Manchmal muss man nur genau genug hinschauen – und schon zeigt sich ein Regenbogen. Ein Forschungsteam der Universität Duisburg-Essen und der Universität Uppsala hat ein solches Phänomen nun erstmals auf atomarer Ebene experimentell beobachtet. Erstautorin der in der Fachzeitschrift Carbon veröffentlichten Studie ist Physikerin Carolin Frank, die an beiden Universitäten promoviert.
Graphen besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einer wabenförmigen Struktur angeordnet sind. Das macht das Material zu einem idealen Testsystem. Für das Experiment beschleunigte das Team Xenon-Ionen auf eine Energie von 40 Kiloelektronenvolt (40 keV) und schickte sie durch freistehendes Graphen. Aus den winzigen Ablenkungen der Teilchen entstand ein charakteristisches Streumuster: ein äußerer kreisförmiger und ein innerer sechseckiger Regenbogen. Das Phänomen wird als Rainbow Scattering bezeichnet und konnte damit erstmals experimentell an einlagigem Graphen nachgewiesen werden.
„Erst die Kombination aus der ultrareinen Graphenprobe aus Duisburg und der außergewöhnlichen Auflösung des Messsystems in Uppsala hat diese Beobachtung möglich gemacht“, sagt Carolin Frank, die zur Arbeitsgruppe von Experimentalphysikern Prof. Dr. Marika Schleberger, Universität Duisburg-Essen, gehört. „Das Streumuster reagiert äußerst empfindlich auf kleinste Verunreinigungen der Oberfläche und ließ sich deshalb bislang nicht experimentell nachweisen.“
Besonders aufschlussreich war der Vergleich der Messdaten mit verschiedenen Computersimulationen. Während bestehende Modelle den äußeren Regenbogen gut beschreiben, zeigen sich beim inneren sechseckigen Muster deutliche Abweichungen. Die Ergebnisse machen sichtbar, wo gängige Modelle der Wechselwirkung zwischen Ionen und Festkörpern an ihre Grenzen stoßen.
„Graphen dient dabei nicht nur als Probenmaterial, sondern auch als besonders empfindlicher Prüfstand für Modelle der Ion-Festkörper-Wechselwirkung“, sagt Prof. Dr. Marika Schleberger, Mitautorin der Studie. Gerade weil das Material nur aus einer einzigen Atomlage besteht, lassen sich selbst kleinste Unterschiede zwischen Experiment und Theorie erkennen.
Künftig wollen die Forschenden ihre Methode auf weitere Ionensorten und andere zweidimensionale Materialien übertragen. Dadurch möchten sie die Wechselwirkung energiereicher geladener Teilchen mit Festkörpern noch genauer verstehen und bestehende theoretische Modelle weiter verbessern.
Ruhr-Universität Bochum, Hochschule Ruhr West und Kulturforum Witten setzen dieses Projekt gemeinsam um.
Mit „Fab.Future Ruhr“ ist im Frühjahr 2026 eine Initiative zur Stärkung der zukunftsorientierten Innovationskultur im Ruhrgebiet gestartet. Ziel ist es, Kompetenzen aus Wissenschaft, Makerspaces und Fablabs sowie der Kultur- und Kreativwirtschaft gezielt mit den Anforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen zu verknüpfen und neue Innovationspotenziale für die Region zu schaffen. Makerspaces und Fablabs als offene Hightech-Werkstätten ermöglichen dabei den Zugang zu Technologien wie 3D-Druck, Lasercutting oder CNC-Bearbeitung und schaffen Raum für interdisziplinäre Zusammenarbeit und innovative Entwicklungsprozesse.
„Fab.Future Ruhr“ wird von der Ruhr-Universität Bochum, der Hochschule Ruhr West und dem Kulturforum Witten AöR (Anstalt des öffentlichen Rechts) umgesetzt. Gemeinsam bündeln die Partner ihre Kompetenzen aus Wissenschaft, Forschung und Kultur, um nachhaltige Innovationsimpulse für das Ruhrgebiet zu schaffen. Beteiligt sind auf Seiten der Ruhr-Universität die WORLDFACTORY und ihr RUB-Makerspace sowie auf Seiten der Hochschule Ruhr West das FabLab.
Ein zentrales Element des Projekts ist der Ausbau eines regionalen Netzwerks für Makerspaces und kreative Innovationsorte. Neue Formate wie Workshops, Hackathons und Co-Creation-Events fördern den Austausch und erleichtern insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen den Zugang zu neuen Technologien und Prototyping-Möglichkeiten.
Förderung
Gefördert wird das Projekt mit rund 2,7 Millionen Euro im Rahmen der Förderlinie „Regio.NRW – Transformation“ durch das Land Nordrhein-Westfalen mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).
Rund ein Drittel der Fläche Nordrhein-Westfalens ist bewaldet. Doch Stürme, Dürre und der Borkenkäfer als Folgen des Klimawandels haben große Schäden verursacht. Zur nachhaltigen Wiederbewaldung der Schadflächen hat die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) im Forschungsprojekt „Garrulus“ ein Verfahren mit Drohnen entwickelt. Über das innovative Projekt informierte sich heute im Arnsberger Wald NRW-Landwirtschafts- und Verbraucherschutzministerin Silke Gorißen im Rahmen ihrer Tour „Starke Zukunft in NRW: KI in Landwirtschaft und Wald“.
Wer in den hiesigen Wäldern unterwegs ist, kann es nicht übersehen: Verfärbte Baumkronen, kahle Äste und abblätternde Rinde zeigen, dass großflächig Bäume nach Borkenkäferbefall abgestorben sind. Zuletzt hat sich die Situation mit dem Schädling etwas entspannt – doch die Aufforstung bleibt eine zentrale Aufgabe. Auch Stürme und Dürren haben ihre Spuren hinterlassen. Laut des jüngsten NRW-Waldzustandsberichtes von 2025 ist ein Drittel der Bäume schwer geschädigt. Forschende der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg haben im Projekt „Garrulus“ nun ein innovatives Verfahren zur Aufforstung mit Drohnen entwickelt, deren Prototyp sie der nordrhein-westfälischen Landwirtschaftsministerin Silke Gorißen heute im Arnsberger Wald demonstriert haben.
Gorißen: Projekt hat Potenzial, die Forstwirtschaft nachhaltig zu stärken
„Unsere Wälder sind unverzichtbar – als Lebensraum, Klimaschützer, Erholungsort und Holzlieferant“, sagte Ministerin Silke Gorißen vor Ort. „Gleichzeitig stehen sie durch den Klimawandel unter enormem Druck. Deshalb brauchen wir neue Ideen und moderne Technologien, um die Wiederbewaldung zu unterstützen. Das Projekt ,Garrulus‘ zeigt eindrucksvoll, wie Künstliche Intelligenz, Drohnentechnik und wissenschaftliche Expertise dazu beitragen können, geschädigte Waldflächen präzise und effizient mit Saatgut wiederzubewalden. Die Landesregierung fördert ,Garrulus‘ ganz bewusst, weil das Projekt das Potenzial hat, die Forstwirtschaft nachhaltig zu stärken.“
Verfahren besteht aus drei Schritten
Das neu entwickelte Verfahren besteht aus drei Schritten: Zunächst erfassen die Forschenden mit einer Messdrohne, die mit unterschiedlichen Kameras und Sensoren ausgestattet ist, die geschädigte Waldfläche. Die so entstandenen hochauflösenden Aufnahmen werden dann mit Hilfe von neu entwickelten Modellen Künstlicher Intelligenz (KI) analysiert – Baumstümpfe werden zum Beispiel ebenso erkannt wie Vegetation oder freiliegender Boden. Auf Basis dieser Daten schlägt die KI dann einen Aufforstungsplan mit den optimalen Punkten für eine erfolgreiche Keimung neuer Bäume vor. Im dritten Schritt kommt eine Saatdrohne zum Einsatz, die in einer Höhe von zehn bis 15 Metern über dem Boden schwebt und Kapseln mit Saatgut und Nährstoffen – immer unter Kontrolle eines Menschen – an diesen Punkten in die Erde einbringt.
Ahmad Drak zeigt der Ministerin eine Saatkapsel, die die Drohne in den Boden bringt. Daraus soll dann ein Keimling erwachsen. Foto: Daniela Greulich
Aufeinander abgestimmtes System von Drohne und KI-Analyse der Waldböden
„Das Besondere an ‚Garrulus‘ ist, dass es den gesamten Wiederaufforstungsprozess in einem aufeinander abgestimmten System von Drohneneinsatz und maschinellem Lernen vereint. Aufgrund der KI-gestützten Analyse der geschädigten Waldböden erfolgt die Saat per Drohne gezielt und nicht durch eine zufällige Streuung der Kapseln – und deren Erfolg lässt sich mit derselben Drohne überprüfen“, sagt Projektmanager Ahmad Drak. In Mitteleuropa müssten aufgrund von Schäden durch Dürre, Stürme und Borkenkäfer große Waldgebiete schnell und widerstandsfähig wiederaufgeforstet werden. Allerdings seien manuelle Anpflanzungen teuer und zeitaufwändig, weshalb der im Projekt Garrulus entwickelte skalierbare und präzise Arbeitsablauf einen echten praktischen Mehrwert biete. „Die Zukunftsaussichten für dieses Verfahren sind vielversprechend: Die Kernkomponenten – die hochauflösende Kartierung, die Segmentierung, die gezielte Aussaat und die Kontrolle per Drohne – funktionieren und zeigen das Potenzial dieser Technologie für die Wiederaufforstung.“ Auch weitere Anwendungen in der digitalen Forstwirtschaft wie die automatisierte Kartierung von Waldflächen sind denkbar.
Entwicklung eines Prototyps als Projektziel
Das Projekt „Garrulus“ ist 2021 gestartet und endet im Dezember 2026. Ziel war die Entwicklung eines Prototyps, der eine wissenschaftliche fundierte Grundlage für künftige marktreife Anwendungen liefert. Zum Team der Forschenden aus dem Fachbereich Informatik an der H-BRS zählen Ahmad Drak, Maximilian Johenneken, Brennan Penfold, Ludovico Scarton, Mohammad Wasil und Leon Dijks. Projektleiter sind die Professoren Alexander Asteroth und Sebastian Houben.
Die KI schlägt einen Aufforstungsplan für die geschädigten Flächen vor. Grafik: Forschungsteam Garrulus
„Als Informatiker hätten wir vor ein paar Jahren nicht gedacht, dass uns unsere Forschung einmal mitten in den Wald führt“, sagt Professor Alexander Asteroth. „Aber genau hier zeigt sich, ob aus einem Ansatz echter Nutzen entsteht: Wenn im Frühjahr ein Keimling genau dort steht, wo unser Modell einen guten Standort vorhergesagt hat, sagt das mehr als jede Simulation.“
Wiederbewaldung in allen Phasen praktisch erprobt
Im Projekt „Garrulus“ sei die drohnengestützte Wiederbewaldung in allen Phasen praktisch erprobt worden, betont Professor Sebastian Houben. „Oft scheinen wir als einzelne Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dem Klimawandel machtlos gegenüberzustehen. Heute setzen wir mit Garrulus ein Zeichen, dass moderne Robotik und intelligente Umgebungswahrnehmung einen signifikanten Beitrag zur Klimaanpassung unserer Wälder liefern können. In unserem dreistufigen Ansatz aus Saatplatzauswahl, Saatabwurf und Verjüngungsmonitoring sind alle kritischen Fragen zur technologischen Machbarkeit behandelt worden.“
„Garrulus ist ein Musterbeispiel dafür, was anwendungsorientierte Forschung und gelingender Transfer an einer Hochschule für Angewandte Wissenschaften leisten können“, sagte die Vizepräsidentin Internationales und Digitalisierung, Professorin Teena Hassan, im Arnsberger Wald. „Garrulus zeigt auch, wie KI und autonome Systeme neue Chancen bieten, um den großen Herausforderungen unserer Gegenwart zu begegnen. Das ist verantwortungsvolle KI aus NRW.“
Wiederaufforstung mit der Saatdrohne: Das Garrulus-Team demonstrierte Ministerin Silke Gorißen das Verfahren im Arnsberger Wald. Foto: Daniela Greulich
Das Forschungsprojekt „Garrulus“ wird vom Land Nordrhein-Westfalen mit insgesamt 1,78 Millionen Euro gefördert. Externer Kooperationspartner ist der Landesbetrieb Wald und Holz NRW, der die Forschenden mit Expertise, Infrastruktur und Versuchsflächen unterstützt. Das Forschungsprojekt wird an der H-BRS von Forschenden des Instituts für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) durchgeführt.
Übersichtsartikel aus dem MPI für Kohlenforschung wirft einen Blick auf die Speicherung und den Transport von Wasserstoff
Wasserstoff speichert pro Kilogramm mehr Energie als jeder andere Energieträger. Er kann klimafreundlich ohne CO2-Emissionen in einem geschlossenen Kreislauf genutzt werden und wird künftig eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielen. Doch welche Herausforderungen müssen noch gelöst werden und wo hat die Forschung Probleme schon bewältigt? Wie kann Wasserstoff effizient und sicher transportiert, sicher gespeichert und genutzt werden? In einem wegweisenden Übersichtsartikel haben Claudia Weidenthaler und Michael Felderhoff vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung gemeinsam mit Experten der Task 40 der Internationalen Energieagentur (IEA) aktuelle und zukünftige Forschungsaktivitäten zu diesen Themen zusammengefasst.
Der Artikel „Hydrogen-based materials for energy storage and conversion“ wurde jetzt in der Fachzeitschrift Nature Reviews Clean Energy veröffentlicht und bietet einen aktuellen und maßgeblichen Überblick. Er beleuchtet den Stand der Forschung von Festkörperspeichermaterialien bis hin zu fortschrittlichen Katalysatoren für die Ammoniakzersetzung, hebt Durchbrüche hervor und untersucht die offenen Fragen, die die Zukunft der Wasserstofftechnologie prägen werden.
Den Artikel finden Sie zusammen mit weiteren Übersichtsartikeln sowie Perspektiven von Experten der Material- und Ingenieurswissenschaften und der Soziologie zum Thema Wasserstoff hier: Nature Reviews Clean Technology Band 2, Seiten 512–533 (2026)
Die IEA-Arbeitsgruppe 40 ist Teil des Hydrogen Technology Collaboration Programme (TCP) der Internationalen Energieagentur (IEA). Das globale Netzwerk wissenschaftlicher Experten hat sich zur Aufgabe gesetzt, durch internationale Zusammenarbeit die Spitzenforschung im Bereich der Energietechnologie voranzutreiben.
Ein defekter Greifer und eine Fabrik voller Unwägbarkeiten: Beim RoboCup 2026 zeigte das Team Carologistics der RWTH Aachen und der FH Aachen, worauf es in der Robotik ankommt – nicht nur auf perfekte Technik, sondern auf Anpassungsfähigkeit.
Bunte, steckbare Bauklötze liegen in den Regalen bereit, um von den mobilen Robotern eingesammelt und mit Hilfe einer Anleitung zusammengesetzt zu werden. Dieser Herausforderung stellte sich das Team Carologistics, bestehend aus Studierenden und Forschenden der RWTH und der FH Aachen, beim RoboCup 2026 im südkoreanischen Incheon. Trotz technischer Schwierigkeiten erreichte das Team den zweiten Platz in einem Teilbereich des Wettbewerbs. In der Gesamtwertung belegte Carologistics Platz fünf.
Der RoboCup gilt als weltweit größter Wettbewerb für autonome Roboter. Acht internationale Hochschulteams traten in der neuen Smart Manufacturing League (SML) gegeneinander an. Die Liga bildet erstmals eine vollständig integrierte Fabrikumgebung ab: von der Produktionsplanung über den Materialtransport bis zur Montage. Der Wettbewerb in Incheon war zugleich der erste Praxistest für das neue Regelwerk.
Die Aufgabe
In der nachgebauten Fabrik sollten die mobilen Roboter entweder selbstständig die Bauteile aus den Regalen einsammeln und montieren, oder zu einer Montagestation transportieren, an der ein stationärer Roboterarm das Produkt fertigt. Wo sich die einzelnen Bauteile in der Fabrik befinden, war vor Wettbewerbsbeginn nicht bekannt.
Die Aufgaben waren in zwei Bereiche, sogenannte Tracks, aufgeteilt: Im Workbench-Track wurde die Fähigkeit der Roboter bewertet, Produkte zusammenzubauen. Der Warehouse-Track prüfte dagegen den Materialtransport – also das selbstständige Finden, Aufnehmen und Weitergeben von Bauteilen.
Im Workbench-Track landete das Team auf Platz zwei. In der Gesamtwertung aus Workbench- und Warehouse-Track belegten die Aachener den fünften Platz.
Die eigentliche Schwierigkeit lag nicht nur in der Software. Während der Wettbewerbswoche kämpfte das Team immer wieder mit technischen Problemen, berichtet Co-Teamleiter Daniel Swoboda, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Maschinelles Lernen und Inferenz (Informatik 6) der RWTH. „Gravierend war ein Defekt am Greifer des stationären Roboterarms, der die Montage vollständig lahmlegte. Ein Hersteller von Roboterarmen half kurzfristig mit einem Leihgreifer aus, allerdings mit einem anderen Modell als dem gewohnten”, sagt Swoboda. Das Team musste die Ansteuerung vor Ort neu aufsetzen und kalibrieren. Auch die vorgesehenen Transportboxen der Bauteile erwiesen sich als mehr als doppelt so groß; hier entwickelten die Aachener kurzerhand eine Lösung, um die Teile dennoch sicher transportieren zu können.
Zwischen den einzelnen Läufen wurde repariert, umgebaut und neu kalibriert – mit Erfolg. Als einziges Team gelang es Carologistics, alle geforderten Produktvarianten erfolgreich zu fertigen. Der fünfte Platz in der Gesamtwertung zeigt zugleich die Grenzen des vorläufigen Regelwerks: Es belohnte Systeme, die gezielt auf bekannte Aufgabensituationen optimiert waren. Carologistics setzte dagegen auf ein robusteres System, das auch mit unbekannten Situationen umgehen kann.
Die Erfahrungen fließen nun in die Weiterentwicklung der Smart Manufacturing League ein. Künftig sollen Unsicherheiten, wie sie auch in modernen Fabriken auftreten, stärker Teil der Aufgaben sein. So können sich etwa die Position und Verfügbarkeit von Bauteilen oder Produktionsabläufe verändern. Bewertet werden dann vor allem Systeme, die flexibel auf neue Gegebenheiten reagieren und ihr Wissen auf unterschiedliche Aufgaben übertragen können.
Die neue Liga SML führt die bisherige Logistics League und die RoboCup@Work League zusammen und bildet erstmals eine vollständig integrierte Fabrikumgebung ab – von der Produktionsplanung über die Montage bis zur Qualitätskontrolle. Der Wettbewerb in Incheon war als Testlauf angelegt, in dem die Teams aus sechs Ländern Aufgabenstellung, Bewertung und Infrastruktur gemeinsam auf die Probe stellten.
Über das Team
Carologistics ist ein interdisziplinäres Team aus Studierenden und Forschenden der FH Aachen (MASKOR-Institut, Professor Alexander Ferrein) und der RWTH Aachen (Lehrstuhl für Informatik 6 (Maschinelles Lernen, Professor Hector Geffner). Seit 2012 nimmt Carologistics erfolgreich am RoboCup teil und demonstriert damit die enge Zusammenarbeit der beiden Aachener Hochschulen. 2022 und 2025 gewann das Team den Weltmeistertitel in der Logistics League, der Vorgängerliga der Smart Manufacturing League.
Physiker*innen der Uni Siegen sind an der Vorbereitung für den Bau des Einstein-Teleskops beteiligt. Das europäische Großexperiment soll künftig die Entstehung von schwarzen Löchern, die Struktur von Neutronensternen und die Beschaffenheit des Universums nach dem Urknall erforschen.
Im Universum ereignen sich jeden Tag gewaltige Kollisionen: Schwarze Löcher und Neutronensterne umkreisen einander und verschmelzen miteinander – dabei entstehen Gravitationswellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum ausbreiten. Schon 1916 sagte Albert Einstein voraus, dass Gravitationswellen den Raum selbst minimal verformen: Entfernungen werden dabei für einen winzigen Moment gestreckt und wieder gestaucht. Rund 100 Jahre später gelang es erstmals, ein solches Ereignis tatsächlich zu messen. Mit dem geplanten europäischen „Einstein-Teleskop“ möchte die Wissenschaft Gravitationswellen zukünftig wesentlich präziser messen, um tief in die kosmische Vergangenheit zu blicken. Physiker*innen der Universität Siegen sind an der Vorbereitung des internationalen Großprojekts unmittelbar beteiligt. Vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gab es dafür nun eine erste Förderung von mehr als 400.000 Euro.
„Aufgrund unserer Expertise in hochmoderner Datenelektronik sind wir eingeladen worden, beim Einstein-Teleskop dabei zu sein. Darüber freuen wir uns natürlich sehr – es ist großartig, Teil dieses auf Jahrzehnte angelegten, hochspannenden europäischen Großprojekts zu sein“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Markus Cristinziani.
Das geplante Einstein-Teleskop soll bis zu tausendmal mehr Gravitationswellen aufzeichnen können, als heutige Observatorien: Komplett unter der Erdoberfläche verborgen, wird es mit drei jeweils zehn Kilometer langen Armen Messungen durchführen. Die Länge der Detektorarme wird dazu mit sensiblen Lasern und aufwendig gegen Vibrationen isolierten Spiegeln ständig überwacht. Verändert sich die Länge in einem bestimmten Muster, zeigt dies eine vorbeiziehende Gravitationswelle an. Durch deren präzise Messung ermöglicht das Teleskop künftig einen Blick in die Urzeit: Es soll Gravitationswellen aus einer Zeit erkennen, als das Universum noch sehr jung war – und so unter anderem Aufschluss über die Entstehung der ersten schwarzen Löcher geben.
„Durch Messungen im Niedrig-Frequenzbereich können wir mit dem Einstein-Teleskop sogar schon im Voraus erkennen, wenn sich ein spannendes Ereignis anbahnt“, sagt Cristinzianis Kollege, Prof. Dr. Markus Risse. Weltweit könnten Teleskope dann rechtzeitig entsprechend ausgerichtet werden, um das Ereignis bestmöglich zu beobachten.
Damit ein solches Frühwarnsystem funktioniert, müssen selbst kleinste Störungen herausgefiltert werden. Eine davon ist das sogenannte „Newtonsche Rauschen“: Seismische Wellen verschieben und verdichten das Gestein in der Umgebung des Detektors. Dadurch entstehen winzige Schwankungen des lokalen Gravitationsfelds, die unmittelbar auf die empfindlichen Spiegel wirken und das Messsignal überlagern können.
Genau hier setzt das geförderte Projekt der Siegener Forschenden an: Die Physiker*innen entwickeln eine besonders schnelle und flexibel programmierbare Elektronik: Chips werden dabei so konfiguriert, dass sie KI-Algorithmen zur aktiven Unterdrückung unerwünschter Störsignale ausführen können. „Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und einer spezialisierten Elektronik möchten wir die Störungen mit äußerst geringer zeitlicher Verzögerung erfassen und ausgleichen. Dadurch kann ein Korrektursignal nahezu in Echtzeit in die Regelung des Detektors eingespeist werden“, erklärt Prof. Cristinziani.
Die Siegener Arbeiten sollen dazu beitragen, dass die riesigen Datenmengen, die das Einstein-Teleskop künftig aufzeichnen wird, schnell und präzise ausgewertet werden können. Das Projekt zeige, wie eng moderne Grundlagenforschung mit technologischer Entwicklung verbunden ist, sagt Prof. Risse: „Das Einstein-Teleskop wird fundamentale Fragen des Universums untersuchen. Gleichzeitig entwickeln wir Methoden, die an der Grenze dessen liegen, was technisch möglich ist. Genau diese Verbindung macht unsere Forschung so spannend.“
Das Forschungszentrum Jülich startet am 3. August eine zweiwöchige Zeppelin-Messkampagne über Nordrhein-Westfalen. Vom Luftschiffhangar am Flughafen Essen/Mülheim aus wird ein Zeppelin NT als fliegende Forschungsplattform für hochpräzise Atmosphärenmessungen eingesetzt. Ziel ist es, neue Messverfahren zu erproben und gleichzeitig Antworten auf drängende Fragen des Klima- und Umweltschutzes zu finden – von der Luftqualität in Städten bis zur Gesundheit unserer Wälder.
„Der Zeppelin bietet uns Möglichkeiten, die andere Forschungsplattformen nur eingeschränkt bieten können“, sagt Jun.-Prof. Dr. Eva Pfannerstill vom Institute of Climate and Energy Systems – Troposphäre (ICE-3) am Forschungszentrum Jülich. „Durch seine langsame und stabile Flugweise können wir hochpräzise Messungen in niedriger Flughöhe durchführen und Gebiete gezielt überfliegen.“
Ein Forschungslabor in der Luft
Während der Kampagne wird der Zeppelin mit modernster Messtechnik ausgestattet und über verschiedene Regionen Nordrhein-Westfalens fliegen. Die Forschenden messen dabei Spurengase – also Gase, die nur in sehr geringen Konzentrationen in der Atmosphäre vorkommen, aber wichtige Hinweise auf biologische und chemische Prozesse liefern. Aus diesen Daten lässt sich beispielsweise ableiten, wie Stoffe zwischen Wäldern, Städten und Atmosphäre ausgetauscht werden.
Gleichzeitig wird ein neu entwickeltes Windmesssystem unter realen Bedingungen getestet. Dafür werden die Messungen des Zeppelins mit Referenzmessungen an Messtürmen verglichen. Die erfolgreiche Validierung – also der Nachweis, dass ein Messverfahren zuverlässig und präzise arbeitet – bildet die Grundlage für zukünftige Messkampagnen und eröffnet neue Möglichkeiten für die Atmosphärenforschung.
Luftqualität und Wälder besser verstehen
Die Messkampagne vereint mehrere Forschungsfragen, die für Umwelt- und Klimaforschung von großer Bedeutung sind. Gemeinsam tragen die Projekte dazu bei, die Zusammenhänge zwischen Luftqualität, Waldgesundheit und Klima besser zu verstehen.
Beide Projekte werden von Wissenschaftler:innen geleitet, die im Rahmen von Nachwuchsprogrammen eigene Forschungsgruppen aufbauen und damit früh wissenschaftliche Verantwortung übernehmen.
Jun.-Prof. Dr. Eva Pfannerstill untersucht im Rahmen ihrer Helmholtz Investigator Group, wie Umweltstress die Wechselwirkung zwischen Wald und Atmosphäre verändert. Wälder geben große Mengen Spurengase ab – vielen Menschen beispielsweise als Tannenduft bekannt. In der Atmosphäre können diese Gase zu winzigen Partikeln reagieren, die das Klima und die Luftqualität beeinflussen. Mithilfe von Messungen über unterschiedlich stark geschädigten Waldgebieten, beispielsweise durch Schädlinge, wollen die Forschenden besser verstehen, wie sich diese Prozesse unter den Bedingungen des Klimawandels verändern werden. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, Vorhersagen zur Luftchemie und Klima weiter zu verbessern.
Dr. Georgios Gkatzelis, ebenfalls vom ICE-3, widmet sich einem bislang wenig erforschten Bereich der Luftverschmutzung. Im Rahmen seines ERC Starting Grants untersucht er mit seiner Forschungsgruppe Emissionen aus Städten, die nicht aus Verkehr oder Industrie stammen, sondern beispielsweise durch Haushaltschemikalien entstehen. Solche Quellen sind bislang nur unzureichend erfasst, können die Luftqualität jedoch stark beeinflussen. Die Messungen sollen dazu beitragen, die Zusammensetzung der Stadtluft besser zu verstehen und Luftqualitätsmodelle weiter zu verbessern – eine wichtige Grundlage für wirksame Maßnahmen zum Schutz von Umwelt und Gesundheit.
„Um wirksame Maßnahmen für saubere Luft entwickeln zu können, müssen wir zunächst verstehen, wo Emissionen entstehen und wie sie sich in der Atmosphäre verhalten“, sagt Gkatzelis.
Interdisziplinäre Forschung für Umwelt und Klima
Die Zeppelin-Messkampagne vereint Expertise aus mehreren Instituten des Forschungszentrums Jülich. Das Institute of Climate and Energy Systems (ICE-3) untersucht mit Gasmessungen die Prozesse in der Atmosphäre. Das Institut für Bio- und Geowissenschaften trägt mit einem Gerät zur Messung der pflanzlichen Photosyntheseaktivität (Institutsbereich Pflanzenwissenschaften, IBG-2) sowie einem Messnetzwerk zur Beobachtung des Waldzustands am Boden (Institutsbereich Agrosphäre, IBG-3) bei. Das Institute of Technology and Engineering (ITE) entwickelt und baut die Messysteme, damit sie an Bord des Zeppelins eingesetzt werden können. Gemeinsam verbinden die beteiligten Institute ihre Kompetenzen aus Atmosphärenforschung, Pflanzenforschung, Messtechnik und Ingenieurwissenschaften, um komplexe Umweltprozesse aus der Luft und am Boden zu untersuchen.
Die Zeppelin-Messkampagne verbindet die Expertise des Forschungszentrums Jülich mit Partnern aus Wissenschaft und Luftfahrt. Wissenschaftliche Partner sind unter anderem die Universität zu Köln, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Goethe-Universität Frankfurt, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Universität Tübingen sowie die Universitäten Wageningen und Utrecht in den Niederlanden. Die Zeppelin NT Luftschifftechnik GmbH & Co. KG unterstützt die Kampagne mit ihrer Expertise rund um den Einsatz des Zeppelin NT als Forschungsplattform. Gemeinsam schaffen die Partner die Voraussetzungen für innovative Atmosphärenmessungen und neue Erkenntnisse zu Umweltprozessen.
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Fraunhofer IML gewinnt Deutschen Verpackungspreis 2026 mit KI-gestützter Optimierungssoftware CASTN
Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML wurde mit dem Deutschen Verpackungspreis 2026 in der Kategorie Digitalisierung ausgezeichnet. Mit der Software CASTN (Carton Set Optimization) setzte sich das Institut unter mehr als 200 Einreichungen aus 17 Ländern durch und überzeugte die unabhängige Fachjury mit einem wissenschaftlich fundierten Ansatz zur Leerraumminimierung im E-Commerce.
Zu große Kartons – ein bekanntes Problem mit smarter Lösung
Wer online bestellt, kennt das Bild: Kleine Produkte landen in überdimensionierten Kartons, gefüllt mit Luft oder Füllmaterial. Genau hier setzt CASTN an. Die Software berechnet mithilfe Künstlicher Intelligenz ein individuell abgestimmtes Versandkartonset – basierend auf realen Auftrags- und Produktdaten statt auf Erfahrungswerten oder manuellen Schätzungen.
Die Jury würdigte insbesondere die intelligente Verbindung von Künstlicher Intelligenz, mathematischer Optimierung und logistischer Anwendungsorientierung, durch die CASTN einen messbaren ökologischen und wirtschaftlichen Mehrwert schafft. Dabei lassen sich logistische Rahmenbedingungen wie Verpackungsmaschinen, Fördertechnik und Anforderungen von Logistikdienstleistern direkt in die Berechnung einbeziehen. Das Ergebnis: weniger Leerraum, weniger Füllmaterial, optimierte Frachtkosten und ein messbarer Beitrag zu einer nachhaltigeren Logistik.
Von der Forschung in die industrielle Anwendung
Für das Leistungszentrum Logistik und IT, an dem das des Fraunhofer IML wesentlich beteiligt ist, ist CASTN ein Paradebeispiel für erfolgreichen Wissenstransfer: Nach der Anschubförderung am Leistungszentrum und der Förderung durch die Fraunhofer Zukunftsstiftung (2024 – 2025) ist CASTN heute eine preisgekrönte Software, die unmittelbar in der industriellen Praxis einsetzbar ist.
Die feierliche Preisverleihung findet am 19. November 2026 in Berlin statt.
Zum Projekt
CASTN ist eine Optimierungssoftware, die Versandhändlern dabei hilft, das für sie ideale Kartonset zu ermitteln. Auf Basis von Artikel- und Bestelldaten sowie aktuell genutzten Kartongrößen berechnet die Software den optimalen Kompromiss zwischen Kartonvielfalt und maximaler Volumenauslastung. Kundenindividuelle Parameter – etwa Gewichtsrestriktionen, Mindest- und Maximalgrößen oder fest vorgegebene Kartontypen – können flexibel einbezogen werden. Von den Ergebnissen profitieren E-Commerce-Unternehmen, Logistikdienstleister, Verpackungshändler sowie Hersteller von Verpackungsmaschinen und Logistikanlagen gleichermaßen.
Industrial AI und Robotik sind zentrale Schlüsseltechnologien für den High-Tech- und Produktionsstandort Nordrhein-Westfalen. Sie ermöglichen effizientere, flexiblere und resilientere Prozesse, steigern Produktivität und Qualität und helfen, dem Fachkräftemangel zu begegnen.
Ihr Potenzial entsteht durch das Zusammenspiel von KI, Sensorik, Aktorik, Edge- und Cloud-Computing, Halbleitern, Datenräumen, digitalen Zwillingen sowie moderner Kommunikations- und Automatisierungstechnik. So entstehen lernfähige Roboter, Cobots, autonome Systeme und intelligente Maschinen, die ihre Umgebung wahrnehmen, bewerten und autonom handeln.
Mit dem Magazin „Schlüsseltechnologien für Industrial AI und Robotik“ zeigen wir die Kompetenzlandschaft in NRW – von Entwicklung und Forschung über Systemintegration bis zur industriellen Anwendung. Gesucht werden Praxisbeispiele, Forschungsprojekte, Technologien und Kooperationen aus NRW, die Innovation, Transfer und industrielle Wertschöpfung sichtbar machen.
