Aus NaturWissenschaft und Technik

Die biologische Vielfalt ist unsere Lebensgrundlage und eine unerlässliche Ressource für jegliche biobasierte Wirtschaft. Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen sind wichtige Lieferanten für Nahrungsmittel, Materialien und Wirkstoffe. Sie stellen damit die zentrale Ressource für die Bioökonomie dar. Doch wie ist es um sie bestellt, wie kann ihre nachhaltige Nutzung gewährleistet werden, und was bedeutet das für die wirtschaftliche Nutzung?

Programm:

Begrüßung
Prof. Dr. Kurt Wagemann, DECHEMA e.V., Prof. Dr. Volker Mosbrugger, SGN

Bioökonomie im Spannungsfeld zwischen Innovation und ethischem Anspruch
Prof. Dr. Markus Vogt (LMU München und Vorsitzender des Sachverständigenrates Bioökonomie Bayern)

Biodiversität als Grundlage für Naturstoffe
“Bakterielle Konsortien als vielversprechende Basis für Naturstoffe“
Prof. Dr. Helge Bode (Goethe-Universität Frankfurt)

Grenzen der Bioökonomie: Wir können nicht bewerten, was wir nicht verstehen
Prof. Dr.Thomas Hickler (Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung)

Wie kann eine zukunftsfähige Bioökonomie aussehen?
Dr. Steffi Ober, Teamleiterin Ökonomie und Forschungspolitik, NABU, Berlin, Frankfurt am Main

Moderation:
Dr. Sören Dürr, Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Frankfurt am Main

Ort: Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, Arthur-von-Weinberg-Haus, Robert-Mayer-Straße 2, 60325 Frankfurt (Lageplan: hier)

Eintritt frei, Anmeldung erwünscht, Anmeldung nur bei der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Als kompliziert – im Sinne von zu kompliziert – gilt im Alltag eine Situation, die eine uns unnötig hoch erscheinende Vielschichtigkeit aufweist. Um sie zu beherrschen, werden oft „einfache“ Lösungen gesucht, soll also der Grad an Komplexität soweit wie möglich vermindert werden. Für das Auftreten vieler natürlicher Phänomene - beispielsweise Wetterphänomene - ist aber offenbar ein Mindestmaß an Komplexität essentiell. Das gilt insbesondere für das Phänomen „Leben“ mit seinem schon auf mikroskopischer Ebene extrem hohen Komplexitätsgrad. Die komplexe Interaktion von Lebewesen untereinander führt zu weiteren neuen makroskopischen Phänomenen wie dem Schwarmverhalten. Das gilt ebenso für Prozesse in unserem Gehirn, wo Milliarden von Neuronen miteinander wechselwirken. Lassen sich komplexe technische Systeme soweit beherrschen, dass wir „Künstliche Intelligenz“ erschaffen können?
In fünf Vorträgen werden unterschiedliche Aspekte komplexer Systeme vorgestellt.

Robotik ist die Wissenschaft der planvollen, autonomen Navigation und Handhabung. In der künstlichen Intelligenz geht es um das Lernen nach verschiedenen Methoden, wobei noch gar nicht alle komplexen Methoden des Lernens erschlossen sind, zu denen der Mensch fähig ist. Ein vielversprechender Weg liegt in der Verknüpfung von Lernen und Planen, um bereits aus der Vorstellung einer Interaktion Erkenntnis zu ziehen.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Im täglichen Leben sind wir alle Teil von komplexen Systemen. Beispiele sind die Tierwelt und die Vegetation sowie auch kleine Systeme wie Flüssigkeiten, die zum Beispiel beim Kochen entstehen. Viele dieser Systeme nennt man komplex, da sie aus Einzelteilen bestehen, die miteinander wechselwirken und dadurch neue Eigenschaften hervorbringen. Solche neuen Eigenschaften sind zum Beispiel Muster, wie Streifen beim Zebra, Formationen von Vogelschwärmen oder Wolkenbildung. Der Vortrag erläutert, nach welchen Grundprinzipien neue Muster und Funktionen entstehen und wie hiermit Alltagsphänomene besser verstanden werden können.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Computersimulation ist zu einer wesentlichen Quelle naturwissenschaftlicher Erkenntnis geworden. Zur zuverlässigen Simulation komplexer Prozesse aus Wissenschaft und Technik sind moderne numerische Strategien erforderlich, die die Lösung großer Modellsysteme erlauben. Wesentlich sind hierbei Zuverlässigkeit, Effizienz, Robustheit, und vielseitige Anwendbarkeit. Im Vortrag werden grundlegende Voraussetzungen für die Simulation komplexer Systeme erörtert. Wir gehen dabei von Modellen aus, die auf partiellen Differentialgleichungen beruhen, Eine Simulationsstrategie wird vorgestellt, die moderne numerische Techniken einsetzt. Sodann werden verschiedene Anwendungen vorgestellt. Hierzu gehört die Simulation von Strömungen in Umwelt und Technik, Simulation der Diffusion in Biogewebe, Signalverarbeitung in Neuronen, bis hin zur Simulation von Problemen der Astrophysik. Anhand dieser Beispiele diskutieren wir die Durchführbarkeit und Zuverlässigkeit von Simulationen.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Unsere Wahrnehmung spiegelt die Umwelt nicht getreulich wieder, sondern wird von Erwartungen bestimmt und pickt sich die wichtigen Informationen heraus. Das Gehirn steuert die Informationsweiterleitung flexibel, in Sekundenbruchteilen. Dabei sind Hirnrhythmen von großer Bedeutung. Gruppen von Neuronen, also Gehirnzellen, senden ihre Impulse an andere Neurone rhythmisch aus. Das ähnelt Gruppen von Menschen, die eine Botschaft rhythmisch skandieren. Nur Neuronengruppen, die ihre Adressaten in Resonanz versetzen, leiten ihre Botschaft erfolgreich weiter. Zwei Frequenzbereiche unterstützen Kommunikation in die zwei Hauptrichtungen: Neue Sinneseindrücke werden im Gamma-Band (ca. 60 Hz) von niederen zu höheren Hirnarealen geschickt. In die andere Richtung werden ständig Erwartungen und Steuersignale im Beta-Band (ca. 16 Hz) geschickt. Auf diese Weise helfen Rhythmen dem Gehirn dabei, sich die Rosinen herauszupicken.

Der Begriff Schwarmintelligenz ist zum diffusen Schlagwort in Wirtschaft, Soziologie oder Informatik geworden. Die Weisheit Vieler findet die Lösung für (fast) alles, die Klugheit der Masse übertrifft die Intelligenz des Einzelnen. Das ist das große Versprechen und es wird meist mit biologischen Fakten naturwissenschaftlich untermauert. Aber was ist dran an der Schwarmintelligenz? Die biologischen Hintergründe des Sachwarmverhaltens, seine Leistungen und seine Grenzen, beleuchtet Prof. Grünewald, Leiter des Oberurseler Instituts für Bienenkunde der Polytechnischen Gesellschaft, am Beispiel des Bienenschwarms. Und beantwortet die Frage, wann Schwarmintelligenz bei Quizsendungen sinnvoll eingesetzt werden kann.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Vor 50 Jahren kam Stanley Kubricks Jahrhundertfilm „2001: Odyssee im Weltraum“ in die Kinos. Das Deutsche Filmmuseum in Frankfurt präsentiert dazu eine große Jubiläumsausstellung. Eine rätselhafte extraterrestrische Intelligenz und ein Supercomputer, der die Macht an sich reißt: die im Film entwickelte Science-Fiction-Utopie fasziniert auch heute noch. Ja sie erscheint aktueller denn je: Sogenannte Künstliche Intelligenz dringt in immer mehr Lebensbereiche ein; die Suche nach Leben im All hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt. Wo stehen wir heute? Dieser Frage gehen wir in drei Vorträgen aus dem Bereich der Astrobiologie, der Computerwissenschaft und Robotik sowie der Astrophysik nach.

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Astrobiologie ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das sich mit der Entstehung, Entwicklung und Ausbreitung von Leben im Universum befasst. Bisher ist die Erde der einzige uns bekannte Ort, an dem Leben existiert. Mögliche andere Orte in unserem Sonnensystem sind unser Nachbarplanet Mars und Monde im äußeren Sonnensystem. Durch die Untersuchung von Mikroorganismen, die von extremen Standorten unserer Erde stammen, wollen wir die physikalischen und chemischen Grenzen von Leben ermitteln. Daraus wollen wir ableiten wo genau und wie nach Leben auf anderen Himmelskörpern gesucht werden soll. Als aktuelles Beispiel werden Ergebnisse aus dem EU-Projekt MASE (Mars Analogue Environments for Space Exploration) und das in Vorbereitung befindliche Weltraumexperiment MEXEM (Mars Exposed Extremophiles Mixture) vorgestellt, bei dem extremophile Mikroorganismen im Hinblick auf ihre Resisten gegenüber mars-relevanten Stressfaktoren untersucht werden.

Serviceroboter, Smart Homes und Robotertaxis - alles KI-Anwendungen - werden unser Leben in wenigen Jahren stark verändern. Der Referent mit fast 30 Jahren Erfahrung in der Künstlichen Intelligenz (KI) wird über maschinelles Lernen, automatische Diagnose in Technik und Medizin sowie über Serviceroboter für alte Menschen und Menschen mit Behinderung und über neueste Forschungen zur Kreativität in der KI berichten. Anhand spektakulärer Erfindungen wird er aufzeigen, dass das faszinierende Zeitalter der KI und der autonomen Systeme längst begonnen hat. Wir fragen uns zur Recht, ob diese Erfindungen (nur) zum Wohl der Menschheit beitragen? Zum Beispiel werden durch KI Arbeitsplätze vernichtet. Was bedeutet das für uns und wie gehen wir damit um? Auch kann nicht mehr ausgeschlossen werden, dass KI-Systeme irgendwann klüger sind als die klügsten Menschen. Der Referent diskutiert diese Fragen und Ängste und präsentiert Lösungsansätze für eine nachhaltige Zukunft mit KI.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

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Harald Lesch, Professor für Astrophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München sowie Dozent für Naturphilosophie an der Hochschule für Philosophie München, ist seit 2011 Ehrenmitglied des Physikalischen Vereins. (Abb.: H. Lesch; M. Deiss; NASA)

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Dass das Wetter nicht immer der Wettervorhersage folgt, kennt jeder aus dem Alltag. Was Wetter ausmacht, wie Wolken und Wind entstehen, was Hoch- und Tiefdruckgebiete bewirken, darüber spricht der Pilot Rüdiger Wandke. Er hat 25 Jahre lang angehende Piloten in Wetterkunde unterrichtet. Denn in der Fliegerei ist es extrem wichtig und sicherheitsrelevant, die sich ändernden Wetterbedingungen während des Fluges zu kennen. Im Vortrag werden die vielfältigen Wetterphänomene anschaulich vorgestellt und ein Überblick über die Launen des Wetters gegeben.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

In seiner biologischen Grundkonstruktion ist der Mensch für Maximalgeschwindigkeiten von 20 km/h und eine Augenhöhe von 1,5 bis 2 Meter ausgelegt. Erst seit rund 100 Jahren bewegt er sich in größeren Höhen und mit entsprechendem Tempo. Das Thema „Menschliches Leistungsvermögen“ beschäftigt sich vor allem mit dem Unvermögen des Menschen in seinem Luftfahrzeug: Wann bekommt er zu wenig Sauerstoff, wann lässt das Reaktionsvermögen nach, welche Folgen haben Übelkeit und falscher Ehrgeiz? Wie der eigene Körper auf Sauerstoffmangel reagiert und auf welche Alarmsignale zu achten ist, sollte besser nicht im fliegerischen Eigenexperiment erschlossen werden, sondern risikoloser bei einem Ausflug in die Berge. Schon leicht oberhalb des Zugspitzniveaus werden die ersten Auswirkungen von Sauerstoffmangel deutlich.

Mit SOFIA – dem Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie – gelingt Astronomen ein immer ‚tieferer’ Blick in bisher unerforschte Bereiche des Universums. SOFIA ist ein fliegendes Observatorium – eine umgebaute Boeing 747-SP mit einem eingebauten Spiegelteleskop von 2,7m Durchmesser. Auf bisher mehr als 350 Beobachtungsflügen, in über 13km Höhe, konnte SOFIA spektakuläre wissenschaftliche Daten sammeln, die den Weg zu aufregenden neuen Erkenntnissen über die Entstehung der Sterne und Planeten und ihre Eigenschaften bereiten. Anhand wissenschaftlicher SOFIA-Highlights der letzten Jahre stelle ich das Observatorium vor und gebe einen breiten Überblick über aktuelle Forschungsfelder aus der Infrarotastronomie.

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Was ist Big Data? Jeden Tag werden 2,5 Quintillionen (2,5 * 10 ^18) Bytes an Daten erzeugt – so viel, dass 90% der auf der Welt vorhandenen Informationen alleine in den letzten beiden Jahren erzeugt wurden. Diese Daten kommen überall her: z.B. Sensoren zur Klimaüberwachung, Eingaben in Soziale Netzwerke, digitale Fotos und Videos, Finanz- und Handelstransaktionen und GPS-Signale von Mobiltelefonen. Wie funktioniert dies und was hat das mit der Modernen Luftfahrt zu tun?

Ort: Physikalischer Verein - Hörsaal, Robert-Mayer-Straße 2, Frankfurt (Lageplan: hier)
Eintritt frei, keine Anmeldung erforderlich.

Jahrhundertelang hatten sowohl die Luftfahrt als auch die Schifffahrt das Problem, dass die genaue Position auf der Erde ohne präzise Karten und visuelle Bezugspunkte schwer zu bestimmen war. Dies ist jedoch unerlässlich, wenn Sie ein Flugzeug mit begrenzter Reichweite und Personen an Bord zu einem bestimmten Flughafen fliegen wollen. Wir möchten jedoch auf die Anfänge der Luftfahrt zurückblicken und einen Eindruck vermitteln, wie vor nicht allzu langer Zeit Flugzeuge ohne GPS über den Atlantik geflogen sind. Mit den Sternen! In der Vergangenheit wurden Flugzeuge noch bis in die späten 1980er Jahre mit den Sternen um die Welt geflogen. Dieser Vortrag erklärt, wie man mit einem Sextanten um die Welt fliegt, wie man die genaue Position bestimmt und welche Schwierigkeiten gelöst werden mussten.