Forschungskooperationen

Gemeinschaftsprojekte mit der Max-Planck-Gesellschaft

Im Pakt für Forschung haben sich die Forschungsorganisationen gegenüber der Politik zu zusätzlichen Maßnahmen verpflichtet, um die Qualität des Wissenschaftsstandorts Deutschland weiter zu steigern. Eine Maßnahme dient dem Brückenschlag zwischen angewandter und Grundlagenforschung: die Verbesserung der Kooperation zwischen Instituten der Fraunhofer- und der Max-Planck-Gesellschaft. Eine ganze Reihe von Forschungsvorhaben wurde seither von internen und externen Fachleuten geprüft und bewilligt.

 

Laufende Kooperationen und Partner

Abgeschlossene Projekte:

 

 

Laufende Projekte und Kooperationen

© Foto Fraunhofer IAF

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Diamantspitze

DiaNMR ­– Kernspinresonanzspektroskopie auf Nanoebene

Auf Basis der Kernspinresonanz-Spektroskopie entwickeln Forscher vom  Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und vom Fraunhofer-Institut für Festkörperphysik IAF hochsensible Diamantsensoren, die in der Lage sind,  kleinste magnetische Felder nanometergenau zu charakterisieren. Eine künftige Einsatzmöglichkeit ist die Analyse und Kontrolle von Speichermedien, um fehlerhafte Festplattenbereiche zu identifizieren.

Die fortschreitende Digitalisierung in allen Lebensbereichen lässt die weltweit produzierte Datenmenge rasant ansteigen. Waren es im Jahr 2015 noch 8 Zettabytes, soll der Wert bis zum Jahr 2020 laut der EMC Studie „Digital Universe“ auf über 40 Zettabytes ansteigen. Wie unvorstellbar groß diese Zahl ist, visualisieren die Experten der Studie mit folgendem Vergleich: 40 Zettabytes entsprechen 57-mal der Menge an Sandkörnern aller Strände der Erde.

Mit steigendem Datenvolumen steigt auch der Bedarf an kompakten magnetischen Speichermedien. Die Industrie produziert immer dichter beschriebene Festplatten. Aber mit der Datendichte steigt auch die Fehlerquote exponentiell an. Verdoppelt man die Datendichte, verzehnfacht sich die Fehlerrate in der Produktion und der Ausschuss steigt. Oft sind nur einzelne Sektoren der Festplatte fehlerhaft. Mit einem neuen Verfahren der Kernspinresonanz-Spektroskopie haben die Forscher eine Lösung gefunden, die einzelnen Datensegmente auf der Festplatte zu prüfen. Anhand von Diamantsensoren erkennen sie, ob ein Magnetfeld anliegt oder nicht. Diese fehlerhaften Segmente können damit geortet und vom Schreib- und Lesevorgang ausgeschlossen werden. Millionen von Festplatten oder Schreibköpfen können so geprüft, Ausschussraten reduziert und dadurch Kosten gesenkt werden.

Um mit Diamantsensoren Magnetfelder zu identifizieren, wird in der Kohlenstoffanordnung einer winzigen Diamantspitze ein Stickstoffatom eingebracht. Über die Elektronen des entstehenden Stickstoff-Vakanz-Zentrums können mit der Kernspinresonanz-Spektroskopie selbst kleinste magnetische Felder von wenigen Nanometern detektiert werden.

Die Diamantsensoren könnten in Zukunft in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel in der Biomedizin für den Nachweis von Krankheiten und Giftstoffen oder in der Materialwissenschaft für die Zuverlässigkeits- und Sicherheitsprüfung.

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Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Festkörperphysik IAF
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (MPI-FKF)
Laufzeit: 2016 - 2018

PowerQuant – leistungsfähigere Faserlaser

 

Mit ihrem Vorhaben PowerQuant wollen Forscher des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF  die Leistung von Faserlasern erweitern.

Schneiden, Schweißen, Bohren: Laser haben heute vielfältige Einsatzfelder in Wirtschaft und Wissenschaft, etwa als verschleißfreies Werkzeug oder berührungsloses Messinstrument. Innerhalb der Hochleistungsanwendungen weisen vor allem Faserlaser gegenüber anderen Lasertypen Vorteile auf – etwa höchste Ausgangsleistung mit hervorragender Strahlqualität. Bei Hochleistungsfaserlasern treten ab einer bestimmten Leistung unerwünschte Effekte, so genannte Modeninstabilitäten auf.  Dabei lässt die Strahlqualität des Lasers nach und kann nicht weiter gesteigert werden. Mit einer neuartigen 3D-Messtechnik wollen die Forscher das Faserinnere an der Modeninstabilitätsschwelle während des Hochleistungsverstärkerbetriebs zeitaufgelöst in 3D beobachten. Auf Basis der gewonnenen Daten sollen  Strategien entwickelt werden , um das Phänomen der physikalischen Begrenzung zu vermeiden. Als weiteren Aspekt evaluieren die Wissenschaftler eine neue Methode der Leistungsskalierung, die  ein deutliches Verbesserungspotenzial bei Faserlasern verspricht.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik IOF 
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL)
Laufzeit: 2016 - 2018

ZellMOS – Schlüssel für intelligente Zell-Implantate

 

Eine Voraussetzung für zukünftige Gehirn-Computer-Schnittstellen und fortgeschrittene Biosensoren wollen Forscher des Max-Planck-Instituts für medizinische Forschung und des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS schaffen: Eine stabile elektronische Kopplung von lebenden Zellen mit Halbleiterschaltungen zu beherrschen ist der Schlüssel für zukünftige intelligente zelluläre Implantate oder invitro-Kulturen.

Basis des aktuellen Vorhabens ist ein Patent des Max-Planck-Instituts für medizinische Forschung: Dessen Forscher entdeckten, dass Zellen einen langzeitstabilen elektrischen Kontakt aufbauen können, wenn sie sich auf 3D-Elektroden mit spezieller Geometrie befinden. In diesem Fall penetrieren die Elektroden die Zellwände, ohne dass zytotoxische Effekte beobachtet werden konnten. Das tatsächliche Eindringen in die Zelle wurde rasterelektronenmikroskopisch bestätigt.

Im Projekt ZellMOS werden diese Kenntnisse mit einer neuen Entwicklung des Fraunhofer IMS kombiniert, welche die Integration von 3D-Nanostrukturen auf Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS) ermöglicht. Gemeinsam wollen die Forscher beider Wissenschaftsorganisationen zwischen lebenden Zellen und CMOS-integrierten 3D-Elektroden eine direkte, effiziente, bidirektionale und langzeitstabile elektronische Kopplung demonstrieren. Die größte Herausforderung erwarten die Forscher bei der Langzeitstabilität. Dazu werden sie den Ablauf von elektrochemischen Prozessen im Zellinneren an der Elektrode, die aus Ruthenium-Nadeln gefertigt werden, untersuchen.

Im Rahmen ihrer Zusammenarbeit hoffen die Wissenschaftler, grundlegende biophysikalisch-chemische Fragen zu beantworten und damit zur Entwicklung neuer intelligenter Implantate und Sensoren beizutragen.   

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Max-Planck-Institut für medizinische Forschung  (MPIMF)
Laufzeit: 2016 - 2018

Dendrorefining – Ein neuer Ansatz zur stofflichen und energetischen Nutzung von Lignin

 

Biomasse zu verbrennen ist Verschwendung. Schließlich hat die Natur darin komplexe organische Verbindungen verarbeitet, die sich als Ausgangsmaterialien etwa für Kunststoffe oder für Bio-Treibstoffe eignen. Diese Substanzen aus Lignin zu gewinnen, ist Ziel des Projektes Dendrorefining, an dem das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beteiligt sind. Lignin ist ein wichtiger Bestandteil von Biomasse, der in großen Mengen bei der Produktion von Bioethanol und in der Papierindustrie abfällt und bisher größtenteils verbrannt wird. Die Forscher der Kooperation erforschen katalytische Prozesse, um das Biopolymer Lignin mit Wasserstoff in seine chemischen Bausteine zu spalten. Diese lassen sich zum einen direkt in der chemischen Industrie einsetzen. Zum anderen lassen sich daraus Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe als Treibstoffe erzeugen – auch dafür entwickeln die Wissenschaftler des Dendrorefining-Projektes Katalysatoren und chemische Verfahren. Der so produzierte Wasserstoff, der bisher weitgehend aus Erdgas oder Erdöl hergestellt wird, soll verwendet werden, um Lignin in einem nachhaltigen Prozess spalten.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Laufzeit: 2012 - 2016

Magnetresonanz-Tomografie in Echtzeit und ihre Anwendung in der kardialen Funktionsdiagnostik

 

Aufnahmen mit der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) dauern mindestens einige Sekunden. Patienten dürfen sich während dieser Zeit nicht bewegen. Herz-Untersuchungen benötigen daher eine Synchronisation mit dem Elektrokardiogramm und gleichmäßig verlaufende Herzschläge. In der Regel muss dabei mehrfach der Atem angehalten werden. Wissenschaftlern der Max-Planck-Gesellschaft ist es vor kurzem gelungen, MRT-Aufnahmen in Echtzeit zu realisieren. Dadurch können sie fortlaufende Schnittbilder (MRT-Filme) mit hoher zeitlicher Auflösung (30 Bildern pro Sekunde) aufnehmen. Da sich die Technik sich vor allem zur Untersuchung von Herz und Blutgefäßen eignet, wollen sie diese Anwendungen gemeinsam mit Wissenschaftlern der Fraunhofer-Gesellschaft weiter entwickeln und mit geeigneten Bildanalyse-Methoden für medizinische Zwecke nutzbar machen. Die Kooperationspartner arbeiten mit einem der führenden Hersteller von MRT-Geräten zusammen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS
Biomedizinische NMR Forschungs GmbH am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie
Laufzeit: 2012 - 2014

InitialWear – Initiale Werkstoffschädigung an Hochpräzisionswerkzeugen

 

Die Vermeidung von Werkzeugverschleiß ist einer der wichtigsten Aspekte zur Optimierung moderner Fertigungsverfahren. In den umformenden sowie in den zerspanenden Verfahren, die zwei der wichtigsten Klassen der Fertigung darstellen, sind thermo-chemische Verschleißmechanismen vorherrschend.

Ziel des Projektes InitialWear ist es die Verschleißphänomene an Präzisionswerkzeugen wie der Präzisionsblankpresse zur Herstellung hochpräziser Glaslinsen zu untersuchen und in ein Standzeitmodell sowie neue Prozesse und Schutzstrategien zu überführen.
Wenn das Frühstadium der Risse in den Presswerkzeugen verstanden wird, können effektive Maßnahmen zur Standzeitverlängerung unternommen werden, die auf eine ganze Klasse von Werkstoffen anwendbar ist. Produkte ließen sich damit deutlich günstiger fertigen und ein klarer Wettbewerbsvorteil könnte erreicht werden.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
Laufzeit: 2014-2016

LEGASCREEN – Frühtest für Legasthenie

 

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Frühtests für Legasthenie, um betroffenen Kindern die Möglichkeit einer rechtzeitigen Therapie zu bieten. Die meisten gegenwärtigen Verfahren setzen für eine zuverlässige Diagnose einer Lese-Rechtschreibstörung bereits vorhandene Kenntnisse im Lesen und Schreiben voraus. Diese werden allerdings erst in der Schule erworben, so dass solche Tests in der Regel erst am Ende der zweiten Klasse angewandt werden können.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften
Laufzeit: 2012 - 2015

MEGAS – Megahertz Attosekundenpulse zur ultraschnellen Photoelektronenmikroskopie und –spektroskopie  

 

Im Rahmen des Projektes Megas wird eine brillante Pulsquelle entwickelt, die Attosekundenpulse im Spektralbereich des extrem Ultravioletten liefert. Dazu sind Arbeiten im Bereich der Hochleistungs-Faserlaser, Überhöhungsresonatoren zur Erzeugung hoher Harmonischer und der verlustarmer Auskopplung dieser notwendig. Mit Hilfe solch einer Laserquelle wird die Photoelektronenmikroskopie bzw. -spektroskopie mit Attosekunden-Zeitauflösung ausgestattet. Die Arbeiten könnten somit die Grundlage für die Weiterentwicklung der modernen Elektronik liefern, welche immer kleinere Strukturen und immer schnellere elektronische Vorgänge erfordert. Diese direkt mit der notwendigen Orts-, Energie- und Zeitauflösung 4-dimensional (4D) untersuchen und kontrollieren zu können, würde einen kaum zu überschätzenden Einfluss auf die einschlägigen Anstrengungen in einer Vielzahl von Forschungslaboratorien weltweit haben.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Laufzeit: 2014-2016

MEP Pathways as a platform for isoprenoid formation

 

Isoprenoide sind die größte und variantenreichste Klasse an chemischen Stoffen, die in Lebewesen synthetisiert werden. Besonders in Pflanzen besitzen sie vielfältige Funktionen, etwa als Phytohormone oder bei der Fotosynthese. Und auch in der Industrie und der Pharmazie gibt es zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Allerdings lassen sich Isoprenoide bislang kaum industriell herstellen, und auch Pflanzen und Bakterien bilden sie meist nur in sehr geringen Mengen. Das schränkt ihre Verwendung in der Praxis stark ein. Die Natur nutzt zwei Biosynthesewege zur Bildung von Isoprenoiden. In beiden dienen Isopentenyldiphosphat und Dimethylallyldiphosphat als Ausgangsstoffe. Während der seit langem bekannte Mevalonat-Syntheseweg gut verstanden ist, wurde der Methylerythritol-4-phosphat-Weg („MEP pathway“) erst vor kurzem entdeckt. Im Rahmen dieses Projekts wollen die Forscher diesen Syntheseweg quantitativ und im Detail verstehen. Dieses neue Verständnis soll verbesserte Strategien des Metabolic Engineering ermöglich, und so die Biosynthese von besonders seltenen und wertvollen Isoprenoiden optimieren helfen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Laufzeit: 2013 - 2016

HEUSLER – Neue Magnetische Materialien ohne Seltene Erden

 

Leistungsstarke Hartmagnete sind in allen Bereichen des Lebens unerlässlich, etwa in der medizinischen Diagnostik,  zur Energieerzeugung, in der Elektromobilität sowie bei Konsumgütern wie Autos. Derzeit werden dafür Permanentmagnete aus Samarium -Kobalt-Legierungen verwendet, die aus Seltenen Erden hergestellt werden. Bei Seltenen Erden besteht ein hohes Versorgungsrisiko, deshalb ist die Suche nach Alternativen unerlässlich. Heusler-Verbindungen könnten diese Alternative sein. Das Projekt befasst sich mit der Erzeugung von Heusler-Verbindungen mit vergleichbaren magnetischen Eigenschaften wie Hartmagnete aus Seltenen Erden und gleichzeitig geringen Materialkosten. Diese alternativen Materialien sind eine Chance, dass viele Branchen in der deutschen Industrie ihre führende Position bei der Forschung und Entwicklung von Hightech-Produkten festigen können.


Beteiligte Institute:


Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe CPFS
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Laufzeit: 2014-2017

AIM-Biotech – Application of Insect-associated Microbes in industrial Biotechnology

 

In der industrielle (weiße) Biotechnologie wird die Umwandlung von Rohmaterialen in verwendbare industrielle Produkte durch Biotransformation erforscht, meist mit einem Fokus auf Mikroben und / oder Enzyme. Die vielfältigsten Individuen auf der Erde, die Insekten, haben einen Teil ihres evolutionären Erfolgs im Leben unter extremen Bedingungen ihrer eigenen Version der weißen Biotechnologie, der Symbiose mit Mikroorganismen, zu verdanken. Das Projekt AIM-Biotech zielt darauf die Werkzeuge und Methoden der industriellen Biotechnologie zu erweitern. Dabei werden insekten-assoziierte Mikroben untersucht, als biologische Ressource für die Produktion von Enzymen, welche die Konversion in Biomasse ermöglichen. Vielfältige und neueste Methoden der Biochemie, Molekularbiologie und Zellbiologie werden angewendet, um die Zusammenhänge zwischen der speziellen Insektenspezies, welche in bestimmten ökologischen Nischen leben, und ihrem jeweiligen Mikrobiom aufzudecken. Dadurch wird es unter anderem möglich sein, zwischen wirtseigenem und dem durch Symbiont erworbenen Prozess zu unterscheiden und dies für eine effizientere Biomassekonversion zu nutzen

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie
Laufzeit: 2015 - 2019

LightField – Perceptually-aware light field capture, processing and display

 

Ein Lichtfeld wird durch die Anzahl aller Lichtstrahlen definiert, welche ähnlich einem Fenster eine wohl definierte Ebene durchdringen. Könnten alle Lichtstrahlen einer Szene aufgenommen werden, so wäre es theoretisch möglich, die Szene aus jeder Position und mit jeder gewünschten Tiefenschärfe zu rekonstruieren. Lichtfelder erfassen somit alle visuellen Reize, welche das menschliche Auge bei der Betrachtung der Welt erfährt, und übertreffen damit alle bekannten Verfahren wie beispielsweise räumliche Wahrnehmung mittels Stereoskopie. Das Vorhandensein von so genannter Bewegungsparallaxe, bei der sich Objekte relativ zueinander bewegen, wenn der Betrachter seine Position ändert, führt zu einer bisher unerreichbaren Realitätstreue. Allerdings limitiert bisher die ungelöste Erfassung, Verarbeitung und Handhabung der damit verbundenen Datenmengen die Verbreitung der Technik in hochauflösenden digitalen Medien.
Im Projekt „Light Field“ werden diese Schwierigkeiten angegangen und ein vollständiges System von der Lichtfelderfassung über die Lichtfeldbearbeitung bis zum Rendering und der finalen Darstellung entwickelt. Ziel ist die Kombination der Kompetenzen des Fraunhofer IIS in der Lichtfelderfassung und Medienbearbeitung mit den Fähigkeiten des Max-Planck-Instituts für Informatik zur Modellierung der menschlichen Wahrnehmung und der darauf optimierten Verarbeitung. Dies verspricht, die erzielbare Videoqualität und Interaktivität beträchtlich zu steigern.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Max-Planck-Institut für Informatik
Laufzeit: 2015 - 2019

Pompeji als Restaurierungsarchiv und Expositionslabor 

 

Eine interdisziplinäre natur- und geisteswissenschaftliche Untersuchung der über 250-jährigen Restaurierungs- und Musealisierungsgeschichte Pompejis verbunden mit dem Ziel der Entwicklung innovativer, dauerhafter Restaurierungsmaterialien und Verfahren

Die Erhaltung antiker Stätten ist eine der großen Herausforderungen unserer Gegenwart. So steht das weltbekannte Pompeji, die am vollständigsten erhaltene antike Stadt weltweit, aktuell auf der Liste „Heritage at Risk“ der UNESCO Weltkulturerbe-Kommission. Mit der Zusammenführung der technologischen Kompetenzen des Fraunhofer IBP und der kunst- und kulturwissenschaftlichen Expertise des Kunsthistorischen Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Florenz wird dieses Kooperationsprojekt einen substanziellen Beitrag zum Verständnis des Umgangs mit Denkmälern und dem nachhaltigen Schutz des europäischen kulturellen Erbes leisten: In dem naturwissenschaftlichen Ansatz werden die an den pompejanischen Originalen eingesetzten Restaurierungsverfahren und deren Dauerhaftigkeit im Detail analysiert.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung von Architekturoberflächen und Mörteln; die kunsthistorische Untersuchung widmet sich der Geschichte der Restaurierung in ihren zeit-, wissens- und technikhistorischen Kontexten. Auf diese Weise werden die bislang verstreuten oder noch nicht gehobenen Quellen zu 250 Jahren Restaurierungs- und Musealisierungsgeschichte in Pompei (mit Seitenblicken auf Herculaneum) erstmals zusammengeführt, wissenschaftlich analysiert und erforscht. Sie dienen zugleich als Wissensbasis für die Entwicklung neuartiger Restaurierungsmaterialien und für innovative Ansätze in der historischen Erforschung Pompejis. Die gewonnenen Erkenntnisse über die neuzeitliche Gestaltung und Formung der Antikenstätte sind unverzichtbar für eine zukünftige Aufarbeitung und die museale Vermittlung der Bauten.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Kunsthistorisches Institut in Florenz der Max-Planck-Gesellschaft
Laufzeit: 2015 - 2019

AProLAM – ADVANCED ALLOY AND PROCESS DESIGN FOR LASER ADDITIVE MANUFACTURING OF METALS

 

Laser Additive Manufacturing (LAM) ist ein Fertigungsverfahren mit dem Bauteile direkt von einer Computerdatei mit Pulverwerkstoffen über einen Schmelzprozess hergestellt werden können. Das enorme Potential des LAM liegt in der Herstellung maßgeschneiderter Bauteile mit hohem Individualisierungsgrad und hoher Komplexität. Das Potential des LAM kann heute noch nicht ausgeschöpft werden, da bisher nur Werkstoffe verarbeitet werden, die für andere Fertigungsverfahren optimiert wurden. Im Projekt AProLAM sollen nun in einem kombinatorischen Ansatz Legierungsdesign und Prozessdesign aufeinander abgestimmt werden, so dass die spezifischen Charakteristika des LAM wie zum Beispiel die hohen Abkühlraten optimal genutzt werden können. Dazu ist die Expertise des Fraunhofer ILT in der LAM-Prozesstechnik und die des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in der Werkstofftechnik für den Erfolg des Projektes erforderlich. Als Ergebnis werden ausgewählte neue Metalllegierungen entstehen, die optimal an die Prozessbedingungen des LAM angepasst sind und in ihren Eigenschaften den Stand der Technik übertreffen. Darüber hinaus steht das LAM als Verfahren zur Verfügung, mit dem in Zukunft neue Legierungen in kurzen Zeiträumen entwickelt werden können (Rapid Alloy Design)

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
Laufzeit: 2015 - 2019

Abgeschlossene Projekte:

Heterogene Katalyse – Herstellung von Basischemikalien und Treibstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen am Beispiel Dimethylether (DME)

 

Der Katalyse kommt bei der Herstellung chemischer Produkte eine Schlüsselrolle zu. Mit der zu erwartenden Verteuerung und Verknappung des Erdöls werden katalytische Verfahren noch wichtiger. Ein Weg, um das gesellschaftliche Ziel der Reduktion fossiler CO2-Emissionen zu erreichen, liegt in der Umwandlung von Biomasse in sogenanntes Synthesegas, das anschließend durch katalytische Verfahren in eine Reihe verschiedener chemischer Grundstoffe umgewandelt werden kann. Konkretes Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuen kontinuierlichen katalytischen Verfahrens zur Herstellung des vielseitig einsetzbaren Produkts Dimethylether (DME) aus biomassestämmigem Synthesegas. DME kann als Treibstoff eingesetzt werden oder als Grundchemikalie in bisher erdölbasierte Syntheserouten integriert werden. Das katalytische Verfahren soll eine einstufige Direktsynthese ermöglichen und mit einer Biomassevergasung koppelbar sein.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
Laufzeit: 2011 - 2014

ComPASS – Combined Printing, Imaging and Pharmacological Screening of Cultured Bone Marrow Hemospheres

 

In diesem Projekt geht es primär darum, die Funktion des Knochenmarks im Hinblick auf die Produktion hämatopoetischer Stammzellen besser zu verstehen. In zweiter Linie soll ein robustes biologisches Testsystem entstehen, mit dem sich die Umgebung der Stammzellen definieren lässt. Am Ende des Projektes soll ein in vitro assay zur Verfügung stehen, das für die pharmazeutische Industrie von größtem Interesse ist. Als Anwendungsbeispiel steht die Leukämie im Mittelpunkt des Interesses, weil bei Knochenmarkstransplantationen die Stammzellen und ihre Vorläufer sehr gut etabliert sind.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin
Laufzeit: 2011 - 2014

ASKORR – Aktive Schichten für den Korrosionsschutz

 

Der volkswirtschaftliche Schaden durch Korrosion liegt allein in Deutschland bei ca. 20-25 Mrd. €. Die bisher üblichen Schutzmaßnahmen mit Cr-VI Verbindungen waren effektiv, sind jedoch aufgrund des Umweltschutzes nur noch sehr eingeschränkt anwendbar. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung und Herstellung intelligenter Korrosionsschutzsysteme, die gezielt auf externe Einflüsse wie Beschädigungen oder Korrosion und die darauf folgende Ph-Wert- oder Potentialänderung selbstheilend reagieren.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
Laufzeit: 2010-2013

Biomimetic Matrices fort the Development of Autologeous Bone and Cartilage Implants

 

Ziel dieses Vorhabens ist es, autologe Ersatzstoffe für Knochen und Knorpel in Form von biomimetischen, nanoskopisch aufgebauten Implantaten zu entwickeln. In einzelnen Teilprojekten wird das Trägerbiomaterial mit den Zellen vereint und zur Analyse eine Hochdurchsatzmikroskopie entwickelt. Parallel dazu wird untersucht, wie sich die Topographie der Zellen und Liganden durch Photochemie verändert. Weiterhin werden die Mechanik und die Kraftverteilung und deren Beeinflussung erforscht. Von Bedeutung sind außerdem mathematische Modelle zur Beschreibung von molekularen Mechanismen, die für die Gewebezüchtung von Interesse sind. Auf der Anwendungsseite liegt der Schwerpunkt in der Synthese von Partikeln, die Biomoleküle einschließen können, der Herstellung von Membranen mit kontrollierter Porosität und der Charakterisierung von zellulären Determinanten.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik
Max-Planck-Institut für Metallforschung
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Universität Stuttgart
Laufzeit: 2009 - 2012

mHEMT – Prozessoptimierung für niedrigstes Eigenrauschen bei kryogenen Temperaturen

 

Ziel dieses Tandemprojektes ist die Etablierung einer europäischen Quelle für ultrarauscharme Verstärkerschaltungen für die Radioastronomie und die Weltraumforschung. Max-Planck stellt hierzu die erforderliche langjährige Expertise auf dem Gebiet kryogener Verstärker, der Fraunhofer-Partner bringt umfangreiche Erfahrung in der Halbleitertechnologie zur Herstellung von Schaltungen mit exzellenten Rauscheigenschaften bei Raumtemperatur ein. Angestrebt wird eine Optimierung und Qualifizierung der vorhandenen Schaltungstechnologie basierend auf Transistoren mit höchster Elektronenbeweglichkeit für Tieftemperaturanwendungen.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Laufzeit: 2010 - 2013

SAISBECO – Semi-Automated Audiovisual Species and Individual Identification System for Behavioral Ecological Research and Conservation
 

Sowohl in der zoologischen als auch in der Verhaltensforschung ist die Identifizierung einzelner Individuen unabdingbar. Daten, die von Kamerafallen und/oder mittels Akustikaufnahmen erstellt werden, sind bisher für verschiedene Arten nur schwer, langsam und mit hohem manuellem Arbeitsaufwand auszuwerten. Ziel des Projektes ist es, neue Softwaremethoden zur Individuenerkennung verschiedener Arten zu entwickeln. Aufgrund der Kenntnisse bei Fraunhofer soll ein System zur Objekt- und Gesichtserkennung, zur Klassifizierung und ein halbautomatisches System zur Individuenerkennung mit Hilfe Audio-visueller Daten entwickelt werden. Mit diesen Möglichkeiten soll die Verhaltensforschung, Bestimmung der Biodiversität und das Population Monitoring deutlich verbessert werden. Erste Vorarbeiten mit Audio-visuellen Daten wurden bereits gemacht. Kamerafallen werden inzwischen in hohen Stückzahlen von Herstellern weltweit verkauft.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Max-Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie
Laufzeit: 2010 - 2013

MOT - Statische und aktive Metalloptik höchster Qualität für Tieftemperaturanwendungen

 

In diesem Vorhaben geht es um ultrapräzise Metalloptiken, die insbesondere für Weltraumanwendungen entwickelt werden, daneben aber auch für die Wetter- und Klimaerkundung sowie für die optische Nachrichtenübertragung zum Einsatz kommen sollen. Der grundlegende Lösungsansatz in diesem Projekt besteht darin, athermale Spiegelsysteme auf der Basis neuartiger Werkstoffkombinationen zu realisieren und aktive Spiegel für die Korrektur von temperatur- und umweltbedingten Wellenfrontfehlern zu entwickeln. Die Verwendung ausdehnungsangepasster Aluminium-Silizium-Legierungen, kombiniert mit polierbaren Nickel-Phosphor-Dickschichten, ermöglicht die Anwendung deterministischer Polier- und Korrekturverfahren und ist damit Voraussetzung für die Anwendung von Metalloptiken bis hin zum kurzwelligen UV-Wellenlängenbereich. Die Verknüpfung der Metalloptik mit mikrosystemtechnischen, aktorischen Spiegelträgern soll es erstmals ermöglichen, kompakte aktive Systeme einer breiten Nutzung zuzuführen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik
Max-Planck-Institut für Astronomie
Laufzeit: 2009 – 2012

Multi-Reg - Optische Regeneration für Multi-Level-Modulationsformate

 

Das Internet ist längst zum unverzichtbaren Rückgrat unserer Wissensgesellschaft geworden. Eine Vielzahl von breitbandintensiven Anwendungen wie „triple play“, d.h. Sprach-, Daten- und vor allem Video-Verkehr führen zu einer stetigen Erhöhung der Datenmengen, die durch das weltumspannende faseroptische Kommunikationsnetz transportiert werden. Auf mittlere Sicht (10 bis 25 Jahre) muss das Kernnetz dazu in der Lage sein, einige 10 Tbit/s pro Übertragungsfaser über transozeanische Distanzen zu schicken. Der Transport solcher Datenmengen zu möglichst geringen Kosten ist nur durch innovative Techniken möglich, die sich auf mehrstufige Modulationsformate mit gleichzeitiger Modulation von Amplitude und Phase in mehreren Zuständen stützt. Max-Planck und Fraunhofer entwickeln dafür einen neuartigen, rein optischen Regenerator. Hierzu bedarf es der numerischen Simulation der physikalischen Effekte ebenso wie die Kompetenz zum Bau von Prototypen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
Laufzeit: 2009 - 2012

AVATech - Advancing Video/Audio Technology in Humanities Research

 

Neuartige semi-automatische Annotationstechniken sollen in diesem Projekt die Auswertung audio-visueller Daten aus den Sprachwissenschaften um eine Größenordnung beschleunigen. Fortschrittliche Methoden der automatischen Indexierung von akustischen und videogestützten Corpora sollen die Funktionalität bei der Erkennung von Mustern steigern, die in der menschlichen Kommunikation eine Rolle spielen. Die von Fraunhofer entwickelte Technik soll die sprachwissenschaftliche Theoriebildung fördern, sie soll aber in Zukunft auch für Inter-Services und Medienunternehmen angeboten werden.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme
Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut
Max-Planck-Institut für Psycholinguistik
Laufzeit: 2009 - 2012

BIOSOL - Molekulare Analyse und nachhaltige Nutzung der Biodiversität von Solanum tuberosum

 

Im Mittelpunkt dieses Projektes steht die Kartoffel bzw. die nachhaltigen Nutzung der in Solanum tuberosum vorhandenen bzw. induzierbaren Biodiversität. Es geht darum, das wertgebende Organ der Kartoffelknolle (i.) für die menschliche Verwendung zu optimieren und (ii.) Knollenproteine zu identifizieren, die biotechnologisch und medizinisch vielseitig genutzt werden können. Ein Ziel ist dabei die Reduktion des Gehaltes an reduzierenden Zuckern, um so die Bildung bitterer bzw. gesundheitsabträglicher Substanzen nach Kältelagerung bei der Prozessierung von Kartoffelknollen zu verhindern. Der Abbau der Stärke zu reduzierenden Zuckern kann an mehreren Stellen des Stoffwechselweges beeinflusst werden. Ein weiteres Ziel von BIOSOL ist es, die strukturelle und funktionelle Biodiversität von Enzym-Inhibitoren aus Kartoffelknollen in Abhängigkeit von der Eignung bzw. Nicht- Eignung bestimmter Kartoffelsorten für die Chipsproduktion zu analysieren und Genvarianten zu identifizieren, welche die Chips-Eignung positiv beeinflussen. Ferner soll untersucht werden, ob die Biodiversität der Enzym-Inhibitoren eine Funktion als natürliche, pflanzliche Antikörper (‚innate plantibodies’) hat und ob bestimmte Inhibitor-Varianten in biotechnischen Prozessen oder im medizinischen Bereich Anwendung finden können. Da diese Proteine als Nebenprodukt bei der Stärkeisolierung aus Kartoffeln gewonnen werden können, würde der Prozessweg zur Stärkegewinnung ökonomisch deutlich aufgewertet werden

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung
Laufzeit: 2008 - 2011

Autranomics - Large-scale-generation of clonal embryonic stem cell stably expressing tagged BACx using Automated Cell Cultivation, Monitoring and Sorting

 

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Anlage zur automatisierten Zell-Kultivierung, -Überwachung und -Sortierung. Diese Forschung, die an embryonalen Maus-Stammzellen (ES) durchgeführt wird, soll zu einem möglichst hohen Durchsatz (500 Transfizierungen pro Monat) führen. Für die Kultivierung von ES-Zellen ist eine besonders gute Stabilisierung der Aufzuchtbedingungen notwendig.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik
Laufzeit: 2008 - 2011

KORONA - Kohärente Röntgenquelle zur Erzeugung und Analyse von Nano-Strukturen

 

Die Entwicklungen der Strukturgröße in der Halbleitertechnik sind ein Anwendungsbeispiel kurzwelliger XUV-Strahlung, für welche in diesem Projekt Quellen verfügbar gemacht werden sollen. Hierzu wird ein System aus folgenden Komponenten entwickelt: Oszillator, Vorverstärker, Leistungsverstärker, Pulskompression, Überhöhungsresonator mit EUV-Erzeugung und EUV-Auskoppelung. Für die Auslegung des Gesamtsystems und die Komponenten zur Erzeugung der Femtopulse liegt die Federführung bei Fraunhofer, zur Pulskompression und Überhöhung bei Max-Planck.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Laufzeit: 2008 - 2011

ESPResSo - High-Performance Computing im Anwendungsbereich »Computational Physical Chemistry«

 

Im Mittelpunkt des Projektes stand das Softwaretool ESPResSo, mit dem sich sowohl universelle Polymereigenschaften als auch sehr konkrete Eigenschaften speziell charakterisierter Polymersysteme berechnen lassen. Die Palette der eingesetzten Methoden reichte von der Quantenchemie über die Molekulardynamik bis hin zu hydrodynamischen Ansätzen. Das frühere Manko dieser Software bestand darin, dass das handling zu hohe Anforderungen an die Nutzer stellte. ESPResSO wurde durch ein geeignetes Redesign erweitert und zu dem mesoscale-Tool für die wissenschaftliche Community weltweit entwickelt.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Laufzeit: 2008 – 2011

nanoSTRESS - Entwicklung von Maßverfahren und Simulation für Schichtsysteme, Nanostrukturen und innovative Bauelemente

 

Hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, Integrationsdichte und Zuverlässigkeit zukünftiger halbleitertechnologischer Komponenten führen dazu, dass eine Beherrschung lokaler mechanischer Beanspruchungszustände von Halbleiterbasismaterialien erforderlich wird. Dies gilt besonders für die hochintegrierten Bauelemente der Si-basierten Mikroelektronik, für Komponenten einer zukünftigen Nanoelektronik wie auch für Bauteile der Photovoltaik.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Laufzeit: 2008 – 2010

Bioaktive Oberflächen - Models of the Living World and Advanced Nanomaterials for Biotechnology Applications

 

Dieses sogenannte Campusprojekt - alle Partner sind Nachbarn am Wissenschaftsstandort Potsdam-Golm) zielte auf die Entwicklung maßgeschneiderter intelligenter Oberflächen, die nach Bedarf mit Nukleinsäuren, Proteinen, Enzymen oder Zellen wechselwirken können. Dieses Schlüsselthema der modernen Biotechnology ist gleichermaßen aus Sicht der Grundlagen- wie anwendungsorientieren Forschung von wesentlicher Bedeutung. Es verlangt ein koordiniertes Zusammenwirken von Synthesechemie, Physikochemie, Experimentalphysik und Biologie.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Laufzeit: 2007 - 2010

ProBio - Biovergasung für Brennstoffzellen

 

Brennstoffzellen erreichen besonders hohe Wirkungsgrade und nutzen gleichzeitig die entstehende Wärme. Im Unterschied zu Wärmekraftmaschinen arbeiten sie schon im Teillastbestrieb sehr effizient, geräuscharm und bei niedrigen Emissionen. Besonders vorteilhaft ist es, Brennstoffzellen mit wasserstoffreichen Gasen aus Vergasungsprozessen von Biomasse zu betreiben. Gegenstand dieses Projektes war es daher, die Prozessschritte Biomassevergasung, Gasreinigung und elektrochemische Energiewandlung in Brennstoffzellen nicht separat zu betrachten, sondern ihre komplexe stoffliche und energetische Wechselwirkungen im Gesamtprozess detailliert zu analysieren und darauf aufbauend die Integration zu einem energieeffizienten und Ressourcen schonenden Gesamtsystem zu realisieren.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung
Fraunhofer-Institiut für Keramische Technologien und Systeme
Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme
Laufzeit: 2007 - 2009

Simulation von Vielkristallen

 

In diesem Projekt ging es darum, Texturen durch Simulation abzubilden und Verhaltensweisen von Materialien zu simulieren. Anwendung fanden die Ergebnisse in der Mikroelektronik, der Elektrotechnik, der Automobil- und Halbzeugfertigung.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
Laufzeit: 2006 – 2009
www.crystalplasticity.de

Cryo-Systeme – Thermokontrollierte Systembiologie

 

Teams aus beiden Gesellschaften erforschen gemeinsam das Einfrieren von lebenden Zellen für Anwendungen in der Biotechnologie und in der regenerativen Medizin. Dazu wird systematisch untersucht, wie Einfriervorgänge auf die komplexen biochemischen Prozesse in der Zelle wirken. Aus diesem grundlegenden systembiologischen Verständnis heraus werden anschließend die Tieftemperaturtechniken weiterentwickelt.

Beteiligte Institute:

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
Laufzeit: 2010 - 2012

Pakt für Forschung und Innovation

Mit dem Pakt für Forschung und Innovation verfolgen Bund und Länder sowie die Wissenschaftsorganisationen das Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Forschung durch eine bessere Ausschöpfung der vorhandenen Potenziale zu steigern.

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