Hugo-Geiger-Preis 2019

Dr. rer. nat. Sebastian Lapuschkin, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI

Doktorarbeit: Opening the Machine Learning Black Box with Layer-wise Relevance Propagation

Maschinelles Lernen unterstützt mit Erfolg eine Vielzahl von Anwendungen zur Entscheidungsfindung. Dabei werden die Vorhersagen scheinbar intransparent gefällt. Dieser »Black Box-Charakter« beeinträchtigt die Akzeptanz bei zahlreichen Anwendungsgebieten, auf denen das Verstehen individueller Modellvorhersagen und somit das Vertrauen in das Vorhersagemodell unumgänglich sind.

Diesem fundamentalen Problem widmete sich Dr. Sebastian Lapuschkin, Post-Doktorand am Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI, in seiner mit summa cum laude abgeschlossenen Dissertation. Dazu entwickelte der Informatiker mit »Layer-wise Relevance Propagation (LRP)« eine Methode für die Erklärung von individuellen Modellentscheidungen sowie ein methodisches Gerüst für die systematische Analyse genereller, von Systemen der Künstlichen Intelligenz (KI) erlernten, Verhaltensweisen und Vorhersagestrategien.

Mit dieser Methode schafft es Dr. Lapuschkin, die technischen, ethischen und rechtlichen Einschränkungen moderner KI-Ansätze im Wesentlichen beseitigen zu können. Er ebnet so den Weg für den Einsatz und die Anwendbarkeit moderner und leistungsstarker KI in neuen Anwendungsgebieten in einem zuvor nicht realisierbaren Maß an Transparenz.

Dr. Lea Bayer, Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI

Titel Doktorarbeit: Novel approaches to an RSV vaccine: Papillomavirus-based delivery of a genetic vaccine and lowenergy electron irradiation for the production of a killed vaccine

An gleich zwei Ansätzen für neue Impfstoff-Technologien wirkte Dr. Lea Bayer mit ihrer Promotion am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI mit.

Zum einen konnte Dr. Bayer mit dem Ansatz eines genetischen Impfstoffs den Weg für einen Schutz gegen RSV(Respiratorisches Synzytial-Virus)-Infektionen ebnen: Dabei wird der Impfstoff als DNA per »Genfähre« in den Körper auf Basis nicht-humaner Papillomaviren eingeschleust. Vorteile dieser genetischen Impfstoffe sind ihre schnelle Anpassungsfähigkeit auf häufig mutierende Pathogene sowie die Eigenproduktion im Körper des Geimpften.

Zum anderen war Dr. Bayer an der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur chemikalienfreien Herstellung von Totimpfstoffen beteiligt. Mittels niederenergetischer Elektronenbestrahlung werden die Erreger dabei schnell und reproduzierbar abgetötet. Auf diese Weise können Impfstoffe schneller, sicherer und kostengünstiger produziert werden.

Beide Ansätze für Impfstoff-Technologien sind damit hochinnovativ und haben beträchtliche gesellschaftliche und wirtschaftliche Relevanz.

Dr.-Ing. Hendrik Sändker, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Titel Doktorarbeit: Laserbasierte Herstellung funktionaler Beschichtungen aus

partikulärem Polyetheretherketon

Dr.-Ing. Hendrik Sändker entwickelte im Rahmen seiner Promotion am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT neuartige Methoden zur Herstellung funktionaler Beschichtungen aus partikulärem Polyetheretherketon (PEEK) mittels Lasertechnik.

Der Hochleistungskunststoff PEEK eignet sich noch stärker als Magnesium oder andere Metalle für die Beschichtung von metallischen Bauteilen, wenn zusätzlich zum Schutz vor Abrieb hohe Beständigkeit gegen Temperatur und Korrosion erforderlich ist. Solche Anforderungen werden in vielen Branchen benötigt – vom Maschinen- und Automobilbau bis hin zu Anlagen für die Gewinnung erneuerbarer Energien.

Dr. Sändker trug im Rahmen von Förderprojekten mit Industriepartnern wesentlich dazu bei, bedarfsspezifische laserbasierte Herstellungsverfahren zu entwickeln – darunter vor allem als Schlüsseltechnologie ein Zweistrahlverfahren mit signifikant vergrößerter Energieeffizienz.

Gemeinsam mit Partnern wie Schaeffler, Evonik, Mahle und Eloxalwerk Ludwigsburg ELB können die Verfahren in die Industrie überführt werden. Die Firma ELB wurde für das gemeinsam mit dem Fraunhofer ILT entwickelte Verfahren bereits mit dem ThinKing Community Award 2019 der Leichtbauagentur Baden-Württemberg ausgezeichnet.