ZEISS Colloquium

Privatdozent Dr. rer. nat. Max Happel, Hirnforscher am Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg, ist am 8. März 2021 zu Gast beim virtuellen „ZEISS Colloquium – Innovation Talk“. In seinem Vortrag „Ein Leben lang Verbindungen schaffen – Die Zukunft des Lernens aus Sicht der Neurobiologie“ spricht er über neue Erkenntnisse zum Thema Lernen und Gedächtnis und verbindet diese mit den alltäglichen Herausforderungen in Schule und Beruf.

Anhand aktueller Forschungsergebnisse aus der Hirnforschung beleuchtet Happel im Vortrag, wie innere Faktoren – beispielsweise Motivation und Aufmerksamkeit – und äußere Umweltbedingungen – wie ausreichend Bewegung – zu einem „gesunden Lernumfeld“ beitragen. Er zeigt außerdem auf, was beim Zusammenspiel dieser Faktoren während des „Spurenbildens“ im lernenden Gehirn bei Jung und Alt schon verstanden wurde und wo sich die Wissenschaftler noch auf der Suche befinden.

Happel studierte Biologie und Neurowissenschaften in Frankfurt/Main und Magdeburg und promovierte zur Neurobiologie des Lernens. Nach Forschungsaufenthalten an der Universität Oxford leitet er heute am LIN Magdeburg die Arbeitsgruppe „CortXplorer“ und erforscht zusammen mit einem interdisziplinären Team aus Biologen, Psychologen, Molekularbiologen, Mathematikern und Informatikern das Thema Lernen und Gedächtnis.

Die Informations- und Kommunikationstechnologie ist die Schlüsseltechnologie unserer digitalen Gesellschaft. Cybersicherheit und Vertrauen sind dabei die Fundamente. Die digitale Revolution ist im vollen Gang. Zum einem steigt die Komplexität und der Vernetzungsgrad der IT-Systeme immens. Zum anderen stellen Technologien wie Künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und Quantentechnologie die Beherrschbarkeit der IT-Systeme vor neue Herausforderungen. Im Vortrag wird auf die Herausforderungen der sich rasant entwickelnden IT-Landschaft, die Bedrohungslage sowie auf die Anforderungen an die Cybersicherheit eingegangen. An ausgewählten Beispielen werden die Herausforderungen erläutert und daraus abgeleitet, was geht und was nicht geht.

Prof. Dr. Gabi Dreo Rodosek leitet den Lehrstuhl für Kommunikationssysteme und Netzsicherheit an der Universität der Bundeswehr München. Dreo hat Informatik an der Universität Maribor, Slowenien studiert und an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) mit „summa cum laude“ promoviert sowie habilitiert. Sie erhielt 1997 den Promotionsförderpreis der LMU; in 2016 wurde ihr die Europa Medaille von der Staatsministerin Dr. Merk verliehen. Ihre Forschung konzentriert sich auf die Cybersicherheit vernetzter IT-Systeme, Cyber Defence, Security-Analytics, Netztechnologien wie Software Defined Networking, IT-Sicherheit von Internet of Things (IoT) sowie Cloud-Computing.

Dreo ist außerdem Leitende Direktorin des Forschungsinstituts CODE (Cyber Defence), Mitglied des Beirats und des Aufsichtsrats der Giesecke+Devrient GmbH, Mitglied des Aufsichtsrats der BWI IT GmbH, Mitglied des Verwaltungsrates des Deutschen Forschungsnetzes (DFN) und Mitglied des Fachgremiums IT der BaFin, Mitglied des Aufsichtsrats der Siltronic AG und Mitglied im Datenschutzbeirat der Deutschen Telekom.

Der 3D-Druck, auch bekannt unter dem Begriff additive Fertigung, bezeichnet alle Verfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Objekte erzeugt werden. Die additive Fertigung mittels der sogenannten Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) hat sich als der neue Standard für den Druck im Mikro- und Nanostrukturbereich etabliert.

Die hohe Auflösung, Design-Freiheit und der einfache Arbeitsablauf ermöglichen die zuverlässige Herstellung nahezu beliebiger 3D-Objekte mit minimalen Strukturgrößen bis hinunter zur Nanometerskala. Der Vortrag beleuchtet zunächst das Verfahren und die Materialien, die technischen Möglichkeiten sowie Anwendungen in der Industrie.

Martin Hermatschweiler studierte Physik in Ulm und Karlsruhe. Danach beschäftigte er sich dann in wissenschaftlichen Projekten mit der laserbasierten Strukturierung von Photopolymeren und Prozessen zur Abscheidung dünner Schichten basierend auf Halbleiterfertigungstechniken. Er ist Mitgründer und Geschäftsführer der Nanoscribe GmbH, die 2007 aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ausgegründet wurde und heute mehr als 70 Mitarbeiter beschäftigt. Nanoscribe ist ein Spezialist für 3D-Drucker sowie maskenlose Lithografiesysteme für die Mikrofabrikation und hält als Partner von ZEISS Niederlassungen am ZEISS Innovation Hub in Karlsruhe und bei ZEISS in Shanghai.

Das Internationale Einheitensystem, auch SI (frz.: Système international d’unités), ist das am weitesten verbreitete Einheitensystem für physikalische Größen. Das SI beruht auf sieben Einheiten, die die Basis allen Messens bilden. Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, dieses Einheitensystem auf der Grundlage unveränderlicher Naturkonstanten zu beschreiben. Bereits 1983 wurde so die Einheit der Länge, der Meter, auf Basis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum definiert.

Für andere Naturkonstanten mussten neue Zuordnungen gefunden werden, die im Einklang mit den anderen Basiseinheiten, insbesondere dem Kilogramm, stehen. Das Urkilogramm, der internationale Prototyp, der in Paris aufbewahrt wird, hat ausgedient. Er steht im Verdacht, Masse zu verlieren. An seine Stelle soll eine neue Kilogramm-Definition auf Grundlage der Naturkonstante der Quantenphysik stehen: Das Plancksche Wirkungsquantum oder die Planck-Konstante h. Sie beschreibt unter anderem das Verhältnis zwischen Energie und Frequenz eines Photons.

Der Vortrag beschreibt, wie es mit zwei grundsätzlich verschiedenen Experimenten gelungen ist, eine konsistente Neudefinition des Kilogramms und damit des gesamten Internationalen Einheitensystems auf Basis von definierenden Konstanten zu erreichen und welchen Beitrag die Präzisionsfertigung und Fertigungsmesstechnik dazu geleistet hat.

Eine Sepsis ist die häufigste Todesursache bei Infektionen. „Das wachsende Wissen über die Interaktionen zwischen Mensch, seinen Mikroorganismen und deren genetischer Information, dem Mikrobiom, revolutioniert derzeit unser Verständnis von Gesundheit und Infektion“, so Bauer, der in Jena das Integrierte Forschungs- und Behandlungszentrum Sepsis und Sepsisfolgen (CSCC) leitet.

Sepsis könne man als größten anzunehmenden Unfall der Wechselwirkung des Menschen mit Mikroben verstehen. In seinem Vortrag erläutert er den Paradigmenwechsel im Verständnis der Krankheit. Wurde Sepsis bisher als Überaktivierung des Immunsystems in Folge einer Infektion definiert, rücke in dem neuen Verständnis das vielschichtige Versagen der Abwehr- und Reparatursysteme als Auslöser der Einschränkung von Organfunktionen in den Vordergrund.

Kress zeigt auf, welche kritischen optischen Herausforderungen für tragbare Headsets noch zu lösen sind, um die von großen Analysten für die nächsten fünf Jahre prognostizierten Marktchancen von 120 Milliarden Dollar für Augmented Reality, Virtual Reality und Mixed Reality zu nutzen. Sowohl der visuelle Komfort als auch der Komfort beim Tragen der Headsets stehen im Mittelpunkt seines Vortrags. Die aktuellen Entwicklungen zielen vor allem darauf ab, das Erlebnis beim Eintauchen in die virtuelle Umgebung weiter zu steigern. Nutzer sollen ultimative Mixed-Reality-Erfahrung erleben.

Bernard Kress blickt auf Themen wie Sichtfeldgröße und hohe Auflösung und thematisiert bisher etablierte optische Technologien und ihr zukünftiges Potenzial.

Torsten Kröger ist Professor am Institut für Anthropomatik und Robotik (IAR) und ist verantwortlich für Intelligente Prozessautomation und Robotik (IPR) am KIT in Karlsruhe. Er ist zudem Gastwissenschaftler an der Stanford University.

Torsten Kröger hat an der TU Braunschweig Elektrotechnik studiert und 2009 im Fachbereich Informatik promoviert. 2010 ging er als Dozent und PostDoc an das Stanford AI Lab. Er ist Gründer und ehemaliger Geschäftsführer der Firma Reflexxes, einem Startup, das Software zur deterministischen Roboterbewegungsplanung in Echtzeit auf den Markt gebracht hat. 2014 wurde Reflexxes von Google übernommen. Von 2014 bis 2017 war er als Robotiker und zum Schluss als Bereichsleiter für Robotersoftware bei Google X tätig. Er erhielt den IEEE RAS Distinguished Service Award (2018), den IEEE RAS Early Career Award (2014), den Heinrich Büssing Preis (2011) und den GFFT-Preis (2011). Er derzeit Vizepräsident der IEEE Robotics and Automation Society.

Karlsruher Institut für Technologie

Drei Hauptfaktoren sind der Grund für den jüngsten Aufstieg dieser Technologien: große Datensätze, bessere Computerhardware sowie mathematische Modelle, sogenannte neuronale Netzwerke und algorithmische Strukturen, die dem menschlichen Gehirn nachempfunden sind.

In seinem Vortrag zeigt Dr. Damian Borth, was Künstliche Intelligenz und damit verwandte Themen wie Machine Learning wirklich bedeuten. Er skizziert ihre Entwicklung seit ihrem Durchbruch im Jahr 2012 bis zu ihren heutigen Möglichkeiten und Herausforderungen.

Dr. Damian Borth gehört zu den gefragtesten Forschern auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz. Er ist Leiter des Kompetenzzentrums „Deep Learning“ am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Kaiserslautern.

DFKI

In seinem Vortrag wird Prof. Wrachtrup die physikalischen Grundlagen der Technik erläutern und einige Anwendungen diskutieren. So wird er etwa zeigen, wie sich mittels eines Quantensensors ein Fluoreszenzmikroskop verhältnismäßig einfach in ein Nuclear Magnetic Resonance-Gerät verwandeln lässt.

Prof. Dr. Jörg Wrachtrup ist seit 2000 Physik-Professor und Direktor des 3. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart. Im Jahr 2010 war er Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Festkörperphysik (Stuttgart). 2008/09 hatte er den Excellence Chair an der Ecole Normal Supérieur in Paris (Cachan) inne. Wrachtrup studierte Physik an der Freien Universität Berlin und habilitierte sich 1998 an der Technischen Universität Chemnitz.

2016 erhielt er zusammen mit Fedor Jelezko den Carl Zeiss Research Award. Im Jahr 2012 bekam er den Gottfried Wilhelm Leibniz Preis, der wichtigste Forschungspreis in Deutschland, und 2014 den Max-Planck-Forschungspreis.

Im angekündigten Vortrag wird es darum gehen, anhand einiger Fallbeispiele für gescheiterte Innovationen Einblicke in die „Anatomie des Scheiterns“ zu vermitteln und darüber hinaus deutlich zu machen, was die „Fehlschlagforschung“ zum Verständnis technischer Entwicklung bzw. technologischen Wandels beizutragen vermag.

Prof. Dr. Reinhold Bauer leitet seit 2011 die Abteilung für Wirkungsgeschichte der Technik am Historischen Institut der Universität Stuttgart. Zuvor war er lange Jahre als Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Wissenschaftlicher Assistent und schließlich als Privatdozent an der Helmut Schmidt Universität der Bundeswehr in Hamburg tätig. Seine Arbeitsschwerpunkte sind die Historische Innovationsforschung, die Verkehrsgeschichte, die Geschichte von Produktionsorganisation und –technik sowie die Technik- und Wirtschaftsgeschichte realsozialistischer Staaten.

Prof. Dr. Bauer ist darüber hinaus u.a. Vorsitzender des Deutschen Nationalkomitees der Internationalen Union für Geschichte und Philosophie der Wissenschaften/Abteilung Wissenschafts- und Technikgeschichte (IUHPS/DHST), Mitglied im Ausschuss Technikgeschichte des VDI sowie Mitglied in der wissenschaftlichen Leitung der Zeitschrift Technikgeschichtegeschichte.