Bayerische Verbundforschung

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen für die Menschheit – ein globales Problem mit regionalen Auswirkungen. Erfolgreiche und nachhaltige Klimapolitik basiert auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen einer aktuellen und anwendungsbezogenen Klimaforschung. Beteiligt ist das Department Biologie mit dem Lehrstuhl Biochemie der FAU.
Bereits von 2016 bis 2019 wurde intensiv an den Fragestellungen zur Anpassung von bayerischen Kulturpflanzen an den Klimawandel im Rahmen des Projektverbunds BayKlimaFit 1  gearbeitet. Die Pflanzenzüchtung mit einer verbesserten Toleranz gegen wechselnde Umweltbedingungen stand dabei im Vordergrund. Zur Weiterentwicklung von Lösungsansätzen werden Forschungen im Projektverbund BayKlimaFit 2 nun fortgesetzt.

Der Projektverbund „BayKlimaFit 2 – Starke Pflanzen im Klimawandel“ forscht in 10 Fachprojekten zu den Themenschwerpunkten:

• Hochwertige und klimaresiliente Pflanzen
• Gesunde Pflanzen im Klimawandel
• Effiziente Pflanzenversorgung trotz Klimastress

Finanziert wird das auf drei Jahre ausgelegte Forschungsvorhaben vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz.

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Feinstaub gefährdet die Gesundheit des Menschen. Dies gilt bereits seit Mitte der 1990er Jahre als wissenschaftlich gesichert. Ob ultrafeine Partikel als kleinste Bestanteile des Feinstaubs einen eigenen Risikofaktor darstellen, konnte bislang noch nicht abschließend geklärt werden. Dieser Frage nimmt sich der Bayerische Projektverbund BayUFP „Messung, Charakterisierung und Bewertung ultrafeiner Partikel“ an, der vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert wird. Die Schwerpunkte des Verbunds liegen in den Bereichen: Messtechnik, chemische Charakterisierung, molekulare Wirkweise, Toxikologie und Epidemiologie.

Durch gemeinschaftliche, vernetzte Forschung in 5 Teilprojekten und einem Koordinations- und Kommunikationsprojekt soll ein wesentlicher Beitrag zur Schließung der bestehenden Forschungslücken und damit auch zum Schutz und Erhalt der Gesundheit der bayerischen Bevölkerung geleistet werden.

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Die voranschreitende Digitalisierung verändert viele Lebensbereiche, was einerseits große Chancen für mehr Lebensqualität, revolutionäre Geschäftsmodelle und effizienteres Wirtschaften bietet. Andererseits besteht gerade bei kleinen und mittleren Unternehmen ein besonderer Förder- und Beratungsbedarf. Laut einer Umfrage unter hochrangigen Entscheidern in 1.061 Unternehmen gelten lediglich 7% der Unternehmen in Deutschland als „digitale Vorreiter“. Die frühzeitige Umsetzung von Digitalisierungsmaßnahmen in der Produktentwicklung bietet nicht nur für große Unternehmen enorme Vorteile, sondern auch kleinen und mittelständischen Firmen die Möglichkeit ihre Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit erheblich zu steigern.

Die Vorteile der Digitalisierung von Dienstleistungsprozessen oder in der Produktion sind sehr schnell ersichtlich, aber auch die Einführung von Digital Engineering für die Entwicklung im Maschinenbau bietet zahlreiche entscheidende Vorteile gegenüber den bisherigen Abläufen in den Entwicklungsabteilungen der Industrie. Daher gilt es Methoden entlang des gesamten Produktentstehungsprozesses mit Daten zu versorgen, Anforderungen entlang der gesamten Toolkette nachvollziehbar weiterzugeben und eine effiziente Vernetzung unterschiedlicher Methoden voranzutreiben.

Die Motivation dieses Forschungsverbundes liegt darin, einen durchgängigen Digital Engineering Prozess angepasst auf die Entwicklung elektrifizierter Antriebsstränge für KMU aufzubauen und die Potentiale der Digitalisierung in Geschäftsprozesse der Entwicklung zu übertragen. Hierfür sollen einzelnen Methoden entlang der Produktentwicklungskette optimiert und miteinander verknüpft werden. Die Basis hierfür stellt die Nutzung von Daten und die Anwendung von Machine Learning Algorithmen dar. Weiterhin sollen die entwickelten Verfahren auch auf andere Herausforderungen in der Produktentwicklung übertragbar sein und dementsprechend umgesetzt bzw. im Rahmen einer Usability-Studie aufgezeigt werden.

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Die Digitalisierung führt zu grundlegenden Veränderungen unserer Gesellschaft und unseres individuellen Lebens. Dies birgt Chancen und Risiken für unsere Gesundheit. Zum Teil führt unser Umgang mit digitalen Technologien und Medien zu negativem Stress (Distress), Burnout, Depression und weiteren gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Demgegenüber kann Stress auch eine positive, anregende Wirkung haben (Eustress), die es zu fördern gilt. Die Technikgestaltung ist weit fortgeschritten, sodass digitale Technologien und Medien dank zunehmender künstlicher Intelligenz, Adaptivität und Interaktivität die Gesundheit ihrer menschlichen Nutzerinnen und Nutzer bewahren und fördern können.

Ziel des Forschungsverbunds ForDigitHealth ist es, die Gesundheitseffekte der zunehmenden Präsenz und intensivierten Nutzung digitaler Technologien und Medien – speziell in Hinblick auf die Entstehung von digitalem Distress und Eustress und deren Folgen – in ihrer Vielgestaltigkeit wissenschaftlich zu durchdringen sowie Präventions- und Interventionsoptionen zu erarbeiten und zu evaluieren. Dadurch soll der Forschungsverbund zu einem angemessenen, bewussten und gesundheitsförderlichen individuellen wie kollektiven Umgang mit digitalen Technologien und Medien beitragen.

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Im menschlichen Gehirn sind unterschiedliche, spezialisierte Zellpopulationen, wie Neuronen und Gliazellen in einem komplexen Bauplan angeordnet. Die verschiedenen Zellen bilden funktionelle und dynamische Netzwerke und ihr Zusammenspiel ist für die unterschiedlichen Funktionen des Gehirns von grundlegender Bedeutung.

Viele Fragen zur Rolle der unterschiedlichen Zellen für die Funktionen des Gehirns sowohl in Gesundheit als auch bei Krankheiten sind bis heute ungeklärt. So hat der Bayerische Forschungsverbund ForInter zum Ziel die Interaktion verschiedener Zelltypen des menschlichen Gehirns in multidimensionalen Zellkultursystemen zu untersuchen.

Die Arbeitshypothese lautet: Definierte humane Zell-Zell Systeme sind in der Lage physiologische und pathologische Interaktionen des menschlichen Gehirns zu modellieren.

Die Entwicklungen der Biologie und Stammzellforschung der letzten Jahre haben die Voraussetzungen für die Generierung multidimensionaler Zellkultursysteme und zerebraler Organoide (Mini Brains) geschaffen, welche neuartige Einblicke in strukturelle und dynamische Interaktionen versprechen. Als Modell ermöglichen diese die Untersuchung sowohl der normalen humanen Physiologie der Gehirnentwicklung als auch pathogener Prozesse.

ForInter vereint Wissenschaftler/innen der Neurobiologie, mit Expertise in grundlagenbiologischen und stammzellbiologischen Fragestellungen, sowie Wissenschaftler/innen aus der Neuropathologie und der Translation in der Neurologie. Die neurobiologische Expertise wird interdisziplinär ergänzt und verstärkt durch Wissenschaftler/innen der Bioinformatik und dem Gebiet von Ethik und Recht.

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Die Gewährleistung der Sicherheit von Lebensmitteln entlang der Wertschöpfungskette anhand schneller und effizienter Detektionsmethoden, welche schadhafte sowie verdorbene Produkte in der Prozesskette sicher identifizieren können, ist Zielsetzung des Forschungsverbundes. Durch eine automatisierte Datenanalyse wird eine bessere digitale Verknüpfung der Wertschöpfungskette erfolgen und durch Optimierung der Logistik Sicherheit und Qualität von Lebensmitteln erhöht.

Über die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet ergeben sich Lebensmittelverluste in Höhe von 53% für die konventionelle und 56% für die ökologische Landwirtschaft. Eine Reduzierung dieser Lebensmittelverluste bei gleichzeitiger Beibehaltung der Produktsicherheit ist daher ein wichtiges gesellschaftliches Ziel. Die Anforderungen an Lebensmittelqualität und ihrer Definition sind multifaktoriell und richten sich nicht nur am Konsumenten und der Verbrauchererwartung aus, sondern auch an der Nutzungsform und den Verwertungsstrategien.
Daher ist die Grundidee dieses Vorhabens, die Qualität und Sicherheit der Rohstoffe bei der Annahme zu analysieren, Nachweismethoden für die Authentizität von Rohstoffen und produzierten Lebensmitteln zu etablieren, Qualitätsprognosen zu erstellen sowie Logistikketten zu optimieren, um damit die tatsächlichen Bedarfe in der Lebensmittelindustrie und der Verbraucher zu adressieren.

Die Projektarbeiten werden sich auf drei Bereiche fokussieren, welche ganzheitlich und übergreifend betrachtet:
1) Bedarfsanalyse
2) Qualitätssicherung von Lebensmitteln
3) Lagerhaltung und Logistik

Das übergeordnete Ziel ist es, durch genaue Bestimmung der Qualität die (Bio-)Lebensmittelrohstoffe für die Verarbeitung bzw. die Abgabe in den Handel ohne überhöhte Lebensmittelverluste zu realisieren. Betrachtung finden unter anderem Sensortechnologien, optische Methoden und intelligente Algorithmen, welche auch in kleinen Betrieben durch Handgeräte und smarte Software Einsatz finden können. Die Grundlage für diese praktikablen Endgeräte sind authentische Proben der Industriepartner und die entsprechende Identifikation und Definition der relevanten Ziel- und Kenngröße durch Hochleistungsanalytik bzw. der Verwendung der Daten, um entsprechende Algorithmen zu entwickeln.
Zudem werden die tatsächlichen Bedarfe an Lösungen für sichere heimische Bio-Lebensmittel einer möglichst repräsentativen Anzahl der insgesamt ca. 4.500 bayerischen Bio-Unternehmen erhoben. Dies ist unbedingt notwendig, um anschließend gezielt das im Projekt erzielte Wissen und dessen Ergebnisse in diese Unternehmen zu transferieren.
Das Verbunds-Forschungsprojekt SHIELD erfreut sich einer regen Industriebeteiligung. Die beteiligten Unternehmen sind entweder reine Bio-Betriebe (z. B. Kartoffelkombinat, HiPP, Kloster Plankstetten), gemischte Betriebe, die sowohl Bio-Produkte als auch konventionelle Produkte herstellen und vertreiben (z. B. Burgis, Franken-Gemüse, Lebkuchen Schmidt) oder Unternehmen, die aufgrund Ihrer Branche (z. B. Firma Singer und Sohn – Maschinenbau) kein Bio-Betrieb sein können. Die Industriepartner werden aktiv im Projekt eingebunden, indem sie ihre Expertise und geeignete Problemdatensätze zur Verfügung stellen und die von den wissenschaftlichen Partnern erzielten Ergebnisse validieren.

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Die Geothermie ist eine wichtige, grundlastfähige heimische Energieressource, deren Potential bisher nur ansatzweise erkannt und genutzt wird. Um die Akzeptanz, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Technologie weiter zu erhöhen ist ein interdisziplinärer Forschungsansatz erforderlich, mit der Zielsetzung das geothermische Potential möglichst flächendeckend und ganzjährig so effizient und intelligent wie möglich zu nutzen. Zudem soll die Ressource langfristig und sicher gefördert werden, um nachhaltig davon zu profitieren.

Bayern ist deutschlandweit führend in der Nutzung tiefer Geothermie – jedoch fokussiert sich die Anwendung bisher auf den Großraum München und Teile Ober- und Niederbayerns da in diesem Bereich durch die schon seit Jahrzehnten laufende Kohlenwasserstoff- und Speichererkundung Kenntnisse des tieferen geologischen Untergrundes auf der Basis von Seismik- und Bohrdaten vorliegen. Das tiefengeothermische Potential im Kristallin Nordbayerns bleibt bisher ungenutzt. Der Untergrund sowie dessen Eigenschaften sind in Nordbayern bisher noch nicht ausreichend untersucht und tiefe Forschungsbohrungen für geothermische Pilotprojekte fehlen. Zudem kommen im Kristallin grundsätzlich andere Methoden bei der Nutzung der Tiefengeothermie zum Tragen, deren Routineanwendung technologisch noch am Anfang steht.

Die Tiefengeothermie zeigt am Beispiel der Metropolregion München, insbesondere bei der zentralen Wärmeversorgung in Ballungszentren, ihre Stärken. Um einen größeren Beitrag zur Dekarbonisierung der Fernwärme zu leisten und gleichzeitig die Auslastung der geothermischen Anlagen zu erhöhen, können Wärmequellen und Wärmesenken besser miteinander vernetzt und über größere Strecken verbunden werden. Zuverlässige Prognosen für die Fündigkeit und damit der Produktivität der Wärmequellen sind in Teilen Bayerns bisher nicht immer möglich und vielerorts noch mit hohen Unsicherheiten versehen. Weiterhin müssen Wege aufgezeigt werden, die eine sinnvolle Einbindung der Technologie in das bestehende Energiesystem garantieren.

Die Geothermie-Allianz Bayern (GAB) ist ein standortübergreifender, universitärer Forschungsverbund der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg, der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Bayreuth (UBT), der seit Anfang 2016 besteht und mit der zweiten Förderphase ab 2020 durch Aufnahme der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) sowie der Hochschule München (HSM) erweitert wurde. Die Koordination erfolgt durch die Munich School of Engineering (MSE) der TUM; sie übernimmt die zentralen administrativen Aufgaben und fungiert zugleich als Ansprechpartner der beteiligten Partner, gegenüber Betreibern geothermischer Anlagen und der interessierten Öffentlichkeit.

Das übergeordnete Ziel der Geothermie-Allianz Bayern ist die Stärkung der Tiefengeothermie als heimischer Energieträger, um die Klimabilanz in den Sektoren Wärme und Strom signifikant zu verbessern. Durch den interdisziplinären Forschungsansatz der GAB sollen Chancen und Risiken der Technologie aufgezeigt sowie Lösungen für Ausbauhemmnisse entwickelt werden, welche einer größeren Bedeutung der Tiefengeothermie bei der Nutzung erneuerbarer Energie entgegenstehen. Zudem soll die weitläufige Nutzung und Wirtschaftlichkeit der Tiefengeothermie gesteigert und eine nachhaltige Bewirtschaftung des Reservoirs sowie ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Geothermische Ressourcen sollen möglichst flächendeckend und bedarfsgerecht unter Berücksichtigung des unter- und übertägigen Potentials erkundet und genutzt werden. Hierzu werden auch der bisher nur ansatzweise erkundete tiefere Untergrund und die geothermischen Ressourcen Nordbayerns mittels geophysikalischer Methoden (z.B. 2D-Seismik, Gravimetrie, Magnetik) systematisch analysiert. Die Zielsetzungen der Geothermie-Allianz Bayern werden in folgenden Teilprojekten bearbeitet:

• Teilprojekt: „effizient. Wärmewende durch intelligente Nutzung der Tiefengeothermie“ (TUM, UBT, HSM)
• Teilprojekt: „regional. Neue Potentiale systematisch erkunden“ (FAU, UBT, TUM)
• Teilprojekt: „sozial. Klimaschutz durch eine sichere Technologie“ (TUM, LMU, UBT)
• Teilprojekt: „langfristig. Die Thermalwasserproduktion nachhaltig gewährleisten“ (TUM, FAU)
• Teilprojekt: Joint-Degree Masterstudiengang GeoThermie/GeoEnergie (FAU, TUM, LMU)

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Für alle Aspekte der Brustkrebsversorgung ist es sinnvoll, eine Kombination aus digitaler und reale Betreuungsstruktur zu etablieren, die die Bereiche der Prävention, dem Screening, der Therapie sowie der Nachsorge abdeckt. Hierbei ist es zentral die betroffenen Personen mit maximaler Souveränität in die Digitalisierung zu integrieren und den individuellen Nutzen in den Vordergrund zu stellen.

Ziel des vom Bayerischen Staatsministerium für Gesundheit und Pflege geförderten Projektes digiOnko ist es, all diese Aspekte der Brustkrebsversorgung durch neue, digitale Konzepte zur optimieren. Hierzu wird unter anderem ein Früherkennungsprogramm mobil und stationär etabliert, bei dem eine individuelle Informationsbereitstellung sowie der Zugang zu innovativen Screening-Maßnahmen und Biomarker-Untersuchungen ermöglicht wird. Außerdem erhalten Patientinnen unter Brustkrebstherapie im Rahmen des Projektes die Möglichkeit ein sogenanntes digital home healthcare center zu nutzen und hierdurch im häuslichen Bereich selbständig z.B. EKG-Aufzeichnungen, Blutbilderfassungen oder Blutzuckermessungen durchzuführen, sowie ihre Nebenwirkungen und Lebensqualität über eine eigens von uns entwickelte App selbstständig zu dokumentieren. Dadurch ist eine 24h-Kommunikation in einem geschlossenen Kreislauf möglich. Um die individuelle, personalisierte Prävention, Therapie und Rückfallvermeidung langfristig zu verbessern werden außerdem große klinische Datensätze, basierend auf Bilddaten, histologischen oder auch genetischen Daten genutzt, um mittels künstlicher Intelligenz (AI) neue personalisierte Risikobewertungen und Therapieentscheidungen zu etablieren.

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Quantencomputer eröffnen völlig neue Möglichkeiten in der Daten- und Informationsverarbeitung da ihre Rechenleistung, die herkömmlicher Rechenarchitekturen um eine vielfaches übertrifft. Das Munich Quantum Valley Projekt entwickelt Quantencomputer mittels zwei komplementärer technologischer Zugänge, supraleitende Quantenschaltkreise und elektromagnetisch gefangene Atome, und hat zum Ziel diese Quantencomputer über einen gemeinsamen Cloud-Zugang Benutzern zugänglich zu machen. An der FAU sind das Department Physik und das Department

Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik an dem Projekt beteiligt und entwickeln Algorithmen, Prozessordesign, Kontroll- und Steuerungsstrategien sowie Kontrollelektronik für Quantencomputer.

Das Munich Quantum Valley Projekt wird vom Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst in der Zeit vom 01.10.2021 – 31.12.2024 gefördert.

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