Stefan Klades Arbeitsplatz liegt mitten in einem der lebendigen Univiertel der Metropole Singapur. Etwa 40 Wissenschaftler:innen arbeiten bei TUMCREATE. Hier führt die TUM gemeinsam mit Partneruniversitäten, Unternehmen und Behörden verschiedene Forschungsprojekte durch, darunter auch Proteins4Singapore, die Herzensangelegenheit von Stefan Klade. Forschende aus den Bereichen Ernährungswissenschaft, Verfahrenstechnik, Lebensmittelchemie und Agrarwissenschaften entwickeln hier proteinreiche Produkte, die gut schmecken, gesund sind und sich möglichst nachhaltig in einer Megacity wie Singapur herstellen lassen. Denn der Stadtstaat ist aufgrund des begrenzten Platzes fast vollständig auf Importe angewiesen. Bis 2030, so das Ziel der Regierung Singapurs, soll ein Drittel der hier verzehrten Lebensmittel auch vor Ort erzeugt werden.

Verkehrsminister Christian Bernreiter erklärt: „Ich freue mich, dass wir die Zusammenarbeit mit der TU München weiter ausbauen. Es ist wichtig, dass wir den Transfer von Konzepten rund um das autonome Fahren in die Praxis erforschen. Das gilt insbesondere für das sichere Zusammenspiel verschiedener Verkehrsteilnehmer und unterschiedlicher Systeme. Als Bauministerium sind wir zudem am innovativen und besonders nachhaltigen Asphaltkonzept auf der Testfläche interessiert.“

TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann betont: „Mit dem modernen Testfeld wollen wir einen wichtigen Beitrag für eine nachhaltige, intelligente Mobilität leisten. Mit dem Testfeld bündeln wir Spitzenforschung mit der Konzeption zukunftsfähiger Verkehrssysteme über die Fahrzeug-, Sensor- und Kommunikationstechnologien bis hin zu den gesellschaftlichen Implikationen einer elektrifizierten autonomen Mobilität. Im Schulterschluss mit Wirtschaft und einer gesellschaftlich verantworteten Politikgestaltung wollen wir den urbanen Verkehr in eine nachhaltige Zukunft führen.“

Unterschätzte Bestäuber: Wespen, Käfer und Co.

Honigbienen, Wildbienen und Hummeln übernehmen den überwiegenden Teil der Bestäubungsleistung. Die Forschenden stellten nun allerdings fest, dass in der Frühsaison andere Insekten wie Wespen, Käfer und Fliegen einen erheblichen Beitrag leisten. Besonders relevant ist dies, weil im Mai früh blühende Pflanzen Bestäubung benötigen, darunter bedeutende Nutzpflanzen wie Erdbeeren, aber auch viele Wildpflanzen. Dann sind diese eher unscheinbaren Insektenarten die häufigsten Blütenbesucher. „Viele dieser Bestäuber sind zudem robuster als Honigbienen und fliegen selbst unter schlechten Bedingungen noch. Ihr Beitrag zur Bestäubung der Pflanzen wird leider völlig unterschätzt“, stellt Forscherin Dr. Julia Schmack dar.

Blütenvielfalt entscheidend für Insekten

Auch wie sich Urbanisierung und damit einhergehende Veränderungen in Blühangebot und Nistmöglichkeiten für Insekten auf deren Vielfalt auswirken, ist bisher wenig untersucht. Bei ihren Beobachtungen stellten die Forschenden fest: Blütenvielfalt zeigt die stärksten Effekte auf die Biodiversität der Insekten. Flächenversiegelung, Gartengröße, Blütenmenge und Nistplätze haben nur geringen Einfluss. Insektenexpertin Schmack erklärt: „Städte bergen ein großes Potential, dem Artensterben entgegenzuwirken, indem wir Lebensräume für Pflanzen und Tiere schaffen.“

Insekten mit unterschiedlichen Nahrungsvorlieben

Um das Zusammenspiel zwischen Insekten und ausgewählten Nutz- und Wildpflanzen besser zu verstehen, beobachteten die Forschenden ihre Interaktionen. Die Insekten zeigten dabei unterschiedliche Nahrungsvorlieben. Lavendel wurde beispielsweise ausschließlich von Bienen angeflogen, Schafgarbe und Gänseblümchen nur von anderen Insekten. Andere Pflanzen zeigten ein breiteres Spektrum an Bestäubern. So bestäuben bei Oregano sowie Ringelblume hauptsächlich Honig- und Wildbienen. Bei Rotklee sowie Löwenzahn beobachtete das Forschendenteam überwiegend Ameisen und Schwebfliegen bzw. Ameisen und Käfer. Bei Erdbeeren sind Ameisen und Wildbienen am Häufigsten zu finden. Für Einwohner:innen von Städten ergibt sich somit ein großes Potenzial, mit ihrer Gartenarbeit mehr Biodiversität zu schaffen. Dr. Julia Schmack stimmen die Ergebnisse optimistisch: „Durch gezielte Pflanzungen können wir urbane Räume so gestalten, dass sie sich positiv auf Insekten auswirken“, so die Forscherin.

Eines der Merkmale von Covid-19 sind Veränderungen der Blutgefäße. Betroffen ist hier insbesondere das Endothel, die Gefäßinnenwand. Durch die Veränderungen werden Organe nicht ausreichend mit Blut versorgt.

Die offizielle Eröffnung des Instituts fand am Donnerstag im Galileo auf dem TUM Forschungscampus in Garching statt.

Prof. Thomas F. Hofmann, Präsident der TUM, gratuliert: „Wir sind sehr froh, mit Francis Kéré einen der bedeutendsten und einflussreichsten Architekten der Gegenwart an der TUM zu haben. Seine einzigartige, die Zukunft unseres Planeten als Ganzes in den Blick nehmende Arbeit ist eine große Inspiration insbesondere für die Studierenden, aber auch für unsere Universität insgesamt.“

Um die Rekordfahrt zu ermöglichen, stellte der Flughafen München einen leeren Flugzeughangar zur Verfügung. Der Hangar garantierte dem Team, auch bei schlechten Wetterbedingungen den Rekord einzufahren. Die Messlatte des bisherigen Rekordhaltenden lag bei 1608,54 Kilometern. Diese Strecke konnten die Münchner bereits nach vier Tagen zurücklegen. Da der Akku des muc022 aber noch nicht leer war, fuhr das Team weiter. Am Ende standen nach 99 Stunden Fahrzeit 2.573,79 Kilometer auf dem Tacho. Übersetzt bedeutet das Resultat auch, dass das TUfast Eco Team einen Verbrauch von 0,6 Kilowattstunden auf 100 Kilometer verzeichnen kann. Zum Vergleich: Extrem sparsame Serienfahrzeuge verbrauchen rund 13 kWh auf 100 Kilometer.

Doch was passiert, wenn unsere derzeit verwendeten Verschlüsselungstechniken nicht mehr sicher sind? Aktuell steckt hinter unserer Verschlüsselung die Idee, dass es schwierig ist, eine große Zahl in ihre Faktoren zu zerlegen. Sobald Quantencomputer leistungsfähig genug sind, um solche mathematischen Probleme zu lösen, wird sich dies jedoch ändern.

Verschlüsselungsverfahren werden in so gut wie allen elektronischen Geräten verwendet. Viele von ihnen besitzen eine sehr lange Lebensdauer und können nicht oder nur sehr aufwendig durch ein Update aktualisiert werden. Satellitenkommunikation ist hierfür ein Beispiel.

• Prof. Klaus Diepold, Lehrstuhl für Datenverarbeitung, Aufsichtsrat des Center for Digital Technology and Management (CDTM)
• Prof. Markus Lienkamp, Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik, Co-Direktor des Münchner Cluster für die Zukunft der Mobilität in Metropolregionen (MCube)
• Prof. Hana Milanov, Professur für International Entrepreneurship, Aufsichtsrätin des Center for Digital Technology and Management (CDTM)
• Prof. Helmut Schönenberger, Vizepräsident für Entrepreneurship der TUM, CEO von UnternehmerTUM

Unipreneurs ist eine Initiative der Investoren Matthias Hilpert und Martin Schilling, des Stifterverbands für die Deutsche Wissenschaft, des Bundesverbands Deutsche Startups, des Branchenverbands Bitkom und des Unternehmens Startupdetector. Die Schirmherrschaft haben Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck und Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger übernommen.

Karsten Stahl: Ja, unbedingt. Wir wollen keinesfalls einfach zum vorherigen Status zurückkehren. Das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst hatte deshalb zusammen mit der Vereinigung der Bayerischen Wirtschaft im vergangenen Jahr das „NewNormal“-Programm ausgeschrieben, mit dem eben ein neues „Normal“ in der Hochschullehre etabliert werden soll: analoge Lehrformate verzahnt mit digitalen. Die TUM ist eine von vier Hochschulen, die gefördert wurden. Wir haben im Mai 2022 ein Pilotprojekt gestartet und uns dabei die Entwicklung einer kompetenz- und bedarfsoptimierten Lehrstrategie vorgenommen.

Was ist darunter genau zu verstehen?

Karsten Stahl: Mit unserem Projekt wollen wir eine ganzheitliche Perspektive auf Lehrformate verankern. Im Projektteam arbeitet primär ein Mitarbeiter meines Lehrstuhls, dem Lehrstuhl für Maschinenelemente, und eine Mitarbeiterin von ProLehre | Medien und Didaktik zusammen. Unterstützt werden wir dabei von rund zehn weiteren Lehrstühlen, die an der Lehre im Maschinenbaustudium beteiligt sind. Grundgedanken des Projektes waren dabei, dass Nachteile des einen Formats durch die Vorteile eines anderen kompensiert werden sollen und zugleich die Lehrformate gezielt auf die Bedürfnisse der Studierenden und den intendierten Kompetenzerwerb eines Moduls abgestimmt werden sollen.

Alexandra Strasser: Genau, dafür orientieren wir uns bei den Studierendenbedürfnissen an den drei Grundbedürfnissen nach Deci und Ryan: soziale Eingebundenheit, Kompetenzerleben und Autonomie. Je nachdem, in welcher Studienphase sich die Studierenden befinden, steht mehr das eine oder das andere Bedürfnis im Vordergrund. Der Beginn des Studiums stellt beispielsweise einen neuen Lebensabschnitt für die Studierenden dar. Hier ist es wichtig, dass ihnen eine schnelle Integration, die Knüpfung von Kontakten und der Beziehungsaufbau zu den Lehrenden ermöglicht wird. Das kann vor allem durch Präsenzelemente, wie Vorlesungen im Hörsaal oder Diskussionen in Kleingruppenübungen, gelingen. Im weiteren Verlauf nimmt der Wunsch nach Autonomie und Kompetenzerleben zu. Asynchrone digitale Elemente wie Moodle-Lektionen, bestehend aus Videos und Zwischenfragen, haben hier ihren Vorteil. Sie geben den Studierenden zeitliche und räumliche Flexibilität, wodurch eine stärkere Selbstorganisation und -steuerung der Studierenden ermöglicht, aber auch gefordert wird.

Rudolf Motzet: Nicht zu vernachlässigen ist dabei die Kompetenzoptimierung der Lehrstrategie. Denn es gibt Kompetenzen, die am besten erworben werden können, wenn sie analog oder digital vermittelt werden. Das Fertigen von Bauteilen lernt man eben am besten an der Fertigungsmaschine. Im Gegensatz dazu kann das Konstruieren mittels einer CAD-Software oder das Erstellen eines SPS-Programmes rein digital vermittelt werden.

Welche Schritte sind Sie während der Pilotphase an der TUM gegangen, um eine solche Lehrstrategie in der Praxis zu verankern?

Rudolf Motzet: Zu Beginn der Pilotphase haben wir aufbauend auf diesen Grundgedanken eine Handreichung für Lehrende ausgearbeitet. Diese definiert zunächst einmal wichtige Fachbegriffe und stellt  anschließend analoge, digitale synchrone und asynchrone Lehr- und Lernelemente gegenüber. Auf dieser Basis werden Leitlinien und Empfehlungen für die Wahl und Ausgestaltung von Lehrformaten gegeben. Eine ausgearbeitete Konzeptionsmatrix stellt den Digitalisierungsgrad aller Lehrveranstaltungen eines Studiengangs dar und soll eine Abstimmung zwischen den einzelnen Modulen erleichtern und die Studierbarkeit gewährleisten. Abgerundet wird das Ganze durch eine Methodensammlung, die den Lehrenden Anregungen für die Ausgestaltung der gewählten Lehrformate geben soll, und ein umfangreiches Glossar, das eine einheitliche Begriffsverwendung garantieren soll.

Im nächsten Schritt wurden, aufbauend auf dem Projekt connecTUM, Lehrstühle für die Pilotphase gewonnen. Mit ihnen zusammen haben wir zuerst für die insgesamt zehn Module und die entsprechend 18 Lehrformate die Konzeptionsmatrix ausgefüllt und dabei die Bedürfnisse und die zu erwerbenden Kompetenzen der Studierenden für das jeweilige Modul und die Stellung im Studium berücksichtigt. Abschließend wurden den Verantwortlichen der einzelnen Module die ausgearbeiteten Unterlagen zur Verfügung gestellt. Damit konnten sie ihre Lehrveranstaltung anpassen oder sich Anregungen für die Ausgestaltung des Formats holen. Währenddessen konnten sie jederzeit Rat und Unterstützung durch die Projektverantwortlichen erhalten.

Alexandra Strasser: Um dann zu erfahren, was die Studierenden als lernförderlich und lernhinderlich empfunden haben, und ob die Berücksichtigung der Studierendenbedürfnisse und die zu erwerbenden Kompetenzen bei der Wahl des Lehrformats einen Einfluss auf die Zufriedenheit und den Kompetenzerwerb der Studierenden haben, haben wir zwei Evaluationen durchgeführt. Bei der ersten Zwischenevaluation im Dezember hatten wir leider sehr wenig Rücklauf. Die zweite haben wir dann angepasst und in die zentrale Evaluation der Lehrveranstaltungen integriert – diesmal mit sehr großer Resonanz.

Was waren die Ergebnisse der Evaluation?

Alexandra Strasser: Die Ergebnisse waren sehr interessant. Sowohl die Lehrenden als auch die Studierenden waren mit dem jeweils gewählten Lehrformat zufrieden und hatten das Gefühl, dass es für die Vermittlung der Inhalte gut geeignet ist. Die Anmerkungen und Änderungswünsche geben darüber hinaus einen Einblick, was die Studierenden als motivierend und lernförderlich oder aber als lernhinderlich empfinden. Betrachtet man die Ergebnisse weiter, lässt sich, wie vermutet, eine starke Schwankung im Austausch zwischen Lehrenden und Lernenden im Zusammenhang mit dem gewählten Lehrformat feststellen: Präsenzveranstaltungen fördern den Austausch, reine Online-Formate mindern ihn. Grundsätzlich zeigt sich in den Ergebnissen, dass sich die Studierenden im dritten Semester mehr digitale Formate wünschen als zu Beginn ihres Studiums.

Rudolf Motzet: Erstaunlicherweise zeigte sich zudem, dass das Flipped-Classroom-Format teils schlechter bewertet wurde als die anderen Formate. Das hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass dieses Format viel Verantwortung an die Studierenden übergibt. Zudem ist es nicht so intuitiv und leicht umsetzbar und bedarf einer sehr guten Konzeptionierung. Hier wäre es für Lehrende empfehlenswert, sich bei der Ausarbeitung des Konzepts von Didaktik-Expert:innen beraten und begleiten zu lassen.

Zudem geben die Ergebnisse erste Hinweise darauf, wie wichtig es für die Studierenden ist, dass sie sich sozial eingebunden fühlen. Das bedeutet, dass man nicht nur in Präsenzveranstaltungen den Kontakt zu und zwischen den Studierenden suchen und fördern sollte, sondern auch in reinen Online-Formaten „präsent“ sein sollte. Vor allem in asynchronen digitalen Formaten, in denen eine hohe Autonomie gefordert wird, ist es gerade für schwächere Studierende wichtig, eine zentrale Ansprechperson zu haben, die ihnen bei Problemen weiterhilft und sie anleitet.

Welches Fazit ziehen Sie nach der Pilotphase – und wie geht es in den nächsten Semestern weiter?

Karsten Stahl: Die Ergebnisse aus der Pilotphase geben uns wichtige Anhaltspunkte für die Wahl und Ausgestaltung von Lehrformaten. Dabei ist es nicht nur wichtig, die Studierenden mit ihren Bedürfnissen und zu erwerbenden Kompetenzen in den Mittelpunkt zu stellen, sondern es sollte ganzheitlich an die Konzeptionierung einer Lehrveranstaltung herangegangen werden.

Rudolf Motzet: Es sollte einerseits eine Bereitschaft auf Seiten der Lehrenden geschaffen werden, sich motiviert mit einer Neu- oder Umkonzeptionierung der Lehrveranstaltung auseinanderzusetzen. Dafür könnten Anreize wie personelle und finanzielle Unterstützung geschaffen werden. Darüber hinaus ist es sinnvoll, mit der Abteilung für Qualitätsmanagement von Studienangeboten an der Universität von Beginn an eng in Austausch zu sein. Und es ist eben enorm wichtig, die Studierenden zu beteiligen. Denn die haben viele konkrete Ideen, was für sie beim Lernen hilfreich oder hinderlich ist. Entsprechend vielversprechend ist es, die Sicht der Studierenden bei der Ausgestaltung von Lehrformaten mit einzubeziehen.

Mini-Roboter: Mit dem Taxi zur Zelle

Die „TACSI-Microrobots“ unterscheiden sich von klassischen humanoiden Robotern oder Roboterarmen in Fabrikhallen. Denn das gesamte System erfordert ein Mikroskop für die Vergrößerung der Mikrowelten, einen Computer sowie einen Laser als Antriebswerkzeug für die etwa 30 Mikrometer großen Mikroroboter, die von einem Menschen gesteuert werden. Das Besondere: Die Roboter können nicht nur erwärmt werden, sie zeigen auch ständig ihre Temperatur an. Das ist wichtig, denn sie sollen sich nicht nur zu einzelnen Zellen hinbewegen, sondern lokal einzelne Zellen oder Zellverbünde erwärmen.

TACSI ist ein Kürzel und steht für „Thermally Activated Cell-Signal Imaging“. Einfach gesagt ist das ein bildbasiertes System, das in der Lage ist, Zellen zu erwärmen und dadurch zu aktivieren. Ausgesprochen lässt sich der Ausdruck nicht von „Taxi“ unterscheiden, was auch passend ist: Schließlich „fährt“ der Roboter künftig exakt zu dem Ort, an dem Zellvorgänge erforscht werden sollen. „Wir haben zum ersten Mal weltweit ein System entwickelt, mit dem sich nicht nur Mikroroboter durch Zellverbände navigieren lassen, sondern Zellen auch gezielt, über Veränderungen der Temperatur, stimulieren lassen“, sagt Prof. Özkale Edelmann.

Wie baut man einen Mikroroboter?

Die Basis für die Produktion von Mikrorobotern ist ein so genannter mikrofluider Chip, auf dem der Fabrikationsprozess abgebildet ist. Auf dem Chip wird von links durch einen Kanal Biomaterial zugeführt, dann von oben und unten über weitere 15 bis maximal 60 Mikrometer dicke Kanäle ein Öl mit spezifischen Komponenten zugegeben, bevor rechts dann fertige Mikroroboter herauskommen. Im Falle des TACSI-Mikroroboter werden folgende Bestandteile hinzugegeben:

• Ein fluoreszierender Farbstoff: Hier wurde das orange Rhodamin-B verwendet, das mehr und mehr seine Farbintensität verliert, je höher die Temperatur ist. So wird der Mikroroboter zum Thermometer für den Betrachter.
• Gold-Nanoteilchen: Die 25 mal 90 Nanometer kleinen Edelmetallzylinder haben die Eigenschaft, sich durch die Bestrahlung mit Laserlicht sehr schnell aufwärmen (und auch wieder abkühlen) zu können. Es dauert gerade einmal wenige Millisekunden, um den Roboter um fünf Grad zu erhitzen. Die Nanoteilchen können auf bis zu 60 Grad Celsius erwärmt werden. Durch den automatischen Temperaturausgleich der Nanoteilchen (Konvektion genannt) setzt sich der Roboter in Bewegung, mit einer Höchstgeschwindigkeit von 65 Mikrometer pro Sekunde.  

„Bis zu 10.000 Mikroroboter können so in einem Produktionslauf hergestellt werden“, erläutert Wissenschaftler Philipp Harder aus dem Forschendenteam. 

Zellen reagieren auf Veränderungen der Temperatur

Um Vorgänge in der Zelle zu beeinflussen, reichen manchmal leichte Veränderungen der Temperatur aus. „Bei einer Verletzung an der Haut, etwa durch einen Schnitt, steigt die Körpertemperatur leicht an, wodurch das Immunsystem aktiviert wird“, erläutert Özkale Edelmann, die mehr darüber erfahren will, ob diese „thermische Stimulation“ für die Wundheilung eingesetzt werden kann. Auch in Hinsicht auf Krebszellen ist noch nicht ausreichend erforscht, ob sie durch Anregung aggressiver werden oder nicht. Aktuelle Studien zeigen, dass bei hohen Temperaturen (60 Grad) Krebszellen absterben und dass Arrhythmien im Herzen und Depressionen behandelt werden können.

Calcium-Import: Ionenkanäle in Zellen öffneten sich

Forschungen im Team von Prof. Özkale Edelmann an Zellen der Niere haben gezeigt, dass sich die Mechanismen der Ionenkanäle in Zellen beeinflussen lassen. Dafür navigierten die Forschenden mit den TACSI-Microrobots an die Zelle heran. „Über den Infrarotlaser haben wir die Temperatur erhöht und über die Intensität von Rhodamin-B die Temperatur bestimmt“, erläutert Wissenschaftler Harder. Und es zeigte sich, dass sich die Ionenkanäle der Zellen bei bestimmten Temperaturen öffneten und beispielsweise Calcium in die Zelle hineinließen. „Wir haben an diesem konkreten Beispiel gezeigt, dass Wärme konkrete Änderungen in der Zelle bewirkt, und zwar schon bei leichten Temperaturerhöhungen“, sagt Özkale Edelmann, die sich nun neue therapeutische Ansätze durch weitere Forschungen erhofft – etwa indem Wirkstoffe in die Zelle geschleust werden können. 

Forscherinnen und Forscher an der TUM konnten bislang insgesamt 198 der renommierten ERC Grants einwerben. Diese werden jedes Jahr in verschiedenen Kategorien vergeben. Starting Grants richten sich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die noch am Anfang ihrer Karriere stehen. Sie sind mit bis zu 1,5 Millionen Euro dotiert. Zusetzlich wird ein weiteres Projekt mit einem  Proof-of-Concept Grant gefördert. Diese werden an Wissenschaftler:innen vergeben, die prüfen wollen, ob aus ihren ERC-Forschungsprojekten marktfähige Innovationen entstehen können.

Ihr Vorgänger Dr. Reiner Kallenborn ist zum 1. März 2023 in den Ruhestand gegangen. Schon davor, im September 2022, hat sie von ihm die Interimsleitung der TUM-Bibliothek übernommen, und seit 1. Juni macht sie den Job ganz offiziell.

Prof. Jens Förderer und Tobias Kircher von der Professur für Innovation und Digitalisierung am TUM Campus Heilbronn haben deshalb erstmals empirisch untersucht, wie sich ein Wegfall von personalisierter Werbung auf das App-Angebot auswirkt. Dafür analysierten sie die Folgen des Verbots von Targeted Advertising, das Google 2019 in seinem Play Store für Android-Apps erließ, die sich an Kinder richten. Die Forscher verglichen den Zeitraum ein Jahr vor und zehn Monate nach dem Bann.