschungsarbeiten hier in Jülich. Die Leiter der Werkstätten geben einen Überblick über diese Einrichtungen.

Hintergrund:

Junge Menschen für die Wissenschaft und Technik zu begeistern und damit auch in Zukunft den Wandel zu gestalten, ist ein Kernanliegen des Forschungszentrums Jülich. In einer der größten interdisziplinären Forschungseinrichtung Europas schaffen unsere Werkstätten gemeinsam die Voraussetzungen für exzellente Forschung und Technologieentwicklungen. Hierzu bedarf es nicht nur wissenschaftlicher Expertise und Organisation: Vor allem die technische Umsetzung, der von den Wissenschaftler:innen und Ingenieur:innen erdachten Experimente, ist ein Paradebeispiel mit Vorzeigepotential für die Region und eine Besonderheit innerhalb der Helmholtz - Gemeinschaft.

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Was wird präsentiert:

Im Juni 2022 wurde das FZJ am Ende eines Bewerbungsprozesses als Betreiber des ersten Exascale Rechners in Europa ausgewählt. In seinem Vortrag nimmt Benedikt von St. Vieth die Zuhörer mit auf die Reise von der Bewerbung hin zur Planung und Installation im Jahr 2024. In verschiedenen Detailgraden werden die technischen Eigenschaften von JUPITER dargestellt und Meilensteine der laufenden Installation gezeigt.

Informationen zu JUPITER

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Was wird präsentiert:

Im Vortrag von Dr. Carolin Penke vom Jülich Supercomputing Centre gewinnen die Zuhörer einen Überblick darüber, welche Vorstellungen KI reproduziert und welche Gruppen sie repräsentiert. Welche realen Gefahren sind auf gesellschaftlicher Ebene bei der raschen Einführung neuartiger KI-Dienste zu bewältigen, und welche Chancen bieten sie? Aus einer geschlechtergerechten Perspektive werden konkrete Beispiele aufgezeigt, die gegenwärtige und zukünftige Auswirkungen von KI-Systemen illustrieren und Impulse zum Navigieren dieser Herausforderungen setzen.

Hintergrund:

KI und große Sprachmodelle wie ChatGPT verändern unseren grundsätzlichen Umgang mit Technologie und haben einen unvorhersehbaren Einfluss auf unseren Alltag.

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Was wird präsentiert:

Wie hängen Stress und depressive Episoden zusammen? Univ.-Prof. Dr. med. Thomas Frodl erklärt diesen Sachverhalt in seinem Vortrag. Zudem stellt er moderne Behandlungsmethoden der Depression vor.

Hintergrund:

Prof. Frodl ist Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie. Er leitet die Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik an der Uniklinik RWTH Aachen. Sein Team beschäftigt sich unter anderem mit systemischen Neurowissenschaften, Identifizierung von Biomarkern sowie KI in der Psychiatrie. Prof. Frodl ist zudem JARA-BRAIN Mitglied.

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Die Zukunft braucht weit mehr als bloße Theorien über Ressourceneinsparung und Recycling. Sie braucht Menschen, die mit innovativen Ideen als Pioniere die Zukunft der Circular Economy & Society leidenschaftlich mitgestalten. Es braucht grundlegend neue Konzepte über den Umgang mit begrenzten Ressourcen von der Gewinnung bis zur finalen Wiederverwendung.

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Was wird präsentiert:

Die modernen Biowissenschaften verwenden immer komplexere Analysemethoden, die große Mengen an auszuwertenden Daten erzeugen. Dies erfordert umfangreiche Kenntnisse und leistungsstarke Bioinformatik-Tools. Das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI) trägt dazu bei, diese Herausforderung zu lösen.

Die Hauptziele von de.NBi sind:

• Bereitstellung umfassender, erstklassiger Bioinformatik-Tools und -Dienste für Biowissenschaften und Biomedizin
• Bioinformatik-Schulungen durch ein breites Angebot an Workshops, Kursen und Sommerschulen
• Bereitstellung von Cloud Computing-Ressourcen für die akademische Welt in Deutschland
• Transfer von Fachwissen zwischen Wissenschaft und Industrie durch das Industrieforum
• Förderung der Zusammenarbeit zwischen der deutschen Bioinformatik-Community und internationalen Bioinformatik-Netzwerken wie ELIXIR Europe

Hintergrund:

Das Netzwerk bietet Forschenden in den Biowissenschaften und der Biomedizin in Deutschland und ganz Europa bioinformatische Dienstleistungen und umfassende Rechenressourcen an. Darüber hinaus bieten unsere Partner Schulungsveranstaltungen, Kurse und Sommerschulen zu Tools, Standards, Datenmanagement, Arbeitsabläufen und Rechenressourcen aus dem de.NBI-Portfolio an, um Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen zu helfen, ihre Daten effektiver zu analysieren.

Seit 2016 repräsentiert de.NBI außerdem den deutschen Knoten des europäischen Bioinformatik-Netzwerks ELIXIR

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Was wird präsentiert

Im Rahmen des Projekts „Jülich High Brillant Source“ (HBS) wurde in enger Zusammenarbeit zwischen den Instituten JCNS, IKP und ZEA-1 eine Target-Moderator-Reflektor-Einheit (TMR) der experimentellen Teststation für eine Hochstrombeschleuniger-getriebene Neutronenquelle (HiCANS) entworfen und aufgebaut.

In seinem Vortrag präsentiert Dr. Romuald Hanslik die Herausforderungen und Erfahrungen während der Entwicklungs-, Konstruktions- und Aufbauphase der Target-Moderator-Reflektor-Einheit (TMR).

Hintergrund

Mit Neutronen können aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften fast alle Arten von Materie an speziellen Neutroneninstrumenten untersucht werden. Dies macht sie zu einer idealen Sonde.

Als Pendant zu den existierenden Neutronenquellen wie Forschungsreaktoren oder Spallationsquellen werden beschleunigergetriebene, kompakte Neutronenquellen (sog. HiCANS High-Current Accelerator-driven Neutron Sources) mit niedriger Energie weltweit als die nächste Generation von Neutronenquellen angesehen.

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In seinem Vortrag entmystifiziert Mikhail Votinov die neurobiologischen, psychologischen und umweltbedingten Auslöser, die aggressives Verhalten beim Menschen auslösen. Das Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin erforscht die vielfältigen Ursachen von Aggressionen: von den hormonellen Schwankungen bis hin zu den Schaltkreisen des Gehirns. Er sowie seine Kolleginnen und Kollegen erlangen mithilfe modernster Techniken neue Einblicke in das Verständnis dieser starken Emotionen und Verhaltensweisen.

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Was wird präsentiert

Gemeinsam mit Kollegen von der RWTH Aachen und der Universität Bonn forschen Jülicher Wissenschaftler:innen daran, die vielfältigen Vorzüge der Lupine zu nutzen und einen Mehrwert für Landwirte und die Umwelt zu schaffen. In seinem Vortrag teilt Thomas Classen aus dem IBG-1: Bioorganische Chemie spannende Einblicke in die Welt der Naturstoffe und ihre vielseitige Anwendung. Während Lupinen vielleicht bereits als Augenweiden in Ihrem Garten dienen, schlummert in ihnen noch weitaus mehr Potential.

Hintergrund

Lupinen sind vielseitige Blühpflanzen, die auf allen Kontinenten heimisch sind. Ihre Vorteile sind beeindruckend: Sie bereichern den Boden mit Stickstoff und machen Phosphor zugänglich. Doch das ist noch nicht alles. Aus Lupinen lassen sich wertvolle Proteine gewinnen und in den Bitterlupinen finden sich darüber hinaus nützliche Alkaloide.

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Was wird präsentiert

Dr. Christian Rolf zeigt in seinem Vortrag, warum der Asiatische Monsun ein wichtiges Zirkulationssystem ist, welches das Klima auf der Nordhemisphäre durch den Transport von verschmutzten Luftmassen beeinflusst. Diesen Einfluss und die Transportprozesse der Luftmassen zu untersuchen, war das Ziel der Messkampagne PHILEAS.

Hintergrund

Rolf zeigt spannende Einblicke in den Ablauf der PHILEAS Flugzeug Messkampagne. Denn ein Forschungsflugzeug mit all seinen komplexen Messinstrumenten zu betreiben, erfordert ein Zusammenspiel von verschiedenen Disziplinen. Die technischen, aber auch die logistischen Herausforderungen müssen gemeistert werden, um schließlich sinnvolle Messungen in der Atmosphäre zu realisieren und wissenschaftliche Aussagen zu treffen.

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Was wird präsentiert

Ein computergestützter Ansatz zur Entdeckung von langlebigen Membranmaterialien für Brennstoffzellen und Wasserelektrolyseure. Von der Untersuchung der relevanten Degradationsmechanismen, über die automatisierte Stabilitätssimulation von tausenden Molekülen, bis zur experimentellen Validierung der Vorhersagen.

Hintergrund

Um den immensen Bedarf für leistungsfähige und erneuerbare Energieträger zu bedienen, sind fortschrittliche Energiematerialien der nächsten Generation nötig. Die Menge an potenziellen Materialien ist allerdings enorm, so gibt es mehr theoretisch mögliche Moleküle als es Atome im Universum gibt. Experimentelle Untersuchungen sind sehr aufwendig und können daher nur einen kleinen Teil der möglichen Materialien abdecken. Computerchemische Simulationen können um Größenordnungen schneller als ein Experiment sein und so die Suche nach den Energiematerialien von morgen signifikant beschleunigen.

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Die Werkfeuerwehr ist an 365 Tagen, 7 Tage die Woche, 24 Stunden auf dem Campus präsent um die Sicherheit zu gewährleisten.

Neben der Kernaufgabe, die anfallenden Einsätze professionell abzuarbeiten, ist es die Aufgabe der Feuerwehr, viele Arbeiten im Hintergrund durchzuführen. Dazu zählt es beispielsweise, umfangreiche Ausbildungen durchzuführen und die Einsatzmittel einsatzbereit zu halten. Ebenso gibt es verschiedene Dienstleistungen, die durch das Personal der Werkfeuerwehr durchgeführt werden.

Der Vortrag der Kolleg:innen von der Werksfeuerwehr gibt einen tieferen Einblick in den Feuerwehr-Alltag.

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Die Untersuchung von Geschlechtsunterschieden ist ein zentrales Thema in der Psychologie und den Neurowissenschaften. Ältere Studien deuteten darauf hin, dass es Unterschiede im Verhalten und der kognitiven Leistung zwischen Männern und Frauen geben könnte. Jedoch zeigen aktuellere Forschungsergebnisse, dass eindeutige geschlechtsspezifische Unterschiede in der Struktur und Funktion des Gehirns nicht existieren. Anders ausgedrückt, es gibt kein "typisch männliches" oder "typisch weibliches" Gehirn.

In ihrem Vortrag stellt Dr. Susanne Weis die Ergebnisse aktueller Studien des Jülicher Institutes für Neurowissenschaften und Medizin vor. Dazu verwenden die Wissenschaftler:innen Methoden des maschinellen Lernens verwenden, um ein tieferes Verständnis für Geschlechtsunterschiede in Gehirn und Verhalten zu gewinnen. Ein Fokus liegt dabei auf der Berücksichtigung der individuellen Geschlechtsidentität zusätzlich zum biologischen Geschlecht sowie auf der Einbeziehung des dynamischen Einflusses von (Sexual-) Hormonen.

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Böden, Flächenpotentiale aus der Rekultivierung, vielfältige Wirtschaft mit Bezug zur Bioökonomie, Spitzenforschung direkt vor der Haustür – im Rheinischen Revier gibt es einzigartige Voraussetzungen für biobasiertes Wirtschaften. BioökonomieREVIER entwickelt diese Potentiale mit vielen regionalen Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. Dadurch entsteht eine inzwischen europaweit sichtbare Modellregion für Nachhaltige Bioökonomie.

In seinem Vortrag stellt Dr. Christian Klar vom Jülicher Institut für Pflanzenwissenschaft das BioökononmieREVIER vor.

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Angesichts des drohenden Klimawandels und der Knappheit von Ressourcen ist es von großer Bedeutung, den hohen Energieverbrauch konventioneller Halbleiterchips zu reduzieren und zu diesem Zweck neuartige Materialien, Konzepte und Architekturen zu entwickeln. Die Wissenschaftler:innen am Jülicher Institut für Elektronische Materialien (PGI-7) lassen sich vom menschlichen Gehirn inspirieren, in welchem es keine Trennung von Rechenoperation und Datenspeicherung gibt, Abläufe nicht durch eine Systemuhr getaktet werden und dadurch Aufgaben energiesparend erledigt werden können. Eine Schlüsselrolle spielen dabei Memristoren, die eine Kombination aus Speicher und Widerstand darstellen. In diesen Memristoren wird die atomare Bewegung von Sauerstoffionen verwendet, um Informationen zu speichern und sogar Rechenoperationen direkt im Speicher durchzuführen.

In ihrem Vortrag berichtet Prof. Dr. Regina Dittmann darüber, wie das PGI-7 am Electronic Oxid Cluster diese atomaren Prozesse aufgeklärt hat und wie daraus im Rahmen des Strukturwandelsprojekts "NEUROTEC" energieeffiziente Computerchips für die Künstliche Intelligenz von morgen entwickelt werden.

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Joschka Neumann vom ZEA-1 gibt in seinem Vortrag einen Einblick in die Entwicklung und den Bau des Projektes AGRASIM. Gemeinsam mit dem IBG-3 entwickelt und baut das ZEA-1 die Versuchsanlage AGRASIM („Agricultural Food Production Simulator Platform“) auf dem Campus des Forschungszentrum Jülich vor dem Hintergrund einer stetig wachsenden Weltbevölkerung bei gleichzeitiger Abnahme von Anbauflächen. Mithilfe dieser weltweit einzigartigen Versuchsanlage sollen im IBG-3 landwirtschaftliche Anbau- und Managementstrategien auf kombinierter experimenteller und numerischer Simulation entwickelt werden.

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Mikroorganismen werden in der Biotechnologie für vielfältige Aufgaben eingesetzt und immer weiter optimiert. Die Erzeugung neuer genetischer Varianten ist bislang ein stark manuell geprägter, kleinschrittiger Arbeitsablauf. Um dies zu beschleunigen, zu standardisieren und zu optimieren wird im IBG-1 ein automatisiertes Labor genutzt. Dr. Julia Tenhaef erklärt wie das Labor funktioniert, gibt Einblicke in die Robotik  und zeigt, welche Aufgabe automatisiert werden und wie dies in der Stammentwicklung hilft.

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Anfang März hat die Leopoldina ein Diskussionspapier veröffentlicht. Unter dem Titel „Den kritischen Zeitpunkt nicht verpassen“ stellen die Autoren der Nationalen Akademie der Wissenschaft, darunter der Forschungszentrums-Vorsitzende Prof. Wolfgang Marquardt, heraus, dass der „kritische Zeitpunkt, an dem Deutschland und Europa die Voraussetzungen für eine Erreichung der Pariser Klimaziele schaffen können, bald verstrichen“ ist. Das Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) ist eines der Institute am Forschungszentrum Jülich, die dafür arbeiten, dass wir den kritischen Zeitpunkt nicht verpassen. Wann oder was genau dieser kritische Zeitpunkt aus Sicht des INW ist, welche Rolle das Institut und der Wasserstoff dabei spielen können – darüber spricht INW-Referent Guido Jansen in seinem Vortrag.

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