Forscherinnen und Forscher der TUM werben ERC-Grants in Höhe von 13,7 Millionen Euro ein

Zehnmal hochdotierte EU-Förderung

Prof. Xiaoxiang Zhu vor einem Comptuerbildschirm, auf dem Satellitenbilder zu sehen sind.
Prof. Xiaoxiang Zhu untersucht in einem neuen ERC-geförderten Projekt das Wachstum von Städten mithilfe von Satelliten-Daten und Crowdsourcing-Plattformen. (Bild: U. Benz / TUM)

Forschung

Jedes Jahr fördert der Europäische Forschungsrat, der European Research Council (ERC), ausgewählte wissenschaftliche Projekte. Für die Bewerbungsphase 2016 konnten sich bisher zehn Forschungsprojekte an der Technischen Universität München (TUM) für ERC-Grants qualifizieren. Die hochdotierten Grants gehören zu den wichtigsten europäischen Forschungsförderungen. Gefördert werden Projekte aus den Fakultäten BauGeoUmwelt, Chemie, Informatik, Medizin, Physik und der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik.

Zusammengerechnet werden die Projekte mit gut 13,7 Millionen Euro gefördert. Seit 2008 verzeichnet die TUM 71 ERC-Grants. Die ERC-Grants werden in verschiedenen Kategorien vergeben. Starting Grants für vielversprechenden wissenschaftlichen Nachwuchs und Consolidator Grants für Forscherinnen und Forscher, deren Promotion sieben bis zwölf Jahre zurückliegt. Zusätzlich werden Proof of Concept Grants an Wissenschaftler vergeben, die prüfen wollen, ob aus ihren ERC-Forschungsprojekten marktfähige Innovationen entstehen können.

Anfang 2017 wird voraussichtlich bekanntgegeben, welche Forschungsprojekte mit ERC Advanced Grants gefördert werden. Diese sind exzellenten etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vorbehalten, die in den letzten zehn Jahren Spitzenleistungen vorzuweisen haben.

Consolidator Grants

Prof. Dr. Hendrik Dietz

Professor Hendrik Dietz, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentelle Biophysik an der Fakultät für Physik, erhält einen ERC Consolidator Grant für ein Forschungsprojekt zu DNA-Origami-Motoren.
Während das traditionelle Origami Papier in neue Formen bringt, falten Dietz und sein Team DNA-Moleküle zu wenigen Nanometer großen zwei- oder dreidimensionalen komplexen Formen. DNA-Origami-Motoren, wie sie im Rahmen des aktuellen Projekts entwickelt werden, sind winzige Maschinen, die von Vorbildern aus der Natur inspiriert sind – etwa von Flagellen, mit deren Hilfe sich einige Bakterien fortbewegen. Das Ziel von Hendrik Dietz und seinem Team ist es, Motoren zu entwickeln, die gerichtete Bewegungen ausführen können. In Zukunft könnten Motoren aus DNA beispielsweise dazu eingesetzt werden, um Nano-Geräte zur Verabreichung von Medikamenten an ihren Bestimmungsort zu bringen.

Hendrik Dietz promovierte 2007 an der TUM, danach forschte er an der Harvard Medical School. Seit 2009 ist Dietz Professor für Experimentelle Biophysik an der TUM. Er ist unter anderem Carl von Linde Senior Fellow am Institute for Advanced Study (IAS) der TUM und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis ausgezeichnet. Der ERC hatte seine Forschung zu DNA-Origami bereits 2010 mit einem Starting Grant gefördert.

Prof. Dr. Thomas Neumann

Thomas Neumann ist Professor für Datenbanksysteme an der Fakultät für Informatik. Grundlage für sein ERC-gefördertes Projekt "The Computational Database for Real World Awareness" sind zwei Hardware-Entwicklungen, die bereits heute spürbar sind. Zum einen wird der Hauptspeicher von Computern immer größer. Zum anderen steigt auch die Anzahl der Prozessorkerne - liegt der Durchschnitt auf großen Servern heute noch bei einigen Dutzend, wird er in der nahen Zukunft auf mehrere Hundert steigen. Beide Trends versprechen die Möglichkeit, große Datenmengen zu analysieren und "deep exploration", d.h. die explorative Wissensextraktion, in Echtzeit und parallel zu den sonstigen Rechenschritten eines Computers zu betreiben.

Derzeit findet "deep exploration" jedoch außerhalb des eigentlichen Datenbanksystems statt. Vereinfacht gesagt, findet die Suche nach den Daten, und die Wissensextraktion an verschiedenen Stellen des Rechners statt. Das erfordert die Übermittlung großer Datenmengen und kostet viel Zeit und Rechenleistung. Prof. Neumann will stattdessen ein "rechnendes Datenbanksystem" entwickeln, das sich die enorm gestiegenen Hardware-Ressourcen wirklich zunutze macht. Die Datenverarbeitung und die Ablage der Daten fände darin am gleichen Ort statt - im Hauptspeicher und den Prozessorkernen.

Thomas Neumann ist seit 2010 an der Informatikfakultät der TUM. Nach dem Studium der Wirtschaftsinformatik an der Universität Mannheim promovierte er dort 2005 im Fach Informatik. Vor seiner Berufung an die TUM war Prof. Neumann als Senior Researcher am Max-Planck Institut für Informatik in Saarbrücken tätig.

Prof. Dr. Stephan Sieber

Professor Stephan Sieber, Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie II; erhält einen ERC Consolidator Grant für sein Projekt zur Suche nach krankheitsrelevanten Proteinen mit dem Titel: „Chemical proteome mining for functional annotation of disease relevant proteins“ (CHEMMINE).
Trotz des großen Erfolgs von Genomsequenzierungsprojekten und bioinformatischen Analysen ist ein großer Teil der zellulären Proteine funktionell noch immer uncharakterisiert. Siebers Projekt stellt sich dieser Herausforderung, indem es mit Hilfe chemischer Werkzeuge die Gesamtheit aller Proteine in der Zelle, das Proteom, durchkämmt, um damit die Funktion einzelner, insbesondere krankheitsrelevanter Vertreter aufzuklären. Die zum Durchforsten verwendeten Moleküle zeichnen sich dabei durch eine strukturelle Ähnlichkeit zu zellulären Metaboliten aus, die von einer Vielzahl von Proteinen gebunden werden.

Mithilfe dieser Sonden lassen sich die entsprechenden Proteine über analytische Verfahren detektieren und in Abhängigkeit des gebundenen chemischen Moleküls erste Rückschlüsse über die Funktion treffen, die dann in weiteren Arbeiten näher aufgeklärt werden. Ziel ist es hierbei nicht nur das Wissen über diese relevanten Proteine zu vermehren, sondern auch Inhibitoren zu entwickeln, deren biologische Wirksamkeit ebenfalls getestet wird.

Stephan Sieber erhielt den Ruf auf den Lehrstuhl für Organische Chemie II der TUM im Jahr 2009. Sein Ziel ist es, neue Strategien gegen multiresistente Bakterien zu entwickeln. Im Jahre 2010 erhielt er bereits einen ERC Starting Grant sowie eine EXIST-Förderung für das Projekt AVIRU, eine Ausgründung, die auf seinen Forschungsarbeiten basiert.

Starting Grants

Dr. Tim Czopka

Dr. Tim Czopka vom Institut für Zellbiologie des Nervensystems der Fakultät für Medizin erforscht die Entwicklung des zentralen Nervensystems. Mithilfe des ERC Starting Grants will er erstmals sämtliche Zellen eines Zelltyps im Nervensystem über die gesamte Entwicklung eines Individuums „begleiten“.

Im Besonderen interessieren Tim Czopka die sogenannten oligodendroglialen Vorläuferzellen. Von diesen Zellen wird Myelin gebildet, die „weiße Substanz“ unseres Gehirns die Nervenbahnen umhüllt. Myelin-Vorläuferzellen sind in allen Lebensstadien im Körper von Menschen und anderen Wirbeltieren zu finden. Sie können sich vermehren und werden in verschiedenen Fällen zu Myelinzellen umgewandelt, etwa wenn die Myelinhülle einer Nervenfaser beschädigt ist.

Neue Bildgebungsmethoden ermöglichen es Dr. Czopka anhand von Zebrafischen zu beobachten, wie sich die verschiedenen Vorläuferzellen im Laufe des Lebens eines Tieres verändern. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt werden helfen besser zu verstehen, wie externe und interne Faktoren die Zellen des Nervensystems beeinflussen und so dessen Funktion aufrechterhalten wird.

Dr. Tim Czopka studierte Biologie an der Ruhr Universität Bochum und erwarb dort auch seinen Doktortitel an der Graduate School of Neuroscience. Seit 2015 leitet er eine Emmy Noether Gruppe am TUM Institut für Zellbiologie des Nervensystems (TUM-IZN).

Prof. Dr. Ville R. I. Kaila

Biologische Energieumwandlung wird durch komplexe Membranproteine katalysiert, die Redox- und Lichtenergie effizient in andere Energieformen umwandeln. Diese molekularen Maschinen werden durch sogenannte protonengekoppelte Elektronentransfer-Prozesse angetrieben (engl. proton-coupled electron transfer (PCET)), deren grundlegende mechanistische Prinzipien aber noch größtenteils unverstanden sind.

Zusammen mit seiner Forschungsgruppe möchte Professor Ville R. I. Kaila in seinem ERC-Projekt die funktionellen Elemente der PCET-Maschinerie in einer gewaltigen Redox-getriebenen Protonenpumpe, dem Komplex I der Atmungskette, aufklären. Die Gruppe möchte ferner diese funktionellen Prinzipien anwenden, um neue künstliche Enzyme zu konzipieren, wobei computergestützte Multiskalen-Simulationen und biophysikalische Experimente kombiniert werden.

Funktion und Dysfunktion des Komplexes I sind von hoher biomedizinischer Relevanz, da etwa die Hälfte aller mitochondrialen Erkrankungen beim Menschen mit einer beeinträchtigten Komplex-I-Aktivität zusammenhängen. Darüber hinaus dienen seine verschiedenen Module auch als ausgezeichnete Modelle für das Verständnis mechanistischer Prinzipien der biologischen Energiekatalyse und sollen deshalb als Blaupausen für die Entwicklung neuer biomimetischer Energietechniken dienen.
Prof. Kaila studierte an der Universität Helsinki in Finnland. Nach Abschluss seiner Promotion 2009 erhielt er ein langfristiges Stipendium der European Molecular Biology Organization (EMBO) und arbeitete im Laboratory of Chemical Physics an den US National Institutes of Health (NIH). 2013 wurde er zum Tenure Track-Professor für Computergestützte Biokatalyse an die TUM berufen. Prof. Kaila studierte außerdem klassisches Geigenspiel an der Sibelius-Akademie in Helsinki, der einzigen Musikhochschule Finnlands, und ist heute noch als Musiker aktiv.

Prof. Dr. Konrad Tiefenbacher

Die Natur ist eine reiche Quelle biologisch aktiver Moleküle. Eine der größten und vielfältigsten Naturstoffgruppen sind die Terpene. Wesentliche Medikamente wie das Krebsmedikament Taxol (Handelsname Paclitaxel) oder das Malaria-Medikament Artemisinin gehören zur Terpenfamilie. In der Natur werden sie höchst effizient durch eine sogenannte Schwanz-zu-Kopf-Terpencyclisierung gebildet.
Da Chemiker diesen Prozess bisher nicht mit künstlichen Katalysatoren nachahmen können, möchte Professor Konrad Tiefenbacher im Rahmen seines ERC-Projektes diese wichtige Lücke mit Hilfe der supramolekularen Chemie schließen. Aus der Entwicklung solch komplexer Katalysatoren wollen die Forscher ableiten, wie natürliche Enzyme arbeiten. Durch die Verwendung neuer Ausgangsprodukte wollen sie darüber hinaus neue Gebiete der Terpenchemie erschließen.

Konrad Tiefenbacher erhielt seine Chemieausbildung an der Technischen Universität Wien. Später wechselte er an die Universität Wien. 2010 ging er an das Scripps Research Institute in La Jolla (USA). Im Dezember 2011 begann er seine selbstständige Karriere als Juniorprofessor an der Technischen Universität München. 2016 wechselte er auf eine duale Assistenzprofessur der Universität Basel und der ETH Zürich.

Prof. Dr. Agnieszka Wykowska

Agnieszka Wykowska erforscht am Institut für Kognitive Systeme der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, wie Menschen mit Robotern interagieren: Gehen wir mit Maschinen um wie mit unseresgleichen? Vermuten wir, dass sie uns verstehen? Die Antworten auf solche Fragen sind entscheidend für die Weiterentwicklung der künstlichen Intelligenz. Schon heute benutzen wir tagtäglich Suchmaschinen und Navigationssysteme. Künftig werden uns immer mehr Roboter Arbeiten abnehmen. Doch wie kommunizieren wir mit ihnen? Menschen sind soziale Wesen, die sich in ihre Artgenossen hineinversetzen können. Wenn jemand nach einem Glas Wasser greift, nehmen wir an, dass er Durst hat und diesen stillen möchte. Interpretieren wir die Gesten eines Roboters genauso?

Mit den Methoden der kognitiven Neurowissenschaft erforscht Wykowska im Projekt InStance, wie Menschen auf die Gestik und Mimik eines humanoiden Roboters reagieren. Die Versuche sollen erstmal zeigen, wie welche unbewussten Reaktionen Versuchspersonen haben, wenn ihnen ein Roboter etwas sagt oder zeigt. Dabei messen die Forscherinnen und Forscher Gehirnströme und Herzfrequenz sowie die Bewegung der Augen und die Größe der Pupillen.

Wykowska ist seit 2013 Senior Research Associate am Lehrstuhl für Kognitive Systeme der TUM und Privatdozentin am Lehrstuhl für Experimentelle Psychologie der LMU. Seit März 2016 hat sie zudem eine Professur für Engineering Psychology an der Lulea University of Technology in Schweden. Das Projekt InStance wird sie am Italian Institute of Technology (IIT) durchführen.

 Prof Dr. Xiaoxiang Zhu

Xiaoxiang Zhus Forschungsgebiet ist die Signalverarbeitung in der Erdbeobachtung. In ihrem ERC-Projekts So2Sat untersucht die TUM-Professorin mit einer neuen Methode, wie Städte wachen. Immer mehr Menschen ziehen in die Ballungsgebiete, 2050 werden drei Viertel der Erdbevölkerung in Metropolen leben – eine enorme Herausforderung für Stadtplaner und Logistiker. Doch um planen zu können, braucht man Daten, und die sind bisher schwer zu bekommen. In vielen Megastädten weiß niemand, wie viele Menschen in Slums oder Flüchtlingslagern leben.

Diese Wissenslücken will Xiaoxiang Zhu mit einem neuen Kartierverfahren schließen. Hierfür nutzt sie die Daten, die mehrere deutsche und europäische Erdbeobachtungssatelliten, welche mit innovativen Sensortechnologien ausgestattet sind, liefern. Zhu entwickelt neue Algorithmen, um aus diesen Messungen Geo-Information abzuleiten. Auf diese Weise lassen sich Bilder mit hoher Auflösung gewinnen, die sich eignen, Naturgefahren zu erfassen oder Städte zu kartieren. Erstmals werden diese Informationen mit Daten aus sozialen Netzwerken kombiniert: Crowdsourcing-Plattfomen wie OpenStreetMap liefern aktuelles Kartenmaterial; Fotos, die ins Netz gestellt werden, liefern authentische und aktuelle Bilder, auf denen man Gebäude erkennen kann oder sieht, welche Schäden ein Hochwasser hinterlassen hat. Die große Herausforderung besteht darin, diese Informationen zu bündeln und mit Methoden des maschinellen Lernens automatisiert auszuwerten. Im Projekt So2Sat hat sich die Wissenschaftlerin das Ziel gesetzt, Städte und ihre Bevölkerungsdichte zu kartieren und diese Daten der Forschungscommunity zur Verfügung zu stellen.

Xiaoxiang Zhu ist seit 2015 Professorin für Signalverarbeitung in Erdbeobachtung an der Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt. Sie ist außerdem wissenschaftlich Mitarbeiterin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und leitet dort ein Forscherteam sowie eine Helmholtz Hochschulnachwuchsgruppe am DLR und an der TUM. Für ihre Forschung hat sie zahlreiche Auszeichnungen bekommen, darunter der Heinz Maier-Leibnitz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Proof of Concept Grants

Prof. Dr. Andreas Bausch

Das Handling von Flüssigkeiten ist ein integraler Bestandteil der biologischen und medizinischen Forschung. Für viele Anwendungen ist die Methode der Wahl manuelles Pipettieren – obwohl es zeitaufwändig und fehleranfällig ist. Zwar gibt es für Hochdurchsatz-Anwendungen Pipettier-Roboter, doch für viele kleine Arbeiten sind sie nicht einsetzbar.

Innerhalb des ERC-geförderten Projekts SelfOrg entwickelten Professor Andreas Bausch und seine Gruppe ein kleines, automatisiertes Liquid Handling Gerät (AutoLiqHand) für die individuelle Nutzung. Die Mikrofluidik-Plattform automatisiert biomedizinische Experimente und diagnostische Routinen. Darüber hinaus ermöglicht ihr einzigartiges Design, sie flexibel für eine große Zahl von Aufgaben einzusetzen. Das Proof-of-Concept-Projekt zielt auf die Anpassung der AutoLiqHand-Plattform an Marktbedürfnisse und auf Optimierungen ab, die ihre Produktion erleichtern.

Nach dem Physikstudium an der TUM und der Université de Montréal promovierte Andreas Bausch 1999 an der TUM. Ein Emmy Noether Stipendium führte ihn an die Harvard University (Boston, USA). Seit 2008 hat Prof. Andreas Bausch den Lehrstuhl für Zellbiophysik an der TUM inne. Dort forscht er mit dem Ziel, die mechanischen Eigenschaften des Zytoskeletts und die mikroskopischen Mechanismen der Selbstorganisation quantitativ zu verstehen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Identifizierung und physikalische Charakterisierung neuer biomimetischer Materialien.

Prof. Dr. Rüdiger Westermann

Einen Proof-of Concept Grant erhält Professor Rüdiger Westermann für das Projekt „Vis4Weather“. Aufbauend auf die Forschungsergebnisse aus Westermanns ERC Advanced Grant „SaferVis – Uncertainty Visualization for Reliable Data Discovery“ und Forschungsarbeiten aus dem DFG-geförderten transregionalen Sonderforschungsbereich „Wellen, Wolken, Wetter“ sollen die praktischen Einsatzmöglichkeiten der Visualisierung der Unschärfe von Wetterdaten erforscht werden.
Im Rahmen von Westermanns Advanced Grant-Projekts SaferVis entstand die Open-Source Software Met.3D. Diese Software ermöglicht es, nicht nur die Ergebnisse unterschiedlicher Wetterprognosen sondern auch deren Grad von Unsicherheit zu visualisieren. Beim Studium der Wetterphänomene hilft sie, räumliche und zeitliche Aspekte besser zu verstehen.

Im Rahmen des Proof of Concept-Projekts „Vis4Weather“ soll die Software so weiter entwickelt werden, dass sie bei Wettervorhersagediensten genutzt werden kann. Insbesondere das Potenzial von Met.3D für die Ausbildung von Meteorologen und Entscheidungsträgern soll ausgeleuchtet werden. Aber auch die Möglichkeiten der 3D-Visualisierung von Wetterdaten für die breite Öffentlichkeit und die Auswirkung der Darstellung der Unsicherheit der Prognosen sollen erforscht werden.

Professor Rüdiger Westermann ist Inhaber des Lehrstuhls für Computer-Grafik und Visualisierung der TUM. Seine Forschungsgebiete sind Computer-Grafik, wissenschaftliche Visualisierung und numerische Echtzeitsimulation. Sein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung effizienter Algorithmen zur interaktiven Datenexploration und zur physikalischen Simulation von Vorgängen in virtuellen Umgebungen sowie deren Realisierung auf Grafikprozessoren . Die zentralen Forschungsbeiträge der letzten Jahre liegen auf den Gebieten der Unsicherheits-Visualisierung, der Volumen-Visualisierung, der Mehrskalen-Simulation mit finiten Elementen und der hierarchischen Datenrepräsentation.