Das Saarland freut sich, den diesjährigen Tag der Deutschen Einheit unter dem Motto „Zukunft durch Wandel“ auszurichten – ein Leitgedanke, der unsere Region prägt. Wandel ist hier keine abstrakte Vision, sondern gelebte Wirklichkeit.
Ein eindrucksvolles Symbol dafür ist das Saarpolygon auf der Halde Duhamel in Ensdorf. Wo einst Kohle das Land prägte, steht heute eine kraftvolle, begehbare Skulptur, die sowohl Erinnerung an die Zeit des Bergbaus als auch Signal für Aufbruch, Innovation und neue Perspektiven ist.
Kampagnenmotiv zum Tag der Deutschen Einheit in Saarbrücken
Die besondere Architektur des Saarpolygons zeigt aus jeder Perspektive neue Silhouetten: Mal erinnert sie an die industrielle Geschichte des Saarlandes, mal weist sie den Weg in eine moderne, zukunftsorientierte Entwicklung. Diese Vielfalt der verschiedenen Blickrichtungen zeigt sich auch in unserem Land, das immer wieder neue Wege findet, sich weiterzuentwickeln.
Wie das Saarpolygon steht auch das Saarland für die Verbindung von Tradition und Fortschritt, für Transformation und Zusammenhalt – und für die Fähigkeit, Chancen im Wandel aktiv zu nutzen.
Vom 2. bis 4. Oktober entsteht in der Saarbrücker Innenstadt ein lebendiger Festbereich zum Tag der Deutschen Einheit. Hier präsentiert sich das Saarland mit einem abwechslungsreichen Unterhaltungsprogramm, mit Kunst und Kultur, Kulinarik und Kommunikation. Aber auch mit seinen touristischen Highlights. Neben den Verfassungsorganen präsentieren sich alle Bundesländer, viele Institutionen und saarländische Unternehmen, um gemeinsam die Wiedervereinigung zu feiern und Austausch und Zusammenhalt zu fördern.
Die Idee der Kreislaufwirtschaft birgt das Potenzial, das traditionelle Wirtschaftsmodell zu revolutionieren und eine lebenswerte Zukunft zu sichern. Im Saarland zeigen Unternehmen, wie es geht.
Prof. Dr. Frank Mücklich (links) und Surfunction-CEO Dr. Dominik Britz vor einem Ionenstrahl-Mikroskop, das eine bioinspirierte Oberfläche zeigt. Mit dieser können enorme Energieeinsparungen erreicht werden. Foto: Oliver Dietze
Hürden für die Kreislaufwirtschaft überwinden
Die Umsetzung der Circular Economy muss sowohl zur Senkung des Ressourcenverbrauchs als auch für unsere bestmögliche wirtschaftliche Resilienz und technologische Unabhängigkeit vorangetrieben werden. Dabei spielt ein neuer Ansatz zur Werkstoffoptimierung eine wichtige Rolle. Professor Frank Mücklich, Direktor des Material Engineering Centers Saarland an der Universität des Saarlandes und Sprecher für die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech), erklärt dazu: „Die Energiewende ist auch eine Materialwende, bei der wir eine enorm gestiegene chemische Diversität der Hochleistungswerkstoffe einsetzen. Für eine erfolgreiche Entwicklung bis zur Circular Economy muss dabei unbedingt von Anfang an auch die Möglichkeit der späteren effizienten Wiederauftrennung komplexer technischer Produkte in die Einzelwerkstoffe bereits bei der Werkstoffentwicklung und der Systemkonstruktion mitgedacht werden.“ Beispielsweise werden derzeit noch vielfältigste funktionelle Beschichtungen eingesetzt, die das spätere Recycling massiv behindern. Das ökologisch innovative saarländische Startup Surfunction beweist mit seiner bioinspirierten DLIP-Lasertechnik zur maßgeschneiderten Oberflächenfunktionalisierung ganz ohne Chemie, dass völlig neue technologische Wege zur konsequenten Circular Economy möglich und notwendig sind.
Daniel Gluche und Chris Koch in Uganda.
Unternehmer gehen soziale Missstände an
Die Energiewende vorantreiben und soziale Missstände in der Welt unternehmerisch lösen: Das hat sich die ICC GmbH aus Saarbrücken auf die Fahnen geschrieben. Das Ende 2021 von Christian Koch und Daniel Gluche gegründete soziale For-Profit-Unternehmen arbeitet im Bereich Flächensicherung für Solarkraftwerke und Energiespeicher sowie im Bereich Kunststoffrecycling an einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft in Deutschland sowie Ostafrika – und bekämpft durch das Schaffen von Arbeitsplätzen Fluchtursachen in Afrika. „Wir arbeiten gerade am Aufbau eines Netzwerkes industrieller Spritzgussproduzenten. Damit können wir Kunststoffprodukte von Handelsunternehmen durch 100 Prozent Rezyklat substituieren“, erläutert Koch. Damit werde die Kreislaufwirtschaft vorangebracht. Die entstehenden Gewinne dienen wiederum zum Teil dazu, Partner in Ostafrika bei der Realisierung eigener Startups im Bereich Kreislaufwirtschaft zu unterstützen.
Nach Stationen in den USA, Hamburg, Heidelberg und Berlin kehrte Andrea Volkamer im August 2022 zurück in ihre Heimat: an die Universität des Saarlandes als Professorin für Data Driven Drug Design. Mit ihrer Arbeit will die Bioinformatikerin dazu beitragen, Medikamente schneller zu entwickeln und die Zahl von Tierversuchen zu reduzieren.
Prof. Dr. Andrea Volkamer hat sich von Anfang an auf das computergestützte Wirkstoffdesign spezialisiert. Foto: Jan Hennemann
Andrea Volkamer forscht an der Entwicklung von Medikamenten. Nicht mit Pipette, Reagenzglas und Mikroskop, sondern mit dem Computer: Sie ist Professorin für Data Driven Drug Design an der Universität des Saarlandes. „Ich beschäftige mich mit computergestütztem Wirkstoffentwurf auf molekularer Ebene, also mit Proteinen und wie man diese mithilfe kleiner Moleküle blockieren kann“, erklärt die Bioinformatikerin. Denn nach diesem Prinzip funktionieren viele Arzneistoffe: Sie binden an bestimmte fehlregulierte Proteine im Körper, hemmen deren Funktion und verhindern so ein Fortschreiten der Krankheit. Ein bekanntes Beispiel eines solchen Medikaments ist Aspirin. Es bindet an ein Protein, das für die Weitergabe des Schmerzsignals verantwortlich ist. Dadurch verhindert es, dass der Schmerz im Körper weitertransportiert wird.
Mit dem Computer Krankheiten bekämpfen
Das passende „Blockade“-Molekül für ein bekanntes Protein zu finden, ist eine der Schwierigkeiten bei der Entwicklung neuer Medikamente. „Es gibt Milliarden Möglichkeiten, wie ein Molekül aussehen könnte. Aus dieser Menge möchte man nun die Kandidaten aussuchen, die am besten in die dreidimensionale Struktur des Proteins passen und die gewünschte Wirkung haben – ähnlich der Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, sagt Andrea Volkamer. Alle Varianten im Labor durchzutesten wäre immens aufwendig. Mit Computerhilfe allerdings lässt sich die wahrscheinliche Wirkung einer Milliarde Moleküle im Nu simulieren. Genau das macht die Wissenschaftlerin mit ihrem Team: „So finden wir aus dieser Riesenmenge die vielleicht 100 am besten geeigneten Moleküle und erstellen eine Vorauswahl, die dann im Labor weiter untersucht wird.“ Die Vorteile: Man spart Zeit und somit Geld im sehr langen und teuren Entwicklungsprozess, erhöht die Erfolgschancen und verringert die Zahl benötigter Tierversuche.
Letzteres war mit ein Grund dafür, warum sich Andrea Volkamer nach dem Abitur für den damals noch recht exotischen Studiengang der Bioinformatik entschieden hat. „Die Idee, mit Computern etwas zu simulieren, sodass man weniger am Tier testen muss, hat mich gepackt“, sagt sie. Vor allem aber habe sie die Anwendungsnähe des Fachs gereizt. Ein Artikel in der regionalen Tageszeitung hatte die gebürtige Saarländerin seinerzeit auf den neuen Studiengang an der Uni des Saarlandes aufmerksam gemacht. Sie ging zur Infoveranstaltung. Danach war ihr klar, das richtige Fach gefunden zu haben. 2001 schrieb sie sich an der Saar-Uni als eine der ersten Bioinformatik-Studierenden ein.
Es folgte eine beeindruckend geradlinige Karriere: Nach ihrem Masterabschluss zog es sie in die USA zu einem einjährigen Forschungsaufenthalt an der Purdue University. Nicht zuletzt auch der Sprache wegen. „Denn Englisch ist in unserem Fach Pflicht“, betont sie. Zurück in Deutschland, promovierte sie an der Universität Hamburg. Ab 2013 arbeitete die Nachwuchswissenschaftlerin als PostDoc am BioMedX Innovation Center Heidelberg in der Krebsforschung. Drei Jahre später kam der Wechsel zur Charité in Berlin, wo sie als Juniorprofessorin eine Forschungsgruppe leitete. Im August des Jahres 2022 kehrte sie schließlich an die Universität des Saarlandes zurück.
Schlüssel-Schloss-Prinzip: Die 3D-Visualisierung der Kristallstruktur zeigt, wie Aspirin an das COX-2 bindet und damit seine entzündungshemmende Wirkung entfaltet (PDB ID 1OXR).
Wie das Lösen eines dreidimensionalen Puzzles
Nach dem roten Faden in ihrem Werdegang muss man nicht lange suchen: Von Anfang an hatte Andrea Volkamer sich im Studium auf das computergestützte Wirkstoffdesign spezialisiert. „Für mich hat das etwas von einem Rätsel. Es ist wie ein Puzzle, bei dem man sich fragt: Wie finde ich das Teil, das ins Protein passt?“, begründet die Forscherin ihre Faszination für das Fachgebiet. Vereinfacht gesagt, entwickelt ihre Forschungsgruppe Methoden, die aus einer großen Menge an verfügbaren experimentellen Daten Regeln ableiten und Vorhersagen für zukünftige Experimente machen. Dazu nutzt sie auch maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz (KI). „Anstatt einem Computer die Regeln mitzugeben, anhand derer Daten sortiert werden sollen, gebe ich dem Computer eine sehr große Datenmenge, beschreibe diese in geeigneter Weise und das Modell lernt selbst, diese Daten zu trennen“, erklärt sie. Die Wissenschaftlerin sieht darin enormes Potenzial für ihr Forschungsfeld. Denn eine KI, die mit Daten von bereits verfügbaren Molekülen trainiert wurde, kann beispielsweise auch genutzt werden, um neue Moleküle vorzuschlagen: „Solche Algorithmen durchsuchen nicht einen riesigen Datensatz, sondern entwickeln ein passendes Molekül sozusagen von Grund auf.“
Die Anwendungsmöglichkeiten von Volkamers Methoden sind sehr breit. Sie können sowohl bei der Entwicklung von Medikamenten gegen Krebs, aber auch für neue Antibiotika zum Einsatz kommen. Doch weil ihre Arbeit ganz am Anfang eines im Schnitt 15 Jahre dauernden Entwicklungsprozesses steht, ist es schwer zu ermitteln, an welchen konkreten Arzneimitteln ihre Methoden mitgewirkt haben. Umso mehr freut sie sich über die räumliche Nähe der verschiedenen Institutionen an ihrer jetzigen Wirkungsstätte in Saarbrücken. Andrea Volkamer ist eingebettet in das Zentrum für Bioinformatik und arbeitet eng mit der Informatik zusammen, deren Gebäude sich direkt gegenüber befindet. Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) liegt nur ein paar Meter die Straße hinunter, und auch die Uniklinik in Homburg ist nicht weit. „Durch diese kurzen Wege zu den Partnern, die das Ganze von der Grundlagenforschung bis zu den klinischen Studien weiterführen können, sind wir mehr am ganzen Prozess beteiligt. Ich finde das spannend, am Schluss vielleicht zu sehen, dass die Anwendung unserer Methoden dazu beigetragen hat, ein neues Antibiotikum zu entwickeln“, freut sich die Bioinformatikerin.
Wenn sie über ihren Arbeitsplatz spricht, gerät sie fast ins Schwärmen. Neben den kurzen Wegen zu anderen Fachbereichen lobt sie insbesondere die sehr gute Ausstattung: „Das Saarland wird oft übersehen. Dabei haben wir hier Spitzenforschung mit Spitzenforscherinnen und -forschern. Die Möglichkeiten, die man hier hat, sind riesig“, sagt sie. Hinzu komme ein sehr persönlicher Umgang im Team: „Das ist ein Miteinander, das es an vielen anderen Standorten so nicht gibt. Man kennt sich, man hilft sich.“
Das Saarland wird oft übersehen. Dabei haben wir hier Spitzenforschung mit Spitzenforscherinnen und -forschern. Die Möglichkeiten, die man hier hat, sind riesig.“
Prof. Dr. Andrea Volkamer
Engagierte Open-Science-Verfechterin
Neben ihrer Forschungsarbeit liegen Andrea Volkamer auch die Lehre und die Nachwuchsförderung sehr am Herzen. Als Open-Science-Verfechterin stellt sie nicht nur die Forschungsergebnisse sowie den Programmcode ihrer Arbeitsgruppe online zur Verfügung, sondern engagiert sich auch für digitale und frei verfügbare Lehrmaterialien – insbesondere vor dem Hintergrund der Interdisziplinarität ihres Fachs. Gerade die Thematik rund um den Umgang mit großen Datenmengen und KI spielt in immer mehr Fächern eine wachsende Rolle. Biologie, Chemie, Pharmazie und Medizin müssen sich zunehmend damit auseinandersetzen. Deshalb gibt Andrea Volkamer auch KI-Kurse für Kolleginnen und Kollegen aus der Medizin oder der Chemie.
In jedem ihrer Worte spürt man die Leidenschaft für ihr Fach. Dass sie diese ausleben kann, verdanke sie vor allem der Unterstützung ihres Mannes. Als Mutter zweier junger Kinder ist der Spagat zwischen Familie und Forschung nicht immer einfach. Mit dem Umzug ins Saarland sind nun auch die Großeltern in der Nähe und können ab und zu unterstützen. Auch in dieser Hinsicht hat Saarbrücken also eindeutig einen Standortvorteil gegenüber Berlin zu bieten. Kein Wunder, dass sich Andrea Volkamer angekommen fühlt.
Das neue Center for Digital Neurotechnologies Saar und das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien werfen einen Blick in die nahe Zukunft und zeigen, warum sowohl Neurotechnologie als auch Materialwissenschaft im Saarland bereits Leuchtturmprojekte sind.
Computeroptimierte Operationsmethoden, verbesserte Behandlungsmethoden in der Geburtsmedizin oder die frühzeitige Erkennung von Krankheiten durch die Erhebung von Gesundheitsdaten: Im Zeitalter der Digitalisierung verschmelzen Medizin und Technik immer stärker. Deshalb erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Saar-Uni, der htw saar sowie des Zentrums für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA) im Center for Digital Neurotechnologies Saar (CDNS), wie die engere Verzahnung von Mensch und Computer insbesondere auf dem Feld der Medizin in Zukunft kontinuierlich verbessert werden kann. Das interdisziplinäre Zentrum CDNS wurde Anfang 2022 auf dem Campus Homburg der Universität des Saarlandes eingerichtet und vernetzt dort mit der Universitätsmedizin, der Informatikforschung und der Saarwirtschaft einen großen Talentpool, eine hochwertige Hochschullandschaft und Partner- sowie Tech-Netzwerke.
Übertragung menschlicher Nähe und Berührungen durch das Internet
Verschiedene Projekte des Techhubs werfen einen Blick in die nahe Zukunft, die längst mehr ist als Science-Fiction. So geht es zum Beispiel bei dem Forschungsprojekt „Multi-Immerse“ darum, schwer erkrankten Kindern und Jugendlichen im Universitätsklinikum des Saarlandes virtuelle Besuche ihrer Angehörigen in einem speziellen digitalen Raum zu ermöglichen. VR-Brillen (VR steht für „Virtuelle Realität“) sind das wohl bekannteste Beispiel „immersiver Technologien“, mit deren Hilfe wir in virtuelle Welten eintauchen. Sie nutzen aus, dass sich das menschliche Gehirn – eigentlich ein erstaunliches Meisterwerk – relativ einfach austricksen lässt. Denn das Gehirn kann vieles, aber nicht in zwei unterschiedlichen Welten gleichzeitig sein. Wenn sich Menschen also eine dieser VR-Brillen aufsetzen, auf denen ein Strandfilm abläuft, dann haben sie irgendwann das Gefühl, am Strand zu sein, weil sie ja nichts anderes zu sehen und zu hören bekommen als einen Strand und das Geräusch von Wellen. Beim Sehen und Hören machen die Forschenden des CDNS allerdings nicht halt. Sie forschen mit vielen Tech-Partnern an multisensorisch-immersiven Technologien, das heißt, sie wollen uns eine leichte Brise am Strand auch noch fühlen und in Zukunft vielleicht sogar die Seeluft riechen lassen.
Die psychosozialen Möglichkeiten dieser Technologie nutzt das Projekt „Multi-Immerse“ dazu, schwer erkrankten Kindern, die ihre Familien nicht treffen dürfen, bestmöglichen Ersatz zu bieten. Eine Alternative, die intensiver, unmittelbarer und sinnlich erfahrbarer ist als ein Videocall oder selbst ein Elternbesuch, bei dem sich die Familie doch in zwei unterschiedlichen Räumen aufhält und durch eine Fensterscheibe getrennt ist. Der therapeutische Nutzen ist evident: Stresshormone fallen in Anwesenheit der Eltern bei Kindern messbar ab, die Nähe ist ein Heilmittel.
„Informatiker etwa befassen sich mit der Frage, wie man die Berührung aufnimmt und das Zentrum für Mechatronik mit der Weiterleitung an das Kind. Neurowissenschaftler optimieren die emotionale Erfahrung bei der übertragenen Berührung“, beschreibt Professor Daniel Strauss, Sprecher des CDNS, die interdisziplinäre Zusammenarbeit. „Um zu klären, ab welchem Alter der Einsatz sinnvoll ist, ist auch die Homburger Kinderpsychiatrie mit involviert“, fügt er hinzu. Das Projekt „Multi-Immerse“ wird derzeit in der Kinderklinik Homburg realisiert, soll im Anschluss aber auch in anderen Bereichen des Gesundheitswesens Anwendung finden.
NeuroSensorik in Kombination mit KI als Frühwarnsystem
Auch bei dem Projekt „Digital Scrubs“ werden Medizin und Informatik eng miteinander verknüpft. Dabei sollen OP-Teams in Krankenhäusern künftig interaktive Assistenzsysteme zur Seite gestellt werden, die „Aufmerksamkeitsressourcen“ optimieren. Schon heute sind Operationen hochtechnisierte, minutiös getaktete Prozesse in OP-Trakten voller Bildschirme. Der Ansatz „neues Gerät, neuer Bildschirm, neuer Alarmton“ verliert im Zusammenwirken mehrerer Geräte allerdings seine Effizienz. Auch führt die zunehmende Vernetzung innerhalb des OP zu mehr Daten, aus denen wertvolle Informationen zur Verbesserung des Eingriffs abgeleitet werden können. Der Nutzen dieser Informationen zur Verbesserung eines Eingriffs ist derzeit allerdings durch die Aufmerksamkeitsressourcen des OP-Teams beschränkt.
Das Projekt „Digital Scrubs“ beschäftigt sich deshalb damit, wie relevante, KI-gestützte OP-Infos ans Chirurgieteam optimal übermittelt werden können und welche Vorteile es hätte, wenn Chirurginnen und Chirurgen ihre Sinne durch AR-Technologie erweitern würden. AR steht für „Augmented Reality“ und bedeutet „erweiterte Realität“, wobei die Forschung am CDNS neben den bekannten AR-Brillen auch das Multisensorische umfasst. Anders als bei VR-Brillen wird die Realität dabei nicht ausgeblendet, sondern AR ermöglicht es der oder dem Operierenden, mit hochauflösenden 3D-Scans ins Patienteninnere zu blicken. „Über die Brille zeigt die KI dem Chirurgen, wo er schneiden soll, auf Basis von Daten, die während der OP in Hochgeschwindigkeit ausgewertet werden“, erklärt Professor Daniel Strauss.
Gleichzeitig soll KI auch eingesetzt werden, um individuell auf die kognitive und emotionale Verfassung des OP-Teams durch spezielle Neurosensorik, zum Beispiel in den OP-Kleidern, einzugehen. „Wenn der Chirurg visuell und akustisch belegt ist, weil er gucken muss, wo er schneidet, und auch noch mit dem OP-Team redet, muss die KI ihm anders mitteilen, dass er um Gottes Willen nicht weiterschneiden darf“, erläutert Professor Strauss. Das könnte zum Beispiel haptisch erfolgen: durch ein Vibrieren der Weste. Vereinfacht gesagt: Neurosensorik soll als Frühwarnsystem wirken und durch das „Aufmerksamkeits-Assistenzsystem“ OP-Fehler minimieren.
Mit diesem multidisziplinären Forschungsprogramm ist Saarbrücken international führend auf dem Gebiet der lebenden Materialien.»
Prof. Dr. Wilfried Weber ist seit Kurzem Wissenschaftlicher Geschäftsführer des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Materialwissenschaft und Biotechnologie verknüpft
Auch das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien arbeitet interdisziplinär. Fachleute aus Materialwissenschaft, Physik und Chemie, aber auch aus der Biologie, Pharmazie und Medizin forschen unter anderem daran, Materialien so zu verändern, dass diese nützliche neue Eigenschaften annehmen: Zerkratzte Lacke heilen sich selbst, Kunststoffe erhalten die Transparenz von Glas und sind dennoch bieg- und knickbar, oder synthetisch hergestellte Materialien werden mit Eigenschaften von natürlichen, lebenden Zellen ausgestattet und dadurch anpassungsfähig und programmierbar gemacht.
Ein wesentlicher Fokus der INM-Forschung liegt auf der Übertragung von biologischen Prinzipien auf das Design neuer Materialien, Strukturen und Oberflächen. Seit März 2023 erweitert und vertieft Professor Wilfried Weber mit seinem Fachgebiet, der materialorientierten synthetischen Biologie, das Forschungsspektrum des Instituts. Weber ist im Tandem mit Professorin Aránzazu del Campo Wissenschaftlicher Geschäftsführer des INM und zugleich Professor für Neue Materialien an der Universität des Saarlandes. Zu seiner Forschung an „lebenden Materialien“ erklärt er: „Der große Vorteil von Organismen ist ihre Fähigkeit, zu spüren, was in ihrer Umwelt passiert, und sich daran anzupassen. Wir übertragen die dafür verantwortlichen biologischen Sensoren und Schalter in Materialien. Auf diese Art konstruieren wir neue Materialien, die ihre Eigenschaften auf die Umgebung abstimmen.“ Sein Team setzt für die minutiöse Steuerung von Genen, Zellen und Materialien vor allem Licht ein und ist damit international führend auf dem Forschungsgebiet der molekularen Optogenetik. „Wir übertragen Mechanismen, wie Pflanzen auf Licht reagieren, in Zellen und diese wiederum in Materialien. So können wir die Eigenschaften der daraus entstehenden lebenden Materialien steuern. Wir sind zum Beispiel in der Lage, über Licht die Stabilität eines Materials zu programmieren“, erläutert Wilfried Weber. Grundsätzlich ist seine Forschung dabei auf Nachhaltigkeit ausgerichtet. In einem seiner Projekte programmiert er Zellen so, dass aus Holzabfällen wie Sägespänen wieder neue Holzwerkstoffe entstehen – als biologisches Upcycling.
Dass der renommierte Biotechnologe, der an der Universität Freiburg im Leitungsteam eines Exzellenzclusters mitwirkte, in das Saarland gewechselt ist, liegt für ihn in der Stärke und Vielfalt des Saarbrücker Forschungsstandortes begründet: „Die kurzen Wege und die kollegiale Zusammenarbeit über Fächergrenzen und Institute hinweg sind eine der großen Stärken des Saarbrücker Campus.“ Ein Beispiel hierfür ist der Leibniz Science-Campus „Lebende Therapeutische Materialien“. Hier bündeln das INM, die Saar-Universität und das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) ihre Expertise, um ganz spezielle lebende Materialien zu entwickeln, die Arzneistoffe produzieren und diese maßgeschneidert und kontrolliert in den menschlichen Körper abgeben. „Mit diesem multidisziplinären Forschungsprogramm ist Saarbrücken international führend auf dem Gebiet der lebenden Materialien. Es gibt in Europa nur zwei weitere große Standorte in diesem stark wachsenden Forschungsfeld.“
Viele alltägliche Anwendungen auf der Erde werden durch die Weltraumforschung vorangetrieben. Forschende aus dem Saarland untersuchen, wie die Schwerelosigkeit Materialien und auch Menschen verändert.
Als am 21. Oktober des Jahres 2022 um 9:25 Uhr die Forschungsrakete MAPHEUS-12 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt von der schwedischen Raketenbasis ESRANGE nahe Kiruna ins Weltall startete, hatte sie Materialien aus Saarbrücken an Bord: Das Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) hatte unter Leitung von Tobias Kraus, Forschungsgruppenleiter am INM und Professor für Kolloid- und Grenzflächenchemie an der Universität des Saarlandes, einen Versuchsaufbau mit Gold-Nanopartikeln zusammengestellt. Die Forschenden wollten beobachten, wie sich Partikel zusammenballen, wenn keine Schwerkraft auf sie wirkt.
Seit mehr als fünf Jahren arbeitet das INM-Team bereits an dem Forschungsprojekt. Schon bei Experimenten im 110 Meter hohen Fallturm in Bremen hatten die saarländischen Forschenden festgestellt, dass sich Feststoffpartikel während der neun Sekunden, in denen im freien Fall keine Gravitation auf sie einwirkt, wesentlich schneller zu Klumpen verbinden als auf dem Erdboden.
Cybersicherheit und die Verbindung mit Künstlicher Intelligenz sind heute ganz
zentrale Themen.»
Prof. Dr. Bernd Finkbeiner, Faculty am CISPA Helmholtz-Zentrum für Informationssicherheit und Professor für Informatik an der Universität des Saarlandes
Bessere Modelle und neue Materialien entwickeln
Im Rahmen des Weltraumflugs in der Forschungsrakete, die eine Höhe von 260 Kilometern erreichte und dann an einem Fallschirm sanft zurück zur Erde schwebte, hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nunmehr sechs Minuten Zeit, um das Verhalten der Partikel in Schwerelosigkeit zu beobachten. „Dass wir das Agglomerationsverhalten der Partikel über einen so langen Zeitraum beobachten konnten, bringt uns ein gutes Stück weiter. Je mehr Daten uns zur Verfügung stehen, desto besser können wir unsere Vermutungen prüfen“, sagt Kraus. „Noch sind nicht alle Daten ausgewertet. Wir hoffen, bessere Modelle für die Agglomeration zu schaffen und sie für neue Materialien nutzen zu können, beispielsweise für die Elektronik.“
Experimente in der Schwerelosigkeit durchzuführen ist ein sehr spannender Ansatz in der Materialforschung. Sie lenken den Blick auf Prozesse und Eigenschaften von Materialien, die man auf der Erde leicht übersieht. So trägt die Weltraumforschung dazu bei, auch alltägliche, „irdische“ Probleme zu lösen.
Aber es sind nicht nur Materialien, die sich in Schwerelosigkeit verändern – sondern auch Menschen. Damit beschäftigt sich die Weltraummedizinerin Bergita Ganse, die Professorin für Innovative Implantatentwicklung am Universitätsklinikum des Saarlandes (UKS) in Homburg ist. „In fast allen Körpersystemen gibt es Veränderungen. Es gibt einen Muskelabbau, das Herz schrumpft, das Gehirn wird an manchen Stellen kleiner und man wächst.“ Um durchschnittlich 5,5 Zentimeter werden Menschen in den ersten 24 Stunden im All größer – das liegt daran, dass sich die Bandscheiben ausdehnen. Auf der Erde angekommen, schrumpfe der Körper auf die ursprüngliche Größe zurück, so Ganse.
Prof. Dr. Bergita Ganse, Weltraummedizinerin und Professorin für Innovative Implantatentwicklung am Universitätsklinikum des Saarlandes (UKS)
Prof. Dr. Tobias Kraus, Forschungsgruppenleiter am INM und Professor für Kolloid- und Grenzflächenchemie an der Universität des Saarlandes
Experimente im All liefern der Medizin wichtige Hinweise
Auch das Gehirn passt sich dem Leben im All an: Nach einem Raumflug lassen sich makrostrukturelle Veränderungen des Gehirns feststellen, etwa mit Blick auf das Gewebevolumen und die Verteilung und Dynamik der Liquorflüssigkeit. Diese Veränderungen könnten damit zusammenhängen, dass Reize und soziale Interaktionen abnehmen. „Der Körper reduziert immer alles, was nicht gebraucht wird. Deshalb stellt sich auch die Frage, ob etwas Ähnliches passiert, wenn wir etwa wegen Corona zu Hause in Isolation sind“, so die Weltraumforscherin. Die Experimente im All könnten Hinweise dafür liefern.
Als Folge von Schwerelosigkeit verschieben sich zudem die Flüssigkeiten im Körper: Die Astronautinnen und Astronauten bekommen ein dickes Gesicht und dünne Beine, weil das Blut nicht mehr von der Schwerkraft nach unten gezogen wird, sondern in Richtung Oberkörper und Kopf wandert. Bei längeren Aufenthalten im Weltall kommt es zum Muskelabbau im ganzen Körper, denn die Muskulatur wird in der Schwerelosigkeit kaum beansprucht. Wenn die Astronautinnen und Astronauten zur Erde zurückkehren, seien ihre Beine am Anfang so weich wie Gummi, erklärt Ganse. „Man muss einige Tage einplanen, bis man wieder normal gehen kann. Bis sich die Knochensubstanz wieder erholt hat, kann es mehrere Jahre dauern.“
Die Erholung von Knochensubstanz ist auch abseits der Weltraumforschung ein Schwerpunktgebiet der Chirurgin. Sie entwickelt nämlich mit ihrem Team intelligente Implantate, die nach Knochenbrüchen zum einen Informationen zum Heilungsverlauf an die behandelnden Ärzte funken – und zum anderen durch mechanische Reize den Wiederaufbau der Knochensubstanz und damit die Heilung vorantreiben. Auf diese Weise sollen die Behandlungsdauer und damit der Leidensweg der Betroffenen verkürzt werden. Das habe auf den ersten Blick nichts mit Weltraum und Schwerelosigkeit zu tun, auf den zweiten aber schon, so Ganse. „Es handelt sich nämlich um exakt dieselben Mechanismen.“
„Ich bekomme jedes Mal
eine Gänsehaut.“
Ein halbes Jahr verbrachte der saarländische ESA-
Astronaut Dr. Matthias Maurer auf der Internationalen Raumstation ISS, bevor er im Mai 2022 auf die Erde zurückkehrte. Hier berichtet er von seinen Erfahrungen.
Herr Maurer, Sie haben Materialwissenschaften an der Universität des Saarlandes studiert. Welche Aufgaben hatten Sie auf der ISS?
Forschung ist der Hauptgrund für unsere Reisen ins All. Wir führen Experimente in den Bereichen Medizin und Lebenswissenschaften, Physik und Materialwissenschaften durch sowie technologische Experimente mit Bezug zur Raumfahrt. Ich war an etwa 150 verschiedenen Versuchen beteiligt. Astronauten müssen sich aber auch um die technische Wartung der Raumstation und Alltagsarbeiten kümmern. Samstags hatten wir z. B. Putztag, um die ISS sauber zu halten. Auch das gehört zu den Aufgaben – egal, welche Ausbildung man hat.
Dazu gehörte sicher auch das Essen mit speziellen Löffeln, die Sie mitgebracht hatten. Was hat es damit auf sich?
Genau, wir haben die ganze Mission über von Edelstahl- und Kupferlöffeln gegessen, die ich extra mitgebracht hatte. Denn diese „Space Spoons“ waren Teil einer Untersuchung darüber, wie sich die antimikrobiotische Wirkung dieser Metalle noch deutlich steigern lässt. Dafür haben Wissenschaftler im Saarland die Löffel mit speziellen Lasern beschossen und so deren Oberfläche ganz fein strukturiert. Diese Struktur sollte nun dafür sorgen, dass Mikroben, die sich dort ablegen, abgetötet werden. Die Experimente werden aktuell noch ausgewertet.
Einmal selbst ins Weltall zu fliegen ist an sich schon unglaublich. Aber was war Ihr schönster Moment?
Mein Außeneinsatz war sicher ein absolutes Highlight, auch wenn anfangs fast alles schieflief, was schiefgehen kann. Am Ende hat jedoch alles wie geplant funktioniert. Aber es gab jeden Tag tolle Momente: Allein wenn ich an den Blick aus der Cupola – dem Fenster der ISS – zurückdenke, bekomme ich jedes Mal Gänsehaut. Die Erde da unten zu sehen, total blau und weiß und dahinter ein unglaublich tiefes Schwarz. Das ist wahnsinnig beeindruckend.
Neben Chancen bringt KI auch neue Sicherheitsrisiken mit sich. Vera Sikes, Fachbereichsleiterin IT-Infrastrukturen beim Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, erklärt im Interview, wie das BSI im Saarland gemeinsam mit der Forschung an Lösungen arbeitet.
Frau Sikes, seit 2021 ist das BSI mit einem eigenen Stützpunkt für KI und IT-Sicherheit in Saarbrücken vertreten. Warum dort und welche Vorteile hat eine physische Präsenz vor Ort?
Das Saarland bietet beste Möglichkeiten für die Vernetzung und den Austausch. Hier gibt es eine hervorragende Universität, renommierte Forschungsinstitute wie das CISPA und interessante Startups. Das Saarland hat mit Cybr360 selbst die Initiative ergriffen, um das Thema IT-Sicherheit voranzutreiben. Mit der Informatik der Universität Saarbrücken, dem DFKI, dem CISPA und deren Ausgründungen arbeiten wir eng zusammen. Vor Ort sind wir, weil trotz aller virtuellen Kommunikationstools der persönliche Austausch und vor allem der Erstkontakt dadurch erheblich erleichtert werden, und das funktioniert auf dem Campus in Saarbrücken besonders gut.
Wie schätzen Sie die Sicherheitslage bei KI derzeit ein?
Die Bedrohungslage ist hoch, und Angriffe finden statt. Es ist wichtig, dass Maßnahmen ergriffen werden, die das Sicherheitsniveau erhöhen und das Know-how bei der Cybersicherheit in Deutschland insgesamt steigern. Der Austausch mit dem CISPA und anderen Partnern bietet die Chance, unsere Arbeit mit der Forschung so zu verknüpfen, dass wir gesellschaftlich relevante Resultate erzielen. Die Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft, Politik und Wissenschaft muss reibungslos funktionieren, und hier sind wir am Standort Saarland hervorragend aufgestellt. Nur durch Kooperation werden wir es schaffen, das Sicherheitsniveau in Deutschland zu erhöhen.
In welchen Branchen besteht besonders großer Bedarf für Sicherheit in der KI?
Im Automobilbereich wird viel mit KI gearbeitet, aber auch in der Biometrie, also der Technik, die bei hoheitlichen Aufgaben wie Grenzkontrollen eingesetzt wird. Wichtig sind die Medizin und das Finanzwesen, wo wir derzeit an konkreten Bewertungsverfahren arbeiten, um den Einsatz von KI-Produkten sicher zu machen.
Was unterscheidet KI-Systeme bei der Sicherheit von anderen IT-Systemen?
Bei der KI liegt unser Fokus darauf, wie nachvollziehbar und sicher ihre Anwendung ist. Wir entwickeln Verfahren, mit denen wir überprüfen können, ob sich die KI so verhält, wie sie soll. Diese Sicherheit ist wichtig für Verbraucher und für die Hersteller, die KI in ihre Produkte integrieren. Darüber hinaus hat das Thema IT-Sicherheit im Zusammenhang mit KI mehrere Aspekte. KI kann selbst zur IT-Sicherheit beitragen, indem sie beispielsweise Angriffe verhindert, erkennt und die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. KI kann auch genutzt werden, um neue Angriffsmethoden zu entwickeln und anzuwenden. Und schließlich kann KI selbst angegriffen werden. Diese Aspekte bearbeiten wir in Saarbrücken auch gemeinsam mit dem CISPA.
Warum muss KI erklärbar sein und wie wird dies erreicht?
Wir analysieren Modelle und Verfahren, die in einer KI zum Einsatz kommen, prüfen, wie sie trainiert wurde, und betrachten ihre möglichen Anwendungsbereiche. Am Beispiel der populären generativen KI wie ChatGPT erklärt: Es ist wichtig, klarzustellen, dass dieses Tool keine Fakten liefert, sondern nur Resultate, die auf Wahrscheinlichkeiten beruhen. Was davon richtig ist, müssen die Nutzerinnen und Nutzer selbst überprüfen. Wichtig ist es auch zu klären, auf welcher Datenbasis die KI trainiert wurde und ob ein eventuell vorhandener Bias, also Vorurteile, ausgeglichen wurde. Auch das gehört für uns zur Sicherheit von KI.
Wie unterstützen Sie damit die Verbraucherinnen und Verbraucher?
Wir wollen ihre Fähigkeit stärken, KI-gestützte Systeme zu beurteilen. Je mehr die Gesellschaft – und damit meinen wir auch Wirtschaft und Politik – über KI weiß, desto besser kann diese eingesetzt werden. Die Stärkung dieser Bewertungskompetenz ist ein Thema, das wir auch gemeinsam mit dem CISPA verfolgen wollen. Dazu gab es bereits einen Austausch mit dem Saarbrücker Startup QuantPi, das aus dem CISPA hervorgegangen ist. Dessen Software legt die Grundlagen offen, die zu den Entscheidungen einer KI führen. Verbraucher sollen erkennen können, wann eine KI zum Einsatz kommt, mit welchen Daten und nach welchen Wertvorstellungen sie trainiert wurde. Wir wollen ein Bewusstsein für die Risiken im Umgang mit KI schaffen.
Mit der Bündelung von Wissenschaft, Technologie und Industrie auf kleinster Fläche setzt das Saarland auf technologische Exzellenz in Megatrends wie Konnektivität und Künstliche Intelligenz.
Konnektivität ist ein Megatrend unserer Zeit. Ohne die digitale Vernetzung abseits von Raum und Zeit wäre vieles von dem, was für uns heute normal ist, kaum vorstellbar. „Connected Intelligence“ bedeutet, dass viele intelligente Systeme im Hintergrund zusammenwirken. „Wenn etwa Drohnen bei der Versorgung von Erdbebenopfern helfen oder Päckchen ausliefern, wirkt da ein komplexes System von Systemen zusammen“, sagt Bernd Finkbeiner, Faculty am CISPA Helmholtz-Zentrum für Informationssicherheit und Professor für Informatik an der Universität des Saarlandes. „Die Drohnen treffen Entscheidungen und tauschen sich aus, etwa bei Informationen über Wetter oder zur Bodenbeschaffenheit.“ Das muss auf eine zuverlässige Art und Weise geschehen, damit beispielsweise der Ausfall einer bestimmten Kommunikationsverbindung nicht das Gesamtsystem betrifft. „Cybersicherheit und die Verbindung mit Künstlicher Intelligenz sind heute ganz zentrale Themen“, sagt Finkbeiner. In den geopolitisch unsicheren Zeiten, in denen wir leben, sei Cybersecurity noch wichtiger geworden. Das CISPA hat sich dabei zu einem der weltweit führenden Kompetenzzentren für die Sicherheit von Betriebssystemen und Hardware, insbesondere bei der Erkennung und Abwehr von Cyberangriffen entwickelt. Obwohl noch ein junges Forschungszentrum, ist das CISPA in diesem speziellen Bereich der Cybersecurity weltweit führend. Das belegt auch der eigens für das CISPA aufgesetzte Risikokapitalfonds des international agierenden Nachhaltigkeitsfonds Sustainable & Invest GmbH aus Frankfurt. Das private Risikokapital von bis zu 50 Millionen Euro ermöglicht es jungen Unternehmerinnen und Unternehmern im Saarland, ihre innovativen Ideen voranzutreiben. „Für uns ist es wichtig, nicht nur Grundlagenforschung zu betreiben, sondern auch in die Wertschöpfung zu dringen“, sagt Finkbeiner.
Cybersicherheit und die Verbindung mit Künstlicher Intelligenz sind heute ganz
zentrale Themen.»
Prof. Dr. Bernd Finkbeiner, Faculty am CISPA Helmholtz-Zentrum für Informationssicherheit und Professor für Informatik an der Universität des Saarlandes
Wissenschaft und Industrie arbeiten nahtlos zusammen
Denn nur wenn Wissenschaft, Forschung und Industrie nahtlos zusammenwirken, können exzellente Lösungen entstehen, die dann für nachhaltige Sicherheit sorgen, sei es in Flugzeugen oder in IT-Netzwerken von Unternehmen, Behörden, Kraftwerken oder Krankenhäusern. Wie ein solches Cluster mustergültig funktioniert, beweist das Saarland. Mit seiner Bündelung von Wissenschaft und Technologie auf kleinster Fläche setzt man hier auf technologische Exzellenz in Megatrends wie Konnektivität und Künstlicher Intelligenz. Auf dem CISPA Innovation Campus in St. Ingbert entsteht in den kommenden Jahren ein Ballungs- und Kristallisationszentrum für Ausgründungen und Ansiedlungen namhafter roßunternehmen in den Bereichen Informatik, Cybersicherheit und verwandten Themen.
Das CISPA liefert Gründerinnen und Gründern perfekte Arbeitsbedingungen und den Unternehmen wissenschaftliches Know-how, Reputation und Fachkräfte. Im Gegenzug kann das CISPA seine Forschung in die Anwendung bringen. „Für die Region wird durch die entstehenden Arbeitsplätze Wohlstand und Wertschöpfung generiert“, sagt CISPA-CEO und Gründungsdirektor Professor Michael Backes. Die IHK Saarland prognostizierte jüngst in einer Studie für die Zukunft allein durch die zu erwartenden CISPA-Ausgründungen regionalwirtschaftliche Effekte von 133 Millionen Euro jährlich. Backes hat sich nicht weniger vorgenommen, als das CISPA zu einem „schlagenden Herzen des Strukturwandels im Saarland“ zu machen.
Anke Rehlinger, Ministerpräsidentin des Saarlandes, und Prof. Dr. Dr. h. c. Michael Backes, Gründungsdirektor und CEO des CISPA Helmholtz-Zentrum für Informationssicherheit, möchten das Saarland zu einem weltweit bekannten Hotspot der IT machen.
Rückenwind von der Stanford-Universität
Die ambitionierten Pläne verwundern nur auf den ersten Blick. Denn wie sonst kaum in Deutschland wirken industrielle Produktion, Wissenschaft und Politik so eng zusammen wie im Saarland. An Themen wie Konnektivität und Künstlicher Intelligenz, die heute mit ChatGPT ihren „iPhone-Moment“ haben, forscht man an der Saar bereits seit Jahren. Als Produktions- und Autoland ist es im Saarland seit Langem sinnvoll, sich intensiv mit KI zu beschäftigen. Bei der Vernetzung von Maschinen, Geräten und Sensoren, die unter dem Stichwort „Industrie 4.0“ eine Erfolgsgeschichte der Wirtschaft in Deutschland darstellt, war das Saarland Pionier. Und so findet sich hier eine in seiner Dichte rare Kombination von exzellenten Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit Kompetenzen in den Bereichen Hardware, Software und Konnektivität – also den wesentlichen Treibern für die Realisierung von Industrie-4.0-Konzepten.
Für Exzellenz auf Top-Niveau sorgt dabei das CISPA-Stanford-Programm. Die kalifornische Elite-Universität hat Absolventen wie die Google-Gründer Larry Page und Sergey Brin, Netflix-Gründer Reed Hastings und Elon Musk hervorgebracht. „Im Rahmen des CISPA-Stanford Center for Cybersecurity forschen und lehren CISPA-Forscher als Gastprofessoren in Stanford“, sagt Finkbeiner, der selbst 2003 an der Stanford-Universität promovierte. „Unsere Forscher bleiben dort für zwei Jahre und kehren dann als Gruppenleiter ans CISPA zurück.“
Datenanalyse mit KI beschleunigen
Firmengründungen im Tech-Bereich sind im Saarland häufig Spin-offs aus Universitäten. Ein Beispiel ist Natif.ai. Das Startup analysiert mit Hilfe von KI-Modellen Daten von Banken, Anwaltskanzleien und Versicherungen extrem schnell und genau. „Wir haben es uns auf die Fahne geschrieben, die Welt vom Papierkram zu befreien“, sagt Natif-ai-Co-Gründer Manuel Zapp, der 2014/15 am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken zu einer sehr spannenden Zeit tätig war, wie er bekennt. „Die CEOs der DAX-Konzerne wollten damals wissen, wie wir KI für ihre Unternehmen verfügbar machen können. Die einen wollten Insights aus ihren Bestandsdaten, die anderen wollten automatisieren. Und dabei waren in 90 Prozent aller Fälle Dokumente involviert.“ Diese Dokumentenprobleme zu lösen, war die Gründungsidee von Natif.ai. Zapp nennt ein Beispiel, wie dabei der Einsatz von KI hilft: „Einer unserer Kunden ist eine Anwaltskanzlei, die einen Berg von Versicherungsdaten hat, wie Schadensgutachten, Restwert eines Autos nach einem Schadensfall oder den Wiederbeschaffungswert. Wir machen die Daten aus diesen Dokumenten für die Automatisierung verfügbar.“
Dabei hilft Natif.ai eine Technologie, die sich Deep OCR nennt. „Dokumente kommen bei uns auch mal als PDF an“, sagt Zapp. „Wenn man den Text aus den Dokumenten verfügbar machen will, funktioniert das unter Zuhilfenahme klassischer Technologien nur mäßig. Mit Deep Learning kann man solche Dokumente nicht nur viel präziser und korrekter auslesen, sondern schafft auch einen Datengrundstamm für das Training weiterer Modelle.“
Cybersecurity Day in Saarbrücken: Jährliche Leuchtturm-Veranstaltung rund um das Thema IT-Sicherheit, Compliance und Datenschutz für Unternehmen und öffentliche Institutionen.
Software bringt Licht in die „Black box“ KI
KI vertrauenswürdig zu machen, ist das Ziel des Saarbrücker Startups QuantPi, das 2020 von KI- und Business-Fachleuten des CISPA und der Universität des Saarlandes gegründet wurde. Vertrauen in KI entsteht nur, wenn deren Entscheidungen für den Menschen nachvollziehbar bleiben. Häufig ist KI aber heute noch eine „Black Box“, weil kaum jemand weiß, was die KI gelernt hat und wie sie zu ihren Vorhersagen gelangt ist.
Die von QuantPi entwickelte Software setzt genau da an und will Entscheidungsprozesse von KI-Systemen nachvollziehbar und transparent machen. Die Software analysiert und überwacht KI-Modelle von Unternehmen und Institutionen und stellt klar, welche Daten und Kriterien in eine von einer KI getroffenen Entscheidung geflossen sind. Die Responsible-AI-Plattform von QuantPi soll zum sicheren und selbstbestimmten Zusammenleben von Menschen mit intelligenten Maschinen beitragen und Gefahren abwehren. In der langen Phase der Forschung und Entwicklung bis hin zur Marktreife stand dem Team der CISPA Incubator zur Seite, sowohl inhaltlich als auch bei der Beschaffung von Mitteln aus dem Programm StartUpSecure des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BmBF). So ist QuantPi bereit für ein Thema, das in naher Zukunft wohl genau solche Wellen schlagen wird wie KI: die Quantencomputer.
Ein Brutkasten für Innovation und Unternehmergeist
1 Bitahoy: Mit KI gegen Cyber-Angriffe
Große Unternehmen, insbesondere solche, die zur kritischen Infrastruktur gehören, geraten zunehmend ins Visier von Hackerinnen und Hackern. Die Systeme dieser Unternehmen müssen permanent kleine und große Attacken analysieren und abwehren, was ein aufwendiger und teurer Prozess ist.
Bitahoy hat eine Lösung entwickelt, wie Unternehmen diesen Prozess mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) automatisieren können – und nebenbei auch noch ein weiteres Problem lösen. „Es gibt einen großen Fachkräftemangel in diesem Bereich, dem wir mit unserer Software entgegenwirken können“, sagt Roman Tabachnikov, einer der drei Gründer von Bitahoy. Das Tool von Bitahoy analysiert bestehende technische Daten aus verschiedenen Geschäftsbereichen, Prozessen und Dokumenten. Die KI kann dann basierend auf ihren Vorkenntnissen Vorfälle priorisieren und Empfehlungen für Entscheidungen bezüglich des Sicherheitsmanagements der Firma abgeben. Dabei werden auch rechtliche Rahmenbedingungen und Voraussetzungen einbezogen.
Das Startup Bitahoy konzentriert sich derzeit vor allem auf Finanzinstitutionen wie Regionalbanken und andere Unternehmen der kritischen Infrastruktur. Mittelfristig soll die KI-Lösung aber auch für kleinere Unternehmen zur Verfügung stehen. „Das wird in Zukunft immer mehr gebraucht werden, in allen Bereichen“, ist sich Roman Tabachnikov sicher.
2 Cysmic: Blutanalyse aus der Espressomaschine
Erysense sieht ein bisschen aus wie eine bekannte Espresso-Kapsel-Maschine, kann aber so viel mehr: Das Gerät ist ein Minilabor samt Mikroskop, das den Blutfluss im Körper des Menschen simuliert, dabei rote Blutzellen analysiert und so unter anderem die Qualität von Blutkonserven überprüfen kann.
Dahinter steckt ein ganzes Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die größtenteils von der Universität des Saarlandes stammen. Sie haben einen Kunststoffchip entwickelt, der winzige Mikrokanäle enthält, und ein Verfahren, rote Blutzellen auf diesen Kanälen zu analysieren. Rote Blutzellen sind in der Lage, sich stark zu deformieren, um Sauerstoff in jeden Winkel des Körpers transportieren zu können. Sind sie geschädigt, gelingt das weniger gut.
Dank Cysmics Verfahren können Auffälligkeiten im Blut frühzeitig festgestellt werden. „Das befähigt uns, Qualitätskontrollen von Blutkonserven durchzuführen“, sagt Dr. Stephan Quint, einer der Gründer von Cysmic. Die große Hoffnung dabei: Aktuell müssen alle nicht eingesetzten Blutkonserven nach 42 Tagen entsorgt werden – auch wenn diese noch länger halten würden. Mithilfe von Erysense können Blutkonserven hingegen spenderspezifisch bewertet werden. „Wir hoffen, so bis zu 20 Prozent mehr Blut im Markt halten zu können“, sagt Quint.
Erysense von Cysmic ist ein Point-of-Care-Blutanalysegerät, das Lab-on-Chip-Technologie, Bildgebung und KI vereint, und kaum größer als eine Espressomaschine ist.
3 IS Predict: KI-Vorreiter aus Saarbrücken
Effiziente Prozesse für Mensch, Maschine, Material und Energieeinsatz zu gestalten – so lautet das Versprechen des auf KI spezialisierten Softwareunternehmens IS Predict aus Saarbrücken. „Unser Ziel ist es, uns als Vorreiter für innovative und leistungsstarke KI-Lösungen zu etablieren“, sagt Britta Hilt, Managing Director und Co-Founder des 2010 gegründeten Unternehmens. Das Saarland habe ein attraktives Umfeld für das damalige KI-Startup geboten, so Hilt. „An der Uni in Saarbrücken gibt es seit vielen Jahrzehnten das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das weltweit einen guten Ruf hat.“ Es gebe zahlreiche Hilfestellungen bei einer Gründung. Zudem nutze IS Predict heute als erfolgreiches Unternehmen diverse Forschungskooperationen. Dabei könne jeder Partner seine spezifische Expertise einbringen.
Weg von der Kohle, hin zu Wasserstoff und elektrischem Strom: Im Saarland soll in wenigen Jahren CO2-neutraler Stahl hergestellt werden. Stefan Rauber und Reinhard Störmer blicken im Doppelinterview auf die Zukunftsaussichten der saarländischen Stahlindustrie.
Herr Rauber, wie zeitgemäß ist es, bei der Stahlherstellung Millionen Tonnen CO2 zu emittieren?
Rauber: Das ist überhaupt nicht mehr zeitgemäß, und deshalb leisten wir mit unserem Transformationsprojekt einen maßgeblichen Beitrag zum Klimaschutz in Deutschland. Vorbehaltlich öffentlicher Förderungen werden wir künftig über eine sogenannte Direktreduktionsanlage und zwei Elektrolichtbogenöfen produzieren, damit gehen wir in eine neue, umweltfreundlichere Ära der Stahlherstellung. Direktreduktion bedeutet, dass mit Hilfe von Erdgas oder Wasserstoff Eisenerz zu Eisenschwamm umgewandelt wird. Statt also wie bisher Kokskohle zu verwenden, nutzen wir in Zukunft klimaschonende Reduktionsmittel zur Stahlherstellung. So werden wir schon bis 2030 die „Fit for 55“-Ziele der Europäischen Union erreichen. Mit diesem Umbau werden wir zum Vorreiter in Deutschland und in Europa.
Herr Störmer, wie unterscheiden Sie sich von Wettbewerbern, die ebenfalls ihre Stahlherstellung umstellen?
Störmer: Neben technischen Unterschieden ist die Menge des eingesparten CO2 entscheidend. Wir wollen mit dieser neuen Herstellungsmethode 3,5 Millionen Tonnen Stahl herstellen und dabei 4,9 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr bis 2030 einsparen. Indem wir sofort 70 Prozent unseres Stahls emissionsärmer herstellen, gehen wir den größten Schritt unter den deutschen Stahlproduzenten.
Wie viel werden Sie investieren und wann soll es losgehen?
Rauber: Wir werden etwa 3,5 Milliarden Euro investieren und setzen die ersten Maßnahmen bereits um. Förderkonform bereiten wir das Baufeld am Standort Völklingen vor, investieren in eine Trafoanlage in Dillingen und arbeiten an der Infrastruktur im Umfeld. Die großen Aufträge für die Elektrolichtbogenöfen und die Direktreduktionsanlagen werden wir voraussichtlich im Frühjahr 2024 vergeben, wenn die baurechtlichen Genehmigungen und die Förderzusagen vorliegen. Damit rechnen wir im Laufe dieses Jahres. Ende 2026 beginnen wir mit der Testphase und gehen Anfang/Mitte 2027 voll in die Produktion.
Warum liegen die Förderzusagen noch nicht vor?
Störmer: Was wir vorhaben, hat es in Deutschland so noch nie gegeben. Hierzulande gibt es keine Direktreduktionsanlagen, außerdem sind unterschiedliche Verfahren auf dem Markt. Für die Förderungen müssen wir drei Quellen kontaktieren: Land, Bund und EU. Dort müssen wir jeweils das Projekt einer Vielzahl von Entscheidern erklären. Das kostet Zeit. Aber zugegeben, die Materie ist komplex, auch wir lernen täglich dazu.
Was wir vorhaben, hat es in Deutschland so noch nie gegeben.»
Reinhard Störmer, Vorsitzender der Montan-Stiftung Saar & Vorsitzender der Aufsichtsräte von: SHS – Stahl-Holding-Saar GmbH & Co. KGaA, der Saarstahl AG, der Dillinger Hüttenwerke und der Dillinger Hütte Saarstahl AG
Was bedeutet die Umstellung für Sie als Unternehmen?
Rauber: Wir kommen aus einer 350-jährigen Geschichte der Stahlherstellung auf Basis von Koks und Eisenerz. Das hat Generationen von Mitarbeitenden und die ganze Region stark geprägt. Nun ändern wir das – radikal –, und das zieht einen starken kulturellen Wandel nach sich, den wir erklären müssen. Das ist uns gelungen: Alle wissen, was und warum wir es wollen, all unsere Mitarbeitenden stehen hinter dem Jahrhundertprojekt. Außerdem ersetzt die neue Technologie nicht nur Anlagen und der Rest bleibt beim Alten. Die Umstellung erfordert umfassende neue Fähigkeiten, Kompetenzen und Prozesse, die eingeübt werden müssen.
Was heißt das konkret für den Standort Dillingen?
Störmer: Vorbehaltlich öffentlicher Förderungen werden die klassischen Hochöfen schrittweise abgeschaltet, die Kokerei, in der bisher der benötigte Koks hergestellt wurde, wird nach der Abschaltung des zweiten Hochofens geschlossen. Dafür wird ein Elektrolichtbogenofen zum Einsatz kommen, in dem nicht mehr nur Roheisen, sondern auch Schrott eingeschmolzen wird. Davon werden etwa zwei Millionen Tonnen pro Jahr verarbeitet, dafür brauchen wir eine ganz neue Logistik. Alles, was zu diesem neuen Verfahren gehört, muss unsere Belegschaft 2027 beherrschen, wenn wir an den Start gehen. Wir sind mit umfangreichen Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen auf einem guten Weg.
Wie schaffen Sie es, in Zukunft konkurrenzfähig zu bleiben?
Rauber: Am Ende muss es gelingen, unsere CO2-neutralen Produkte zu verkaufen. Hier erwarten wir von der Politik in Deutschland und Europa, dass entsprechende Leitmärkte geschaffen werden, denn ohne diese wird es nicht gehen. Eine Regierung kann einerseits nicht fordern, dass alles grün und nachhaltiger werden soll, und andererseits diese Transformation nicht entsprechend unterstützen. Gegenüber Konkurrenten, die ihren Stahl weiterhin auf herkömmliche Weise herstellen, hat ein CO2-neutrales Produkt sonst preislich keine Chance.
Woher wird der Wasserstoff kommen, den Sie brauchen werden?
Störmer: Das Fernziel ist, den Wasserstoff über eine Leitung aus Frankreich zu beziehen, die direkt nach Dillingen führt. Aber schon in der ersten Phase bis 2030 brauchen wir jährlich über 55.000 Tonnen Wasserstoff, der regional hergestellt wird. Wir schaffen uns damit unseren eigenen Markt. Da wir den regionalen Energieanbietern Abnahmegarantien geben können, sind sie bereit, in entsprechende Anlagen zu investieren. Diese werden im Saarland gebaut und die Erstversorgung sicherstellen.
Am Ende muss es gelingen, unsere CO2-neutralen Produkte zu verkaufen. Hier erwarten wir von der Politik in Deutschland und Europa, dass entsprechende Leitmärkte geschaffen werden, denn ohne diese wird es nicht gehen.»
Stefan Rauber, seit Juli 2023 neuer Vorsitzender der Geschäftsführung der SHS – Stahl-Holding-Saar GmbH & Co. KGaA und Vorstandsvorsitzender der beiden Stahlunternehmen Dillinger und Saarstahl AG
Wasserstoff ist teuer, elektrischer Strom auch. Welche Rolle spielen die Energiepreise für Sie in Zukunft?
Rauber: Im Vergleich zu den USA ist der Strompreis in Deutschland deutlich höher. Da sollte sich niemand wundern, wenn die hiesige Industrie beginnt, über den Standort nachzudenken. Der Energiepreis ist der entscheidende Wettbewerbsfaktor, und energieintensive Branchen, zu denen wir gehören, brauchen zwingend einen Industriestrompreis. Die bisherigen politischen Ankündigungen nehmen wir beim Wort – weil wir es müssen. Wir haben ein klares Bekenntnis zum Saarland abgegeben, und nun erwarten wir ein ebenso klares Bekenntnis der Bundes- und Europapolitik uns gegenüber.
Ist CO2-neutraler Stahl auch für Ihre Kundinnen und Kunden wichtig?
Störmer: Unsere Kunden – und deren Kunden – wollen ihren CO2-Fußabdruck senken. Deshalb wird das Thema auch für uns, die am Anfang der Wertschöpfungskette stehen, wichtig. Nehmen wir die Monopiles, die Stahlfundamente, auf denen Offshore-Windkraftturbinen stehen. Hier sind wir Weltmarktführer, und es wäre nicht zu vermitteln, wenn gerade diese Bleche künftig nicht CO2-neutral hergestellt werden. Ähnliches gilt für den Transport, die Autobranche und zahlreiche andere Industrien, aus denen es bereits viele konkrete Anfragen gibt. Für sie ist es wichtig, in Zukunft auf einen zuverlässigen Partner für CO2-neutralen Stahl setzen zu können. Dieser Partner wollen und werden wir sein.
Was bedeutet CO2-neutraler Stahl für das Saarland: Risiko oder Chance?
Rauber: Wir schaffen damit eine Zukunft für unsere Unternehmen und die Mitarbeitenden. Und wir schaffen einen Wasserstoffmarkt für die gesamte Region. Hinzu kommt: Es entstehen neue Berufsbilder und Arbeitsplätze, die es heute noch nicht gibt. Wir machen das Saarland attraktiv für andere Unternehmen, die sich hier ansiedeln. So werden wir den CO2-neutralen Stahl zu einer echten Chance für das Saarland machen. Ohne die Unterstützung der Politik wird das aber – gerade in der Übergangsphase bis 2030 – nicht funktionieren.
