Fraunhofer-GesellschaftFraunhofer stellt sich den aktuellen Herausforderungen für die deutsche Industrie. Mit ihren Leitprojekten setzt sie strategische Schwerpunkte, um konkrete Lösungen zum Nutzen für den Standort Deutschland zu entwickeln. Die Themen orientieren sich an den Erfordernissen der Wirtschaft. Das Ziel ist es, wissenschaftlich originäre Ideen schnell in marktfähige Produkte umzusetzen. Die beteiligten Fraunhofer-Institute bündeln ihre Kompetenzen und binden die Industriepartner frühzeitig in die Projekte ein.
Leitprojekte – Schnelle Umsetzung für den Markt
Experimental Vertical Take-Off and Landing Glider – ALBACOPTER®
Teile des städtischen Verkehrs in die Luft zu verlagern, ist längst kein Zukunftstraum mehr. Innerhalb des Leitprojekts ALBACOPTER soll eine fliegende Experimentalplattform mit der VTOL-Fähigkeit eines Multicopters und den aerodynamischen Vorzügen eines Gleiters entwickelt und für Test- und Demonstrationsflüge zugelassen werden.
Ganzheitliches Verfahren für eine nachhaltige, modulare und zirkuläre Gebäudesanierung – BAU-DNS
Zentrale Ansätze von BAU-DNS sind eine Produktivitätssteigerung, verbunden mit Kostensenkung, und die Erhöhung der Zirkularität und CO2-Neutralität von Materialien und Systemen. Das Konsortium verfolgt dafür drei Stränge: durchgängige Datennutzung, nachhaltige Prozesse und eine systemische Fertigung, die dem Fachkräftemangel entgegenwirken soll.
Cognitive Agriculture – COGNAC
Im Leitprojekt COGNAC forschen acht Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern gemeinsam an Grundlagen, um landwirtschaftliche Produkte ebenso umwelt- und ressourcenschonend wie hocheffizient zu produzieren. Lösungsansätze liegen in der Sensorik zur Datenerfassung sowie in der Digitalisierung und Automatisierung der landwirtschaftlichen Prozesse. Die Analyse hochkomplexer Wechselwirkungen zwischen Biosphäre und Produktion soll in einem Ökosystem vernetzter Daten und Dienste (»Agricultural Data Space«) nutzbar werden und Entscheidungen unterstützen.
Elektrokalorische Wärmepumpen – ElKaWe
Im Leitprojekt ElKaWe arbeiten sechs Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IPM an der Entwicklung elektrokalorischer Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen. Wärmepumpen arbeiten heute nahezu ausschließlich auf Basis von Kompressor-Technologie. Elektrokalorische Wärmepumpen versprechen einen deutlich höheren Wirkungsgrad und kommen ohne schädliche Kältemittel aus. Im Rahmen des Projekts entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler keramische und polymerbasierte elektrokalorische Materialien und arbeiten an einem innovativen Systemansatz, der eine besonders effiziente Wärmeabfuhr ermöglicht.
Empathische technische Systeme für die resiliente Produktion – EMOTION
Das Leitprojekt »EMOTION« will den Bedarf nach Resilienz in der Produktion beantworten. In resilienten, also reaktions-, lern- und anpassungsfähigen Produktionssystemen müssen Menschen, intelligente Maschinen und Produkte synergetisch und kompetenzergänzend zusammenarbeiten. So entsteht in einem turbulenten Geschäftsumfeld Widerstandsfähigkeit gegenüber disruptiven Veränderungen. Eine solche Zusammenarbeit erfordert das wechselseitige Verständnis und gemeinsame Handeln aller beteiligten Akteure, wodurch Empathie zu einer maßgebenden Fähigkeit resilienter Produktionssysteme wird.
Evolutionäre Selbstanpassung komplexer Produktionsprozesse und Produkte – EVOLOPRO
Ziel des Leitprojektes EVOLOPRO ist, evolutionsbiologische Mechanismen zur Erzeugung einer neuen Generation von Produktionssystemen zu nutzen. Solche »Biological Manufacturing Systems« sind fähig, sich analog zu biologischen Organismen selbstständig an neue Anforderungen und Umgebungsbedingungen anzupassen. Ein Biological Manufacturing System benötigt dafür nicht wie die Natur viele Jahrtausende. Durch aktuelle Errungenschaften im Umfeld von Industrie 4.0 kann dies innerhalb kürzester Zeit vollzogen werden.
Ganzheitliche Lösungsansätze zur Bewertung und Entwicklung integraler Karosseriekonzepte für einen nachhaltigen Fahrzeugbau – FutureCarProduction
Das Konsortium des Leitprojektes »FutureCarProduction« wird ganzheitliche Lösungsansätze für die Bewertung neuer Karosseriekonzepte der Automobilindustrie entwickeln. Dazu gilt es Methoden, Prozesse und Technologien zu etablieren, mit denen die ökologische Nachhaltigkeit methodisch bewertet und technologisch gewährleistet werden kann im Zielkonflikt mit technischer Performance und Kosten.
Gekoppelte Agrarsysteme für eine resiliente und ressourcenoptimierte Produktion von hochwertigen Lebensmittelproteinen – FutureProteins
Das Leitprojekt »FutureProteins« kombiniert die Herstellung alternativer Proteinquellen in geschlossenen Agrarsystemen mit einer integrierten Nutzung aller Nebenströme zur Herstellung weiterer Proteinrohstoffe. Als alternative Proteinquellen dienen hierbei bestimmte Pflanzen (Kartoffeln, Weizengras, Luzerne), Insekten (Mehlwürmer), filamentöse Pilze sowie Mikroalgen. Sie enthalten allesamt ein für die menschliche Ernährung hochwertiges Aminosäureprofil sowie gute Anwendungseigenschaften, wodurch sie für die Lebensmittelindustrie sehr attraktiv sind.
Materialien für nachhaltige Tandemsolarzellen – MaNiTU
Im Leitprojekt MaNiTU entwickeln sechs Fraunhofer-Institute nachhaltige, höchsteffiziente und kostengünstige Tandemsolarzellen auf Basis neuer Absorbermaterialien.
Digitales Patientenmodell als Grundlage für personalisierte und kostenoptimierte Behandlung – MED²ICIN
Der digitale Patient – kosteneffiziente und personalisierte Medizin
Im Oktober 2018 startete mit MED²ICIN ein auf vier Jahre angelegtes Fraunhofer-Leitprojekt unter der Leitung des Fraunhofer IGD und Beteiligung sechs weiterer Fraunhofer-Institute. Ziel ist die Schaffung eines ganzheitlichen digitalen Patientenmodells durch die Bündelung aller vorliegenden gesundheitsrelevanten Informationen eines Individuums. Bisher zeitlich und räumlich getrennt voneinander vorhandene Daten in unterschiedlichsten Systemen sollen zu einem digitalen Abbild zusammengeführt werden. Damit lassen sich sowohl enorme Verbesserungspotenziale für eine effektivere Prävention, Diagnostik, Therapie und Versorgung als auch ein intelligenterer Einsatz von Gesundheitsausgaben erreichen.
Analoge neuromorphe Beschleuniger, die effiziente und sichere Smart-Sensoren ermöglichen – NeurOSmart
Das Ziel des Leitprojekts NeurOSmart besteht darin, einen neuen Standard für intelligente hybride Computing-Architekturen in autonomen Maschinen und Transportsystemen zu setzen. Hierfür werden ein hochleistungsfähiges Sensorsystem, KI-gestützte Vorverarbeitung und ein neuartiger hoch performanter, analog-neuromorpher, ultra-low-power In-Memory-Beschleuniger Chip kombiniert. Die Perspektive ist eine Steigerung der Energieeffizienz von sensornaher Datenverarbeitung für mobile, autonome Systeme. Dies ermöglicht die Entwicklung neuartiger autonomer Systeme mit bisher unerreichbarer Intelligenz und Energieeffizienz.
Quantenmagnetometrie – QMag
Am 1. April 2019 startete die Fraunhofer-Gesellschaft das Leitprojekt QMag. Die Freiburger Fraunhofer-Institute IAF, IPM und IWM wollen die Quantenmagnetometrie aus dem universitären Forschungsumfeld in konkrete industrielle Anwendungen überführen. Im Schulterschluss mit den Fraunhofer-Instituten IMM, IISB und dem Fraunhofer Centre for Applied Photonics CAP entwickelt das Forscherteam hochintegrierte und bildgebende Quantenmagnetometer mit höchster Ortsauflösung und optimierter Empfindlichkeit.
mRNA-Wirkstoffe automatisiert produzieren – RNAuto
Innovative Arzneimittel wie neuartige Impfstoffe oder Gen- und. Zelltherapeutika auf Basis von mRNA sollen künftig in einem bezahlbaren Gesundheitssystem einer Vielzahl von Patientinnen und Patienten zur Verfügung stehen. Dafür werden automatisierte Produktionstechnologien benötigt, die sicher und zuverlässig nach den hohen Anforderungen für Arzneimittel (GMP-Zertifizierung) produzieren. Um einen KI-gesteuerten, digital kontrollierten und automatisierten Produktionsprozess im Sinne von Industrie 4.0 zu erarbeiten, bündelt das Konsortium interdisziplinäre Kompetenzen aus Medizin, Biologie und Ingenieurwissenschaften.
Shaping the Future of Green Chemistry by Process Intensification and Digitalization – ShaPID
Die chemische Industrie ist für eine Vielzahl industrieller Wertschöpfungsketten unverzichtbar und einer der wichtigsten Impulsgeber für neue Produktentwicklungen und Innovationen. Globale Herausforderungen in den Bereichen Klimaschutz, Energie- und Ressourceneffizienz haben dazu geführt, dass sich die chemische Industrie ehrgeizige Ziele gesetzt hat, um ihre Produktionsprozesse zu defossilisieren sowie eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung zu etablieren. Die im Leitprojekt »ShaPID« kooperierenden neun Fraunhofer-Institute wollen die chemische Industrie unterstützen, indem sie ihre angewandte Forschung für das Erreichen der herausfordernden Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre FuE-Beziehungen zu einer der innovationsstärksten Branchen intensivieren.
Nachhaltige biobasierte und biohybride Materialien – SUBI2MA
Mit dem Leitprojekt SUBI2MA (Sustainable Biobasied and Biohybrid Materials) stellen wir einen einzigartigen Ansatz zur Biotransformation der Kunststofftechnik vor. Im Zentrum steht der Nutzen von biobasierten Materialbausteinen aufgrund von deren exklusiven molekularen Funktionalitäten. SUBI2MA geht mit diesen Kriterien in der Biotransformation der Kunststoffe noch einen entscheidenden Schritt weiter: Durch die Integration derartiger biologischer Komponenten können zukünftig ganz neue Materialien entwickelt, hergestellt und dem Markt zur Verfügung gestellt werden.
Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen – SWAP
Das Fraunhofer-Leitprojekt »Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen« (SWAP) will neue technologische Konzepte aufzeigen, wie die Produktion der Zukunft gestaltet werden kann. Aktuell werden die zu produzierenden Güter an einzelnen Bearbeitungsstationen klassisch in einer definierten Prozessreihenfolge gefertigt und montiert.
Aus Abfall werden »grüne« Moleküle für die Chemie − Waste4Future
Kohlenstoff im Kreislauf führen, und somit Plastikmüll und Emissionen vermeiden: Das ist das Ziel im Projekt »Waste4Future«. Die Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen IMWS, IZFP, IWKS, IOSB, FHR, LBF und IVV bündeln darin ihre Kompetenzen, um ein entropiebasiertes Bewertungsmodell für kohlenstoffhaltige Abfallströme und neue Technologien für Sensorierung, Sortierung sowie das werkstoffliche und chemische Recycling zu entwickeln. Die angestrebten Ergebnisse tragen zur verbesserten Energie- und Ressourceneffizienz beim Einsatz von Kunststoffen bei und ebnen den Weg für eine Chemieindustrie, die weniger fossile Rohstoffe benötigt und weniger CO2 ausstößt.
Mobilfunk der nächsten Generation – 6G SENTINEL
Mit dem Projekt 6G SENTINEL (Six-G Enablers: Flexible Networks, THz Technology and Integration, Non-Terrestrial Networks, SidElink, and Localization) werden die Weichen für die sechste Mobilfunkgeneration gestellt, deren Einführung für 2030 erwartet wird.
Abgeschlossene Leitprojekte
Sensorsysteme für raue Umgebungen – eHarsh
Ziel des Leitprojekts eHarsh istwar die Entwicklung und Bereitstellung einer Technologieplattform, auf deren Basis Sensorsysteme, bestehend aus Sensorik und Elektronik, für den Einsatz in extrem rauer Umgebung, »extreme harsh environment«, entwickelt und hergestellt werden können. Die Realisierung solcher Systeme erfordert interdisziplinäre Kompetenzen, angefangen bei der Auswahl entsprechender Werkstoffe und Technologien über verschiedene Entwicklungskompetenzen, die Systemintegration für die Applikation bis hin zur Bewertung und Vorhersage von Zuverlässigkeit und Einsatzverhalten.
Towards Zero Power Electronics – ZEPOWEL
Mit der Entwicklung einer extrem energieeffizienten und modularen Hardware wurde im Leitprojekt ZEPOWEL die Basis für ein flächendeckendes Internet der Dinge geschaffen.
Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions – QUILT
Seit einigen Jahren konnten Quantenforscher eine Reihe wissenschaftlicher Durchbrüche erzielen. Ihnen gelingt es nun, exotische Quantenzustände gezielt zu erzeugen, sie zu manipulieren und in richtungsweisenden Experimenten disruptives Anwendungspotenzial zu demonstrieren. Wissenschaftler sprechen von einer »zweiten Quantenrevolution«, in der die Quantentechnologie zur Schlüsseltechnologie der modernen Informationsgesellschaft aufsteigen wird. Insbesondere im Bereich des Quantenimagings ist die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten und Partnern aus Wissenschaft und Industrie exzellent aufgestellt, diese Revolution proaktiv zu gestalten. Auf dieser Basis entwickelte QUILT neue Abbildungs- und Detektionsverfahren.
Machine Learning for Production – ML4P
Im Leitprojekt ML4P forschten sechs Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe an der Entwicklung eines toolgestützten Vorgehensmodells sowie an der Realisierung entsprechender interoperabler Software-Tools, um systematisch das Optimierungspotential in produktionstechnischen Anlagen durch den Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens zu erschließen.
Digitale Fertigung in der Massenproduktion – Innovation der Serienfertigung mit digitalen Druck- und Laserverfahren – Go Beyond 4.0
Im Leitprojekt COGNAC forschen acht Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern gemeinsam an Grundlagen, um landwirtschaftliche Produkte ebenso umwelt- und ressourcenschonend wie hocheffizient zu produzieren.
Next Generation Additive Manufacturing – futureAM
Mit dem Leitprojekt futureAM hat die Fraunhofer-Gesellschaft die Weiterentwicklung der additiven Fertigung metallischer Bauteile systematisch vorangetrieben. Dazu waren sechs erfahrene Institute im Bereich additiver Fertigung – die Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT und die Fraunhofer-Institute IFAM, IGD, ILT, IWS und IWU – eine strategische Projektpartnerschaft eingegangen. Zielesetzung war der Aufbau einer übergreifenden Kooperationsplattform für die hochintegrative Zusammenarbeit und die Nutzung der dezentral verteilten Ressourcen der Fraunhofer-Gesellschaft im Bereich Additive Manufacturing (AM) sowie die Schaffung der technologischen Voraussetzungen für eine praxisrelevante Steigerung von Skalierbarkeit, Produktivität und Qualität von AM-Prozessen für die Fertigung individualisierter Metallbauteile.
Seltene Erden
Das Projekt »Kritikalität Seltener Erden« dient dazu, die Versorgung der deutschen Industrie mit kritischen Rohstoffen, insbesondere mit Seltenen Erden sicherzustellen. Diese Rohstoffe werden unter anderem für starke Magnete in Windkrafträdern oder Elektromotoren gebraucht. Es sollen Lösungen sowohl für die Substitution als auch das Recycling der Metalle Neodym und Dysprosium erarbeitet werden.
Theranostische Implantate
Im Fraunhofer-Leitprojekt »Theranostische Implantate« arbeiten Fraunhofer-Forscher an intelligenten Implantaten, die Diagnostik und Therapie in einem medizintechnischen Produkt vereinen. Zu diesem Zweck entwickeln sie drei Demonstratoren: eine smarte Hüftgelenksprothese, ein Sensorimplantat sowie eine myoelektrische Handprothesensteuerung.
Strom als Rohstoff
Im Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff« haben sich zehn Fraunhofer-Institute unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT zusammengeschlossen. Sie wollen Verfahren entwickeln und optimieren, mit denen CO2-armer Strom genutzt werden kann, um wichtige Basischemikalien zu synthetisieren.
E³-Produktion
Wie sieht die Produktion der Zukunft aus? Konzepte und Technologien dazu sollen im Projekt E³-Produktion entstehen. E³ steht für effizient, emissionsarm und das Einbinden des Menschen in die Produktionsprozesse. Dabei wird ein integrales Stoffstrom- und Energiemanagement genauso verfolgt wie die Entwicklung von Instrumenten, um die Energieeffizienz zu bewerten oder um ergonomische Aspekte zu integrieren.
Elektromobilität
Fraunhofer entwickelte im Leitprojekt Elektromobilität eine Reihe von Komponenten, um die Idee von mehr Stromern auf der Straße Realität werden zu lassen.
Zellfreie Bioproduktion
Eiweiße im industriellen Maßstab ohne Zellen herzustellen — das war das ehrgeizige Ziel der »Zellfreien Bioproduktion«. Wissenschaftler und Ingenieure aus acht Fraunhofer-Instituten haben in einem interdisziplinären Forschungsprojekt komplexe biotechnologische Verfahren entwickelt, die ohne Hilfe intakter Zellen ausgewählte Proteine produzieren.