Online-Lehre: „Gemeinsam schaffen wir das“

TUMcampus

Das Magazin der Technischen Universität München Ausgabe 2 | 2020

Online-Lehre: „Gemeinsam schaffen wir das“ ^{| Seite 6}

Jazzkonzert im Januar: The Sound of Science | Seite 32

Unterwegs mit Johann Plank in Mossul, Irak | Seite 28

TUMcampus

Das Magazin der Technischen Universität München Ausgabe 2 | 2020

Online-Lehre: „Gemeinsam schaffen wir das“ | Seite 6 Jazzkonzert im Januar: The Sound of Science | Seite 32

Unterwegs mit Johann Plank in Mossul, Irak | Seite 28 Starting-up@TUM: Radioaktive Sonden für die Medizin | Seite 24

Bild: ProLehre | Medien und Didaktik

TUMcampus

Das Magazin der Technischen Universität München für Studierende, Mitarbeitende, Freunde, erscheint im Selbstverlag viermal pro Jahr.

Auflage: 8.000 Herausgeber

Der Präsident der Technischen Universität München Redaktion

Dr. Ulrich Marsch (verantwortlich) Lisa Pietrzyk, M.A.

Dipl.-Soz.wiss. Undine Ziller Technische Universität München Corporate Communications Center 80290 München

Telefon (089) 289 22799 redaktion@zv.tum.de www.tum.de/tumcampus

Redaktionsschluss für Heft 3 | 20: 11. Juni 2020 Layout

ediundsepp Gestaltungsgesellschaft mbH, München ediundsepp.de

Herstellung / Druck

Joh. Walch GmbH & Co, 86179 Augsburg Gedruckt auf chlorfreiem Papier walchdruck.de

© Technische Universität München. Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur in Abstimmung mit der Redaktion. Gezeichnete Beiträge geben die Meinung der Autoren wieder. Für unverlangt einge- sandte Manuskripte und Bildmaterial wird keine Gewähr übernommen.

Online-Lehre im Sommersemester: „Gemeinsam schaffen wir das“

Aufgrund der Corona-Pandemie findet die Lehre im Sommersemester 2020 weitgehend digital statt. Bei der Umstellung von Präsenz- auf Online-Lehre berät und unterstützt das Team von ProLehre | Medien und Didaktik die Lehrenden an der TUM. In einer Anfang April veröffentlichten Videobotschaft sprechen ihnen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von ProLehre Mut zu: „Gemeinsam schaffen wir das!“

go.tum.de/453310 Impressum

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dieses Heft ist zum Großteil Anfang 2020 entstanden, bevor das Coronavirus das öffentliche Leben weitge- hend stillgelegt hat und unsere Universität aus Präven- tionsgründen in den eingeschränkten Betrieb überge- gangen ist. In diese Zeit „vor Corona“ fällt zum Beispiel der Bericht über das erste gemeinsame Jazzkonzert von Lehrenden und Studierenden an der TUM (ab S. 32). Eindrücklich erinnert er uns daran, wie wichtig der persönliche Austausch, das kreative Miteinander und auch das Musizieren für unsere Universitätsge- meinschaft sind.

Da die Präsenzlehre im Sommersemester 2020, gerade zu Beginn, voraussichtlich nur in eingeschränktem Um- fang stattfinden kann, haben wir mit der „TUM Digital First“-Strategie die Digitalisierung der Lehrveranstal- tungen rasch und kraftvoll vorangebracht. Mit Hoch- druck haben unsere Dozentinnen und Dozenten – mit Unterstützung unseres Teams von ProLehre | Medien und Didaktik und zahlreichen studentischen Hilfskräften als „E-Scouts“ – in den letzten Wochen daran gear- beitet, moderne digi tale Lernwerkzeuge, interaktive Unterrichtsvarianten und neue Formen von Remote- Prüfungen schnell für unsere rund 43.000 Studierenden nutzbar zu machen. Damit wollen wir vermeidbare Zeit- verluste im Studium weitestgehend minimieren – auch für die rund 14.000 internationalen Studierenden, die

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the greater part of this issue was compiled at the beginning of 2020, before the coronavirus brought public life largely to a halt and caused our University to take preventive action and revert to a restricted mode of operation. It was in this

“pre corona” time that, for example, the report on the TUM’s first joint staff-student jazz concert was written (Page 32 ff.).

It serves now as an impressive reminder of how important personal exchanges, creative interaction and, indeed, also making music are for our University community.

Given that face-to-face tuition in summer semester 2020, particularly in the early stages, is likely to take place only on a restricted basis, we have implemented our TUM Di- gital First strategy through which we are rapidly and vigo- rously pressing ahead with the digitization of classes. Our lecturers – with the support of our ProLehre | Media and Didactics team and numerous student assistants acting as “e-scouts” – have in recent weeks been working at full speed to bring modern digital learning tools, interactive teaching, and new forms of remote examinations into action for our around 43,000 students. Our objective is to minimize as far as possible any avoidable loss of study time – not least for the around 14,000 international students who due

Eine Zeit des Lernens für uns alle A time of learning for us all

Bild: Astrid Eckert / TUM

Editorial

aufgrund geltender Einreiseregelungen möglicherweise zum Semesterstart gar nicht in München sein können.

Was für das Studium im Sommersemester jetzt beson- ders wichtig ist, erläutert Prof. Gerhard Müller, unser Geschäftsführender Vizepräsident für Studium und Lehre, im Interview (ab S. 6).

Ich bin fest davon überzeugt, dass wir mit gedanklicher Offenheit und der notwendigen Flexibilität, aber auch mit Mut und einer großen Portion Kreativität die anste- henden Herausforderungen im Sommersemester ge- meinsam meistern werden. Es ist eine Zeit des Lernens für uns alle! Gemeinsam sind wir gefordert, uns auf neue Lösungen einzulassen und ambitioniert daran zu arbei- ten, auch die enormen Chancen dieser historischen Ausnahmesituation zugunsten der Zukunftsfähigkeit unserer TUM zu nutzen.

Im Namen des gesamten Hochschulpräsidiums möch- te ich mich bei all denjenigen bedanken, die durch ihr grenzenloses Engagement und ihren unermüdlichen Einsatz den Betrieb der Universität im Sommersemester sichern.

Ich wünsche Ihnen und Ihren Familien vor allem Gesund- heit und hoffe, Sie bald alle wohlauf wiederzusehen.

Ihr Thomas F. Hofmann

Präsident

München, April 2020

Informationen über die aktuellen Entwicklungen und Entscheidungen zum Umgang mit COVID-19 auf www.tum.de/corona.

to the currently applicable rules on entering the country may perhaps be unable to be in Munich at the start of the semester. The factors that are now particularly important for the course of the summer semester are adressed in an interview with Prof. Gerhard Müller, our Senior Vice President for Academic and Student Affairs (Page 6 ff.).

I am convinced that with open-mindedness and fo- rethought and with the necessary flexibility, but also with courage and a good portion of creativity, together we will overcome the challenges that await us in the summer semester. This is a time of learning for us all!

Together we are called upon to adopt new solutions and work diligently to make good use of the tremendous opportunities that this exceptional situation of historic proportions offers to make our TUM fit for the future.

On behalf of the entire TUM Board of Management, I would like to thank all those who through their shear unlimited commitment and tireless efforts are doing so much to safeguard the ability of the University to function in the summer semester.

Above all, I wish you and your families good health and I hope to see you again soon, healthy and engaged.

Thomas F. Hofmann

President

Munich, April 2020

Details of the latest developments and decisions con- cerning the management of COVID-19 at TUM are available at www.tum.de/corona.

Gemeinsam werden wir die Heraus- forderungen dieser Zeit als neue Chance nutzen.“

Thomas F. Hofmann

„

Editorial

Forschen

16 Zwei neue Leibniz-Preisträger 18 Digitales Düngen

19 Expansion des Universums 20 Von Schlangen lernen

22 Hochdotierte EU-Förderung für vier Projekte

Wissenschaft und Wirtschaft

24 Starting-up@TUM: Radioaktive Sonden für die Medizin

26 Erfolg beim Bundesprogramm

„EXIST Potentiale“

27 Klimafreundliche Energie aus Abwärme

Global

28 Unterwegs mit Bauchemiker

­Johann Plank­in­Mossul,­Irak 30 Zur Promotion nach Oxford 31 Zu Besuch auf dem Campus

Editorial

03 A time of learning for us all Eine Zeit des Lernens für uns alle

Lernen und Lehren

06 Sommersemester 2020: Schub für  digitales Lehren und Lernen 09 Online-Lehre: „Gemeinsam

schaffen wir das“

10 Ressourcen für den optimalen Einsatz digitaler Lehrmethoden 11 BMW spendet eine Million Euro für

Digitalisierung der Lehre

12 Wie verändert die Digitalisierung die Luft- und Raumfahrt?

Politik

13 Forschungs- und Entwicklungs- partnerschaft mit SAP

14 Gipfeltreffen zu Spitzentechnologien

Unileben

32 Jazzkonzert im Januar:

The Sound of Science 38 Gemeinsam musizieren als

Zeichen der Verbundenheit 40 „Modellkommune Geriatronik“:

Garmisch-Partenkirchen 41 Zum Tod von Thomas Feile 42 Heilbronn ist Universitätsstadt 42 Wiedereröffnet: Sammlung des

Architekturmuseums

Menschen

43 Neu berufen 46 Auszeichnungen

49 Preise des Bundes der Freunde 50 in memoriam

51 21 Fragen an Katrin Bäumler 52 Personalien

Service

02 Impressum 54 Ausblicke 24

32 Jazzkonzert im Januar: The Sound of Science Radioaktive Sonden für die Medizin

Unterwegs mit Johann Plank in Mossul, Irak 28

Inhalt

Sommersemester 2020:

Schub für digitales Lehren und Lernen

Eine bisher nie dagewesene Situation: Um die Ausbreitung des Coronavirus SARS-CoV-2 zu verlang- samen, steht das öffentliche Leben weitgehend still. Die TUM arbeitet im eingeschränkten Betrieb.

Was das für die Lehre bedeutet, erklärt Prof. Gerhard Müller, Geschäftsführender Vizepräsident für Studium und Lehre, im Interview.

Wie wird nach jetzigem Stand (17. April, Anm. der Redaktion) das Sommersemester 2020 ablaufen?

Prof. Gerhard Müller: Weitestgehend digital. Die Vorlesungszeit und damit auch der Lehrbetrieb begin- nen am 20. April. Ich halte das für richtig und wichtig:

Wir sind unseren 43.000 Studierenden verpflichtet und wollen ihnen auch unter diesen erschwerten Bedingun- gen ermöglichen, ihr Studium mit so wenigen Nachtei- len wie möglich weiterzuführen. Leider ist zum jetzigen Zeitpunkt (17. April, Anm. d. Red.) unklar, wann genau der reguläre Betrieb wiederaufgenommen werden kann.

Auch wann unsere internationalen Studierenden wieder nach Deutschland einreisen können, ist ungewiss. Des- halb ist unser Ziel, innerhalb kürzester Zeit so viele Lehrveranstaltungen wie möglich online anzubieten.

Wie wollen Sie diese beschleunigte Digitalisierung erreichen?

Das schaffen wir nur gemeinsam! Schon als die ersten Anzeichen kamen, dass die Präsenzlehre im Sommersemester nicht uneingeschränkt möglich sein würde, haben wir alle Lehrenden an der TUM informiert und aufgefordert, bis zum Beginn der Vorlesungszeit so weit wie möglich Online-Lehrangebote vorzubereiten.

Und gleichzeitig arbeiteten viele Kolleginnen und Kolle- gen in der Verwaltung und in den Fakultäten unter Hoch- druck daran, die dafür notwendige Infrastruktur, Res- sourcen und Hilfestellungen bereitzustellen. Das fängt an bei didaktischen Handreichungen, Beratungen und Schulungen verbunden mit dem Aufbau unserer E-Scout Academy und geht über die Erhöhung der Server-Ka- pazität bis zum Erwerb von Campuslizenzen für hoch- skalierte Software (siehe S. 10, Anm. d. Red.). Ich bin optimistisch, denn die Rückmeldungen zeigen, dass wir im Sommersemester in vielen Bereichen über 90 Pro- zent der Veranstaltungen digital anbieten können.

Wie ist die TUM darauf vorbereitet, online Wissen zu vermitteln?

An der TUM ist die digitale Lehre schon lange fester Bestandteil des allgemeinen Lehrangebots. Viele unse- rer Lehrveranstaltungen verfügen über Online-Elemen- te, wie Erklär-Videos, Übungsaufgaben oder Kursun- terlagen, gebündelt auf der zentralen digitalen Lehrplattform „Moodle“. Zum Teil werden ganze Vorle- sungen aufgezeichnet und online zur Verfügung gestellt.

Wir bieten zudem seit vielen Jahren weltweit frei zu- gängliche und sehr erfolgreiche „Massive Open Online Courses“ (MOOCs) an (siehe auch S.12, Anm. d. Red.).

Gerhard Müller ist Professor für Bau- mechanik und Geschäftsführender Vizepräsident für Studium und Lehre.

Bild: Andreas Heddergott / TUM

Update: Online-Lehre im Sommersemester

Was sind die größten Herausforderungen des Digitalisierungsschubs?

Wir können jetzt von unserer Erfahrung mit der di- gitalen Lehre profitieren. Dennoch haben wir es hier mit einer nie dagewesenen Situation zu tun. Wir haben im Sommersemester mehr als 5.000 Lehrveranstaltungen, die nun innerhalb kürzester Zeit in den virtuellen Raum verlagert werden müssen. Davon lassen sich nicht alle Unterrichtsformate online umsetzen, etwa Laborprak- tika. Solche Lehrveranstaltungen werden wir ins Win- tersemester 2020/21 verschieben müssen. Aber auch bei den Kursen, die sich leichter online bringen lassen, gibt es Herausforderungen: Das Handling der Technik verlangt im Gegensatz zur Präsenzlehre mehr Aufmerk- samkeit und neue Kompetenzen bei Lehrenden und Studierenden gleichermaßen. Auch das Hochschulrecht und die Strukturvorgaben der Kultusministerkonferenz bilden die digitalen Lehrformate nur unzulänglich ab.

Bei all dem sehe ich, dass die Leute hochmotiviert sind und sich mit ihren Ideen einbringen, voneinander lernen.

Das finde ich großartig!

Wie sieht es mit Online-Prüfungen aus?

Für Lehrende und Studierende sind verlässliche Regelungen zu den Prüfungen zentral. Wir stehen des- halb im engen Austausch mit dem Wissenschaftsmi- nisterium, um die nötigen rechtlichen Voraussetzungen für neue elektronische Prüfungsformen zu schaffen. Wir hoffen, rechtzeitig Lösungen anbieten zu können, um Prüfungen unter Wahrung des Gesundheitsschutzes online sicher abhalten zu können. Die Herausforderun- gen liegen im Wesentlichen darin, dass die aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen, mit denen wir arbei- ten müssen, aus einer Zeit stammen, in der es diese für die aktuelle Situation sehr wichtigen Formate noch nicht gab.

Wie wollen Sie die Entwicklungen in der digitalen Lehre an der TUM langfristig, über die Corona- Pandemie hinaus, nutzen?

Hochschullehre ist mehr als nur Wissensvermitt- lung: Sie lebt vom Dialog, vom Austausch, von kriti- scher Diskussion und vom gemeinschaftlichen Kompe- tenzerwerb. Der unmittelbare Kontakt zu unseren Studierenden ist uns wichtig, da wir nicht nur Fachkräf- te ausbilden, sondern sich bei uns auch Persönlichkei- ten entwickeln sollen. Online-Lehre wird die Präsenz- lehre ergänzen und dieser neue Möglichkeiten geben.

Präsenzlehre bleibt auch in der Zukunft zentral, aller- dings weniger in Form von Frontallehre und mehr in Richtung Interaktion zwischen Lehrenden und Studie- renden. Übrigens kombinieren wir sogar in der aktuellen Krise über einen Mix aus herunterladbaren Videos und synchron mit Hilfe von Konferenztools durchführbaren Diskussionsformaten moderne, sogenannte „blended learning“-Ansätze.

Digitale Lehre wird an der TUM über dieses Som- mersemester einen Schub erfahren und bleibt ein wich- tiger Bestandteil der Hochschullehre. Wir werden in den kommenden Jahren zudem das TUM EdTech Labora- tory aufbauen, das moderne digitale Ausbildungsfor- mate entwickelt, die Online- und Präsenzlehre sinnvoll verbinden und das gleichzeitig unsere Unterstützung durch „Instructional Designer“ weiter ausbaut.

Lassen Sie uns gemein- sam neue Lösungen

­finden­und­kreativ­sein.“

Gerhard Müller

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Update: Online-Lehre im Sommersemester

Die Zukunft der Lehre gemeinsam gestalten

Mit der TUM Future Learning Initiative sind alle Studierenden der TUM eingeladen, ihre Vorschläge für die Zukunft der Lehre einzubringen: sei es zu neuen und neu vernetzten Lehrinhalten, zu unkonventionellen Lehrmethoden, zu virtu- ellen Formaten oder zu analogen und digitalen Lehrprojekten. Bis zum 18. Mai 2020 können die Studierenden ihre Vorschläge einreichen. Dann werden vielversprechende Vorschläge ausgewählt und weiterentwickelt. Die Mitglieder der TUM können online über die ausgewählten Ideen abstimmen. Anschließend fließen die besten Konzepte im Zuge der Lehrreform zunächst in Pilotprojekte ein und sollen mittelfristig mit Breitenwirkung implementiert werden.

go.tum.de/539953 Bild: ediundsepp

Gestaltunsgesellschaft

Was möchten Sie Lehrenden und Studierenden in dieser besonderen Zeit mitgeben?

Ich sehe in diesem Digitalisierungsschub nicht nur Herausforderungen, sondern auch Chancen: Der Um- stieg auf digitale Lehrformate hält uns Lehrende dazu an, unsere Arbeit zu reflektieren und uns zu fragen, welche Lernziele besonders wichtig sind und wie sie online am besten und für alle möglichst gut zugänglich umgesetzt werden können. So wie die Studierenden, müssen wir auch dazulernen. Dabei erwartet niemand, dass alles von heute auf morgen klappt.

Lassen Sie uns gemeinsam neue Lösungen finden, Kompromisse eingehen und kreativ sein. Lassen Sie uns gemeinsam in der für viele Studierende und Lehrende

„steilen“ Lernkurve im Umgang mit digitalisierter Lehre gute und weniger gute Erfahrungen rasch austauschen.

Hierzu haben wir gerade für die ersten Wochen Formate entwickelt, die diesen Austausch ermöglichen und die Ergebnisse zusammenfassen. Die gesamte Lehre an der TUM wird nachhaltig von dem profitieren, was wir jetzt aufbauen – auch nach der Pandemie.

Die gesamte Lehre an der TUM wird nachhaltig

von­dem­profitieren,­was­

wir jetzt aufbauen.“

Gerhard Müller

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Update: Online-Lehre im Sommersemester

Online-Lehre:

„Gemeinsam schaffen wir das“

Das Team ProLehre | Medien und Didaktik unterstützt die Lehrenden der TUM bei der Umstellung von Präsenz- auf Online-Lehre im Sommersemester 2020. In einer Anfang April veröffent lichten Video- botschaft spricht das Team ihnen Mut zu: „Gemeinsam schaffen wir das!“ Drei Fragen an Dr. Michael Höhne, zuständig für Lehrvideoberatung und das InnovationLab.

Was sind die ersten Schritte beim Erstellen einer Online-Lehrveranstaltung?

Dr. Michael Höhne: Zuerst hilft es, sich zu über- legen: Was sind die wichtigsten Lernziele, die meine Studierenden erreichen sollen? Und welche davon lassen sich online umsetzen, welche vielleicht auch nicht? Habe ich vielleicht schon Inhalte, die online sind oder die ich in einen Online-Kurs stellen kann? Schließ- lich kommt die Frage nach dem Format: Soll Lehren und Lernen synchron stattfinden, also zeitgleich und gemeinschaftlich, wie bei einem Live-Stream oder Live-Chat? Oder asynchron, also zeitlich entkoppelt, wie bei einem Lehrvideo oder einem Text? Oft bietet sich die Kombination aus Videovortrag und interaktiven Wissenstests an. Wenn man diese Fragen für sich beantwortet hat und weiß, was es bereits an öffent- lich verfüg baren Lehrinhalten gibt, kann man mit der Umsetzung beginnen.

Was brauche ich, um Lehrvideos zu Hause zu erstellen?

Lehrvideos sind als Ergänzung zu Texten und Foli- ensammlungen gut geeignet, weil sie Studierende an- sprechen und zum Nachdenken anregen können. Dabei gibt es ganz unterschiedliche Möglichkeiten – vom kurzen Vortrag vor dem Whiteboard über das Abfilmen von Zeichnungen oder Präsentationen bis hin zu einfa- chen Animationen. Für den pragmatischen Einstieg reicht meist wenig Equipment aus: Mit einem aktuellen Smartphone, einem Stativ und einem Clip-Mikrofon kommt man schon weit. Mehr Hinweise dazu gibt es in unseren Handreichungen, Webinaren oder in den Online-Sprechstunden.

Mit welchen Fragen wenden sich die Lehrenden an das Team von ProLehre?

Viele melden sich, weil sie Tipps für einen schnellen Einstieg in die Online-Lehre benötigen. Wir erhalten natürlich auch viele konkrete Fragen zur Anwendung von Technik und Software. Auch zu didaktischen The- men werden wir immer wieder kontaktiert. Mittlerweile vernetzen sich die Leute mehr und mehr, einige stellen ihre eigenen Tutorials und Best-Practice-Beispiele im Austauschforum zur Verfügung. Das ist ganz in unserem Sinne – echte Hilfe zur Selbsthilfe!

Michael Höhne und das Team ProLehre | Medien und Didaktik helfen beim Erstellen von Online-Videos.

Für den Anfang reicht einfaches Equipment aus.

Bilder: Michael Höhne / TUM

Update: Online-Lehre im Sommersemester

Ressourcen für den optimalen Einsatz digitaler Lehrmethoden

Damit möglichst viele Lehrveranstaltungen im Sommersemester 2020 online statt- finden können, baut die TUM in kurzer Zeit ihre Angebote aus.

Das IT-Servicezentrum unterstützt Studierende und Mit- arbeitende mit technischer Infrastruktur.

• Mit neuen Campuslizenzen lassen sich verschie- dene Programme nutzen, um Lehrvideos und Bild- schirmaufnahmen zu erstellen oder Videokonferen- zen durchzuführen.

• Hunderte Beschäftigte wurden kurzfristig mit mobi- len Endgeräten heimarbeitsfähig gemacht.

• VPN-Zugänge und Serverkapazitäten wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Rechen- zentrum (LRZ) massiv ausgebaut.

Die Lehre im Sommersemester 2020 findet weitgehend digital statt.

Bild: Astrid Eckert / TUM

• Der „Corona-Support“ stellt unbürokratisch IT-Infra- struktur bereit für Teams, die Lösungen in Bezug auf die Pandemie erarbeiten.

• Bei IT-Problemen hilft der IT-Support, per E-Mail und telefonisch.

wiki.tum.de/display/ITNews

(interner Link, TUM-Kennung erforderlich)

Mit technischem und didaktischem Know-how un- terstützt das Team von ProLehre | Medien und Didaktik alle Lehrenden bei der Gestaltung digitaler Lehrformate.

• Handreichungen zu synchronen und asynchronen Lehrformaten sowie Webinare und Online-Sprech- stunden helfen bei technischen und didaktischen Fragen.

• Die zentrale digitale Lernplattform Moodle wird ausgebaut und eine neue cloudbasierte Streaming- server-Lösung eingeführt.

• Das Team entwickelt und testet neue Möglichkei- ten, um beaufsichtigte und damit rechtssichere Online-Prüfungen durchführen zu können.

• In einem Austauschforum für Lehrende können Fragen gestellt und beantwortet, sowie Best- Practice-Beispiele vorgestellt werden. Dort gibt es auch eine Liste von hochwertigen externen Lehr- materialien, die von den Lehrenden benutzt werden können.

• Studentische Hilfskräfte werden geschult, um als

„E-Scouts“ die Lehrenden bei der Vorbereitung und Durchführung von Online-Lehre zu unterstützen.

www.prolehre.tum.de/aktuelles/coronavirus/

Update: Online-Lehre im Sommersemester

BMW spendet eine Million Euro für Digitalisierung der Lehre

TUM Partners of Excellence und Privatpersonen unterstützen die TUM dabei, die Fortentwicklung digitaler Lehr- und Prüfungsformate sowie den Aufbau virtueller Labore zu beschleunigen, damit alle Studierenden auch während der Pandemie weiterstudieren können.

Schon am ersten Tag des Sommersemesters 2020 haben Studierende der TUM mehr als 60.000 Mal auf Lehrvideos zugegriffen. Im Rahmen ihrer „TUM Digital First“-Strategie hat die TUM im März und April den Großteil dieser Videos mit großem Einsatz und Kre- ativität der Dozentinnen und Dozenten, vorwiegend im Homeoffice, produziert. Um die mit dieser Online- Umstel lung verbundenen didaktischen Herausforde- rungen zu meistern, wurden die Lehrenden von den Hochschuldidaktik-Fachleuten der TUM mit zahlreichen Webinaren, Online-Seminaren, didaktischen Konzepten und Musterbeispielen umfassend unterstützt (S. 10).

Gleichzeitig hat die TUM ihre IT- Infrastruktur an die enormen Anforderungen angepasst, beispielsweise für Vorlesungen, in denen die Lehrenden mit 1.000 Studierenden weltweit interagieren. Nicht nur die Do- zentinnen und Dozenten, auch die Studierenden zeigen herausragendes Engagement: Rund 400 studentische Hilfskräfte haben sich zu „E-Scouts“ ausbilden lassen, um die Lehrenden bei der Bearbeitung von Videos zu unterstützen, Online-Tutorien zu halten oder Diskus- sionsforen und Chats zu betreuen.

Sozial verantwortete Vorbilder

Tatkräftig unterstützt wurde dieser Kraftakt durch zahlreiche Partner und Förderer, die an die TUM Uni- versitätsstiftung gespendet oder mit ihrer Erfahrung wichtige Impulse für die Digitalisierung gegeben haben.

Den größten Beitrag leistete die BMW Group mit einer Spende von einer Million Euro. „Die TU München und die BMW Group sind seit Jahrzehnten partnerschaftlich miteinander verbunden“, betont der BMW-Vorstands- vorsitzende Oliver Zipse. TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann dankt BMW „für die Weitsicht und das groß- zügige Engagement. Damit zeigt sich die BMW Group als sozial verantwortetes Vorbild für die Zukunftssiche- rung unserer nachfolgenden Generationen.“

Mehrere Unternehmen wie beispielweise Google und Lancom haben Spenden von Soft- und Hardware ange- boten. Auch zahlreiche Privatpersonen sind dem Spen- denaufruf der TUM gefolgt und haben wertvolle Hilfe beim Ausbau der IT-Infrastruktur geleistet. „Wir danken allen Mäzenen von Herzen, dass sie diese Digitalisie- rung im Zeitraffer möglich machen“, sagt Hofmann. „Die letzte Zeit hat beeindruckend den Zusammenhalt der TUM-Gemeinschaft aus Studierenden, Mitarbeitenden sowie Unterstützerinnen und Unterstützern gezeigt.

Davon profitieren unsere herausragenden Talente und damit die künftigen Leistungsträger in Wissenschaft und Wirtschaft.“

Experimente im virtuellen Labor

Um die digitale Infrastruktur der TUM auf ein neues Leistungsniveau zu heben, sollen nicht nur Vorlesungen und Seminare, sondern auch experimentelle Lehrver- anstaltungen anhand von virtuellen Laboren digital an- geboten werden. Mit diesen virtuellen Laboren sollen Studierende dank des Engagements ihrer Dozentinnen und Dozenten künftig auch physikalische, chemische und biologische Versuche durchführen sowie techni- sche Prozesse und Produkte analysieren können. Dabei können sie verschiedene Bedingungen simulieren, Rechenprozesse steuern und Modelle testen.

Die Studierenden der TUM starten digital ins neue Semester.

Bild: iStockphoto.com / freemixer

Update: Online-Lehre im Sommersemester

An den Universitäten gewinnen digitale Formen des Lernens, neben den klassischen Lehrangeboten, zu- nehmend an Bedeutung. Dazu gehören Massive Open Online Courses (MOOCs). Das sind interaktive Online- Kurse, die weltweit und kostenlos zugänglich sind. Sie bieten die Möglichkeit, Seminar- und Vorlesungsinhalte orts- und zeitunabhängig erlernen zu können.

Die neue MOOC-Serie zum Thema „Digitalisierung in der Luft- und Raumfahrt“ soll im Frühjahr 2020 starten.

In dem englischsprachigen Online-Kurs wird mithilfe eines interdisziplinären Ansatzes vermittelt, von wel- chen Veränderungen die Luft- und Raumfahrtforschung betroffen und besonders beeinflusst ist. Zusätzlich zu den klassischen Disziplinen der Luft- und Raumfahrt- forschung werden Digitalisierungsprozesse nämlich immer wichtiger und stellen die Forscherinnen und Forscher vor besondere Herausforderungen. Der Kurs beleuchtet verschiedene aktuelle Themen und Perspek- tiven. Zu Wort kommen Wissenschaftlerinnen und Wis- senschaftler aus Forschung und Industrie in Bayern, unter anderem von der TUM, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Bauhaus Luftfahrt, der Universität der Bundeswehr München sowie von den Unternehmen IABG und Airbus. Entwickelt wird der MOOC vom Forschungs-, Entwicklungs- und Ausbil- dungszentrum Munich Aerospace in Kooperation mit dem Team von ProLehre | Medien und Didaktik der TUM.

Die MOOC-Serie ist zudem eingebunden in den Global Aerospace Campus, eine internationale Weiterbil- dungs-, Netzwerk- und Forschungsplattform, die im Jahr 2016 von Munich Aerospace ins Leben gerufen wurde. Sie verbindet die bayerische Luft- und Raum- fahrtforschung insbesondere mit den Partnerregionen Québec (Kanada), São Paulo (Brasilien), Georgia (USA), Westkap (Südafrika), Shandong (China) und Oberöster- reich (Österreich).

Der Kurs richtet sich an fortgeschrittene Luft- und Raumfahrtstudierende, insbesondere an Master- und Promotionsstudierende, sowie Young Professionals und Interessierte aus Natur- und Ingenieurwissenschaften.

Um den Kurs abschließen zu können, benötigen Teil- nehmende etwa drei bis sechs Monate, je nach eige- nem Lerntempo.

Jennifer Weißenberger

Massive Open Online Courses an der TUM

Der Kurs „Digitalisierung in der Luft- und Raumfahrt“ ist Teil des Weiterbildungsangebots der TUM, die eigene MOOCs auf renommierten Plattformen veröffentlicht.

Die interaktiven Online-Kurse in deutscher oder eng- lischer Sprache sind weltweit und kostenlos zugäng- lich. Das stetig wachsende Angebot ermöglicht einem internationalen Publikum den Zugang zu Bildung auf höchstem Niveau und bereichert die Lehre der TUM, indem Lerneinheiten aus den MOOCs auch in den regulären Studiengängen eingesetzt werden können.

Mit ihren MOOCs unterstützt die TUM zudem Berufs- tätige dabei, wichtige Qualifikationen für den Arbeits- markt zu erlangen. Bisher haben sich mehr als 440.000 Lernende aus rund 170 Ländern für einen MOOC der TUM eingeschrieben.

www.tum.de/studium/lebenslanges-lernen/moocs/

Wie verändert die Digitalisierung die Luft- und Raumfahrt?

Ein neuer kostenloser und frei verfügbarer Online-Kurs der TUM erklärt Technologie-Interessierten, wie sich die Digitalisierung auf die Luft- und Raumfahrt auswirkt.

Im Studio von ProLehre | Medien und Didaktik der TUM werden ver- schiedene Massive Open Online Courses (MOOCs) produziert, wie hier von der Hochschuldidaktikerin Elvira Cyranka vor dem Greenscreen. Ganz neu dabei ist ab 2020 der Kurs „Digitalisie- rung in der Luft- und Raumfahrt“.

Bild: Andreas Heddergott / TUM Lernen und Lehren

SAP Co-CEO Christian Klein, Bayerns Wis- senschaftsminister Bernd Sibler und TUM-Präsident Prof.

Thomas F. Hofmann (von links) nach der Unterzeichnung des Koopera tions- vertrags.

Bild: Uli Benz / TUM

Mit SAP wird die TUM die deutschlandweit umfang- reichste Forschungs- und Entwicklungspartnerschaft zwischen einem Unternehmen und einer Universität eingehen. Kernthemen sind Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen sowie deren sichere An- wendung. „Im Schulterschluss mit der TUM schlagen wir eine wichtige Brücke zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Die TUM betreibt Forschung von Weltrang und genießt in der Informatik und Wirtschaftsinforma- tik einen herausragenden Ruf. Wir freuen uns daher darauf, unsere Zusammenarbeit mit der TUM weiter zu vertiefen. Daraus entsteht ein Mehrwert für beide Partner, vor allem stärkt die Kollaboration den Standort München und schafft neue Möglichkeiten für Talente“, sagt Thomas Saueressig, Mitglied des Vorstands der SAP SE für SAP Product Engineering.

Im Rahmen der „Industry on Campus“-Strategie sollen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten von TUM und SAP SE zur Synergieentfaltung beider Partner unter einem Dach gebündelt werden. Dazu ist geplant, in den nächsten Jahren auf dem Campus Garching ein Gebäude zu errichten, in dem weit über 700 Mitar- beitende von SAP SE und TUM gemeinsam forschen können. „Diese hochkarätige Partnerschaft vereint die führenden Kompetenzen aus Wissenschaft und Wirtschaft in einzigartiger Weise. Gemeinsam bilden wir eine Speerspitze in der Technologierevolution der

Digitalisierung und unterstützen den Freistaat in der Umsetzung seiner Hightech Agenda Bayern. Mit dieser ersten Industry- on-Campus-Initiative setzen wir den bisher größten Meilenstein in der Umsetzung unserer TUM AGENDA 2030 im Rahmen der Exzellenzstrate- gie des Bundes und der Länder“, sagt TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann.

In Zusammenarbeit mit der Informatik und der Wirt- schaftsinformatik sollen innovative Technologielösun- gen in den Bereichen Produktion und Beschaffung, KI, maschinelles Lernen, Internet der Dinge (IoT), Robotik, Big Data, Cloud Computing und Mobilität erforscht werden. Zudem sollen durch neue Lehr- und Promo- tionsprogramme die nächsten Generationen an Studie- renden auf die sich rasch wandelnden Herausforderun- gen der Zukunft vorbereitet werden. „Mit dem Neubau der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, dem Forschungsneubau des TUM Zentrums für Quan- tumEngineering, dem gerade eingerichteten Munich Data Science Institute und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit verbindet der Campus Garching in einmaliger Weise wissenschaftli- che Exzellenz mit wirtschaftlicher Anwendung. Verstärkt durch die Kooperation der TUM mit SAP SE entsteht nun ein führendes europäisches Kraftfeld für Forschung und Lehre in der Daten- und Informationstechnologie“, sagt Hofmann. Das künftige Cluster zwischen TUM und SAP ist Teil der „Hightech Agenda Bayern“ von Minis- terpräsident Dr. Markus Söder.

Forschungs- und Entwicklungs- partnerschaft mit SAP

Gemeinsam die Technologierevolution der Digitalisierung vorantreiben – das wollen die TUM und die SAP SE. Für die langfristig angelegte Forschungskooperation wird ein Neubau auf dem Campus Garching entstehen.

Politik

Gipfeltreffen zu

Spitzentechnologien

Mit dem Programm „Hightech Agenda Bayern“ will die bayerische Staatsregierung neue Technologien fördern. Auf Einladung des Ministerpräsidenten haben sich im  Februar Vertreterinnen und Vertreter von Forschung, Lehre und Wirtschaft zum Hightech Summit Bayern an der TUM versammelt.

Rund zwei Milliarden Euro will die bayerische Staatsre- gierung in den kommenden Jahren in Zukunftstechno- logien wie Künstliche Intelligenz (KI), in die Förderung von Start-ups und Technologie-Unternehmen, in die In frastruktur und die Modernisierung der Hochschu- len investieren. Der TUM kommt dabei eine wichtige Rolle zu. Unter anderem soll aus der Munich School of Robotics and Machine Intelligence (MSRM) der TUM heraus ein bayerisches „KI Mission Institute“ einge- richtet werden, das Forschung und unternehmerische Aktivitäten bündelt. Mehr als 1.000 Vertreterinnen und Vertreter der verschiedenen Akteure der „Hightech Agenda Bayern“ trafen sich am 3. Februar 2020 zu einem Hightech- Gipfel auf dem Campus Garching – Spitzenforschung und Lehre waren ebenso vertreten wie Politik, Start-ups und etablierte Unternehmen.

Neben Demonstrationen von KI-Anwendungen stan- den unter anderem Diskussionsrunden zu Themen wie „Hightech in Stadt und Land“ und „Spitzenfor- schung an Bayerischen Hochschulen“ auf dem Pro- gramm. TUM-Präsident Thomas F. Hofmann betonte die Bedeutung der Gesellschaftswissenschaften für die Technikwissenschaften: „Wir dürfen den Rückhalt der Gesellschaft nicht verlieren. Deshalb müssen wir Sozialwissenschaften frühzeitig in Studienprogramme integrieren. So lernen Studierende, wie man in den Technikwissenschaften ethisch und moralisch handelt, was es bedeutet, Ingenieur oder Ingenieurin europä- ischer Prägung zu sein.“

Gipfelgespräch im voll besetzten Hörsaal auf dem TUM-Campus in Garching (v.l.n.r.): Der Präsident der Fraunhofer- Gesellschaft Prof. Reimund Neugebauer, der Direktor der Munich School of Robotics and Machine Intelligence der TUM Prof. Sami Haddadin, Prof. Yasmin Mei- Yee Weiß von der Tech nischen Hochschule Nürn berg, Minis terpräsident Dr. Markus Söder, der Vorstands vor- sitzende der Siemens AG Joe Kaeser

und Moderatorin Karen Webb.

Bilder: Andreas Heddergott / TUM

Wir müssen Sozialwissenschaften frühzeitig in Studienprogramme integrieren.“

Thomas F. Hofmann

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Politik

Prof. Daniel Cremers, Bayerns Ministerpräsident Dr. Markus Söder, Prof. Sami Haddadin und TUM- Präsident Prof. Thomas F. Hofmann (v.l.n.r.). Roboter assistent GARMI überreichte Söder ein dreidimensio- nales Miniatur- Abbild des Minister- präsidenten, das mit KI- Algorithmen errechnet wurde. GARMI übertrug außerdem einen KI-generierten Gruß des ehemaligen Ministerpräsidenten Franz Josef Strauß.

Politik

Der Chemiker Thorsten Bach konstruiert Moleküle, die auf biologische Organismen wirken. Allerdings ist für die therapeutische Wirkung deren räumliche Anordnung ausschlaggebend. Der Lehrstuhlinhaber für Organische Chemie setzt auf eine Kombination aus Licht und chemischen Katalysatoren, um eine bestimmte Variante eines Moleküls zu erzeugen. Für die Entwicklung der sogenannten enantioselektiven Photokatalyse hat ihm die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) einen der mit 2,5 Millionen Euro dotierten Gottfried Wilhelm Leibniz-Preise 2020 verliehen.

Biologisch wirksame Moleküle kommen in der Natur zweifach vor. Das Stichwort lautet Chiralität – das griechische „cheir“ bedeutet „Hand“. Chirale Mole- küle gleichen sich zwar wie die rechte und die linke Hand, ihre Summenformel stimmt überein. Sie sind aber nicht deckungsgleich, denn ihre räumliche Konfiguration ist entgegengesetzt. Sie sehen also aus wie Bild und Spiegelbild. Fachleute bezeichnen diese Moleküle als Enantiomere. Das griechische

„enantios“ steht für „gegenüber“, „meros“ für „Teil“.

Das richtige Enantiomer wirkt im besten Fall thera- peutisch, das falsche kann hingegen fatale Neben- wirkungen hervorrufen. Die Heraus forderung für For- scherinnen und Forscher weltweit bestand bislang darin, dass bei der Synthese bestimmter Wirkstoffe beide Varianten entstehen. Dabei ist nur eine erwünscht.

Bach und seinem Team ist es gelungen, chirale Mole- küle gezielt herzustellen. Damit hat er Pionierarbeit geleistet: Mit der enantioselektiven Photokatalyse hat der Chemiker ein neues Forschungsgebiet begründet.

Mit der Hilfe von Licht hebt er die Ausgangsmoleküle auf ein höheres Energieniveau und macht sie reaktions- freudiger. Dazu setzt Bach auf Katalysatoren, welche die Reaktion beschleunigen und zudem dafür sorgen, dass nur das gewünschte Enantiomer entsteht.

Durch eine neue photochemische Reaktion können Forscherinnen und Forscher der TUM inzwischen auch unerwünschte Spiegelmoleküle in das gewünschte Enantiomer umwandeln, anstatt wie bisher mühsam das richtige Enantiomer aus dem Gemisch herauszu- fischen. „Das spart Zeit, Energie und Ressourcen, weil alle Moleküle genutzt werden und man nicht die Hälfte wegwerfen muss“, erläutert Bach.

Bereits als Schüler hatte er ein Labor im Keller seines Elternhauses eingerichtet und mit Chemie-Baukästen experimentiert. „Es hat öfter einmal gespritzt und gebrannt. Aber glücklicherweise wurde niemand ver- letzt“, erinnert sich der Hochschullehrer. Es war ihm sehr früh klar, dass er Chemie studieren möchte, denn

„diese Wissenschaft kommt meiner Kreativität und dem Wunsch, etwas Neues zu entdecken, entgegen“.

Für den gebürtigen Ludwigshafener war es nach der Promotion keine Option bei einem weltweit bekann- ten Chemiekonzern in seiner Heimatstadt am Rhein anzuheuern. Er genießt die wissenschaftliche Freiheit, die ihm die Universität bietet. Experimente führt er inzwischen  allerdings nicht mehr selbst durch, das übernehmen seine Mit arbeiterinnen und Mitarbeiter.

Er leitet sie an, diskutiert mit ihnen, dennoch treibt ihn sein Wissensdurst des Öfteren ins Labor: „Ich möchte einfach wissen, ob das, was wir uns vorher überlegt haben, funktioniert, und warum es funktioniert.“

Liebe zur Wissenschaft, Souveränität und Bescheiden- heit haben ihm seine eigenen fachlichen Betreuerinnen und Betreuer vorgelebt, berichtet der 55-Jährige. Und das will er weitergeben. Inzwischen hat er mehr als 100 junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei ihrer Promotion betreut. Der Vater eines 13-jährigen Sohnes sieht sich vor allem als Mentor. „Ich freue mich, wenn die jungen Leute ihren Weg finden.“

Eve Tsakiridou Prof. Thorsten Bach

erforscht photoche- mische Prozesse und sucht nach Kataly- satoren für photoche- mische Reaktionen.

Bild: Magdalena Jooss / TUM

Prof. Thorsten Bach

Leibniz-Preisträger 2020

Forschen

Thomas Neumann entwickelt neue digitale Techniken und Werkzeuge, um Erkenntnisse aus der heute allgegenwärtigen Fülle von Daten zu gewinnen. Der Professor für Datenbanksysteme an der Fa kul tät für Informatik hat gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen ein System entwickelt, das Daten bank ab- fragen dynamisch über verschiedene Rechnerkerne verteilen kann. So werden die Hardware- Kapa- zitäten gleichmäßig ausgelastet und die Auswertung großer Datenmengen kann innerhalb  weniger Sekunden erfolgen.

HyPer heißt die Datenbankmaschine, die das Team um Prof. Thomas Neumann und seinen Kollegen Prof.

Alfons Kemper an der TUM entwickelt hat und für die Neumann mit einem der Gottfried Wilhelm Leibniz- Preise 2020 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgezeichnet wurde. Üblicherweise kann ein Datenbanksystem entweder Datenänderungen schnell verarbeiten oder Daten schnell analysieren.

Beides gleichzeitig zu unterstützen, ist eine besondere Herausforderung.

HyPer zeichnet sich laut DFG dadurch aus, dass es die Transaktionsverarbeitung mit einem hohen Anteil von Datenänderungen beherrscht und gleichzeitig komplexe Datenmengen auswertet. Neumann habe mit HyPer das Forschungsgebiet der hauptspeicher- basierten Datenbanksysteme neu ausgerich tet und zu- dem wichtige Impulse für die internationale Forschung geliefert.

Wer benötigt eigentlich solche computergestützten, ul- traschnellen Datenbanksysteme? „Die Wirtschaft, um beispielsweise die Logistik zu überwachen oder Trends bei Aktienkursen zu erkennen. Aber auch Gesellschaft und Wissenschaft, wenn es darum geht, politische

Entscheidungsgrundlagen zum Klimawandel zu liefern oder epidemiologische Datenauswertungen zu erhal- ten. Ein Beispiel für Letzteres wäre: Wie häufig treten bestimmte Krankheiten in einem bestimmten Alter auf“, erläutert Neumann.

Ein theoretisches Konstrukt zu entwickeln, ist ihm zu wenig. Bei der Entwicklung des neuartigen Daten- banksystems tauscht er sich ständig mit Menschen aus, die dieses anwenden. Das hat mehrere Gründe:

„Detailprobleme sieht man erst, wenn man Nutzerinnen und Nutzer fragt. Außerdem nutzen sie Datenbanksys- teme manchmal auf sehr kreative Art und Weise, mit der man vorher nicht gerechnet hat“, sagt der Informatiker.

Der gebürtige Kölner interessierte sich früh für Natur- wissenschaften und Informatik. Sein großes Vorbild war ein Physiker: sein Vater. Dieser habe ihn programmie- ren gelehrt und auch für die Physik begeistert. Nach dem Gewinn der Goldmedaille bei der Internationalen Informatik-Olympiade 1994 entschied Neumann sich doch für die Informatik als Studienfach. „Die meisten Physikerinnen und Physiker machen sowieso etwas mit Computern“, lacht er. Seinen persönlichen Ausgleich findet der dreifache Vater im Kampfsport: Seit vielen Jahren betreibt Neumann Karate, inzwischen trägt er den braunen Gürtel.

Mit der Idee hinter HyPer hat sich aus seinem Lehrstuhl inzwischen ein Jungunternehmen ausgegründet. Auf den gelungenen Transfer in die Wirtschaft ist Neumann besonders stolz. Allerdings denkt er nicht im Traum daran, zu wechseln. Als Gastwissenschaftler bei einer großen US-amerikanischen Softwarefirma hat er die Er- fahrung gemacht, dass die Wirtschaft kurzfristig denkt.

Kaum jemand sei bereit, ein langfristiges Risiko einzu- gehen. Umso mehr schätzt der 43-Jährige den langen Zeithorizont in den Wissenschaften: „An der Uni kann man experimentieren und darf auch mal scheitern.“

Eve Tsakiridou Leibniz-Preisträger

Thomas Neumann ist Professor für Datenbanksysteme.

Bild: Astrid Eckert / TUM

Prof. Thomas Neumann

Leibniz-Preisträger 2020

Forschen

Digitales Düngen

Gängiger Stickstoffdünger kann zu einem hohen Nitratgehalt im Grundwasser führen.

Dieser soll nach Vorgaben der Europäischen Union verringert werden. Helfen

könnten Algorithmen und Sensoren, die Forschende unter Federführung der TUM am Wissenschaftszentrum Weihenstephan entwickelt haben.

Bislang berechnen Landwirte die Düngemenge für ein Feld aus dem durchschnittlichen Ertrag und der mittle- ren Bodengüte. Dieses Verfahren ist allerdings ungenau, da Bodeneigenschaften, Ertragspotenzial und Dünge- bedarf auch innerhalb eines Feldes variieren können.

An Stellen, die vom Mittelwert des Feldes abweichen, bekommen die Pflanzen deshalb zu viel oder zu wenig Dünger. Überschüssiger Stickstoff bleibt im Boden zurück, reichert sich über die Jahre an und entweicht irgendwann in die Umwelt, etwa ins Grundwasser.

Ein neues digitales Nährstoff-Managementsystem könnte Abhilfe schaffen. Aufgebaut wurde es in den vergangenen zwei Jahrzehnten von Prof. Kurt-Jürgen Hülsbergen, Inhaber des Lehrstuhls für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme, und seinem Team auf der Basis von Langzeit-Feldexperimenten. Das System analysiert, bewertet und optimiert die Stoff- und Energieflüsse landwirtschaftlicher Betriebe. Hüls- bergens Mitarbeiter Dr. Franz-Xaver Maidl ergänzt die Möglichkeiten der passgenauen Düngung mit seiner Forschung: Er hat ein sensorgestütztes System und Algorithmen zur teilflächenspezifischen Stickstoffdün- gung entwickelt.

Ein spezieller, multi- spektraler Sensor, der am Traktor ange- bracht werden kann, misst den Nährwert an Getreidepflanzen.

Bild: Uli Benz / TUM

Diese zwei digitalen Instrumente helfen Landwirten dabei, Dünger zu sparen und die Umwelt zu entlasten.

In der oberbayerischen Modellregion Burghau sen / Burgkirchen werden sie nun ab Januar 2020 in einem dreijährigen Forschungsprojekt umfassend erprobt, bevor sie in der landwirtschaftlichen Praxis und Bera- tung nutzbar sind.

„Ein passender Dünge-Algorithmus sorgt dafür, dass Landwirte keine Ertragseinbußen haben und die Gesell- schaft von der guten Wasserqualität profitiert“, erklärt Hülsbergen. Mit dem modular aufgebauten, webba- sierten Managementsystem können Landwirte in der Modellregion nicht nur den Nährstoff- und Düngebe- darf ihrer Pflanzen genau ermitteln, sondern auch die Düngerverteilung in der Fruchtfolge optimieren. Ziel ist es, die Stickstoff-Effizienz zu steigern und Stickstoff- Emissionen zugunsten der Umwelt zu vermindern. Das System ist gleichermaßen für den Einsatz im ökologi- schen und konventionellen Landbau geeignet.

Ein spezieller multispektraler Sensor, der am Traktor angebracht werden kann, ist ein wichtiges Instrument auf dem Weg zur zielgerichteten Düngung: Er misst das Licht, das von den Pflanzen reflektiert wird. Anhand der Reflexion kann der Stickstoff-Ernährungsstatus der Pflanzen berechnet werden. Das System berücksichtigt darüber hinaus das Wachstumsstadium, die Bodengüte und die angestrebte Produktqualität, um dann die opti- male Düngemenge zu berechnen. Damit wird in einem Arbeitsgang der Stickstoffgehalt der Pflanze bestimmt und in Echtzeit die richtige Düngemenge ermittelt.

Katharina Baumeister-Krojer Forschen

Das Wissen darüber, wie schnell sich das Universum ausdehnt, ist wichtig, um Alter, Größe und Schicksal unseres Kosmos zu bestimmen. Als Maß für die Ex- pansion des Universums dient die Hubble- Konstante.

Ihre Bestimmung ist seit Jahren eine der spannends- ten Herausforderungen der Physik. Mithilfe kosmischer Linsen hat nun ein internationales Team die Hubble- Konstante mit hoher Genauigkeit und völlig unabhängig von früheren Methoden bestimmt. Geleitet wurde die Gruppe von Sherry Suyu, Professorin für Beobachtende Kosmologie an der TUM.

Die aktuelle Messung der Hubble-Konstante ist die bisher genaueste Bestimmung unter Verwendung von Gravitationslinsen. Ausgenutzt wird bei dieser Metho- de, dass die Schwerkraft einer Vordergrundgalaxie wie eine riesige Vergrößerungslinse wirkt. Sie verstärkt und verzerrt das Licht von Hintergrundobjekten und bildet das Objekt mehrfach ab.

Für die Messungen werden als Hintergrundobjekte Qua- sare verwendet. Dabei handelt es sich um extrem weit entfernte, aktive Schwarze Löcher, die Materie verschlu- cken und dabei hell leuchten. Abhängig von der Posi- tion des Quasars hinter der Vordergrundgalaxie muss das Licht der verschiedenen Abbilder des Quasars auf dem Weg zum Beobachter unterschiedlich lange Wege zurücklegen. Schwankungen in der Quasar-Helligkeit

kommen daher zu unterschiedlichen Zeiten beim Be- obachter an. Für die neuesten Messungen verwendete das Team Daten des Hubble-Weltraumteleskops, des MPG/ESO-2,2-Meter-Teleskops der Europäischen Süd- sternwarte (ESO) und der Max-Planck-Gesellschaft in La Silla, Chile, des Very Large Telescope der ESO in Paranal, Chile, und Weitfeldaufnahmen des Dark Energy Survey, am Cerro Tololo in Chile sowie hochauflösende Aufnahmen mit der adaptiven Optik des Keck Obser- vatoriums auf Hawaii, USA.

Aus den Ergebnissen dieser Beobachtungen errechnete das Team für die Hubble-Konstante einen Wert von 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec (mit einer Un- sicherheit von 2,4 Prozent). Aus den Beobachtungen des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorga- nisation (ESA), dessen Messergebnisse vor allem das Verhalten des Kosmos vor mehr als 13 Milliarden Jahren widerspiegeln, errechnet sich dagegen ein Wert von 67 Megaparsec. Beide Werte sind zu weit voneinander ent- fernt, um als Messungenauigkeit angesehen zu werden.

„Während unsere ersten Ergebnisse bereits auf diesen hohen Wert für die Hubble-Konstante hindeuteten, sind wir uns jetzt deutlich sicherer, dass es tatsächlich einen systematischen Unterschied zwischen den Werten in der Früh- und Spätphase des Universums gibt“, erklärt Sherry Suyu. Die Kluft zwischen den beiden Werten hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der zugrun- deliegenden physikalischen Parameter und erfordert möglicherweise neue Theorien, um die Diskrepanz zu erklären.

Andreas Battenberg

Expansion des Universums

Sherry Suyu misst mithilfe kosmischer Linsen die Expansion des Universums.

Die Astrophysikerin wurde 2016 im Rahmen der Allianz „MaxPlanck@TUM“

berufen – als Max-Planck-Forschungsgruppenleiterin und gleichzeitig als Tenure- Track- Professorin der TUM.

Deutsche Nummer Eins in Physik und Astronomie

Laut „QS World University Ranking by Subject 2020“

zählt die TUM in elf Fächern zu den besten 50 Uni- versitäten weltweit. Im Bereich Physik und Astronomie ist die TUM laut Ranking derzeit Deutschlands beste Universität, weltweit belegt sie hier Rang 17.

Sherry Suyu, Professo- rin an der Technischen Universität München, Gruppen leiterin am Max-Planck- Institut für Astrophysik (MPA) in Garching bei München und Gastwissenschaft- lerin am Academia Sinica Institute of Astronomy and Astro- physics in Taipeh, Taiwan.

Bild: Johannes Wiedersich / TUM

Forschen

Motorische Fähigkeiten (gelenkfrei)

Verarbeitung feinster Infrarot- Kontraste und kühlende Kapillarstruktur

Chemosensorik Wahrnehmung

niederfrequenter Oberflächenwellen

Ultraschnelle Muskelbewegungen beim Klappern (Aktorik)

Reibungs- bzw.

abriebarme Oberflächen

Von Schlangen lernen

Beim Ideenwettbewerb Bionik der TUM wurden am 4. Dezember 2019 sechs von der Natur inspirierte Projektideen ausgezeichnet und erhalten nun finanzielle Unterstützung: Beispielsweise könnten die Blutgefäße einer Schlange als Vor bild bei der Entwicklung von Sonnenkollektoren dienen. Oder Insekten- larven könnten Plastikmüll in neu artige Kunstfasern umwandeln.

Klapperschlangen können das Sinnesorgan, mit dem sie Infrarotstrahlung wahrnehmen, effizient kühlen. Diese Fähigkeit inspiriert ein beim Ideenwettbewerb Bionik ausgezeichnetes Forschungsprojekt an der TUM.

Bild: Gwillem Mosedale / ediundsepp Gestaltungsgesellschaft

Bionik: Wie die meisten Arten haben auch Schlangen im Laufe der Evolution überlebens- wichtige technische Lösungen ausgebildet. Von diesen können Impulse für die Forschung ausgehen,­zum­Beispiel­für­die­Sensorik,­Robotik­oder­technische­Oberflächen.

Forschen

Pflanzen können die Energie der Sonne im großen Maß- stab nutzen. Vögel haben Knochen, die leicht und stabil sind. Und Fledermäuse können sich auch im Dunkeln hervorragend orientieren. Die Natur bietet Lösungen für Fragen, vor denen auch Ingenieurinnen und Ingenieure stehen, etwa wenn sie Anlagen zur Nutzung erneuer- barer Energien oder energieeffiziente Fluggeräte bauen wollen.

Solche, in der belebten Natur entstandene Lösungen für technische Probleme zu erkennen, zu analysieren und der technischen Umsetzung zugänglich zu machen, ist Aufgabe der Bionik. „Wir verfolgen das Ziel, die Bionik schon früh in das studentische Denken einzubringen, die Offenheit für von der Natur inspirierte Lösungen zu fördern und auch die Kreativität zu bestärken“, erklärt Harald Luksch, Professor für Zoologie und Leiter des Bionik-Teams der TUM, das seit Kurzem an der Munich School of BioEngineering (MSB) angesiedelt ist. Ebenso zentral sei die Förderung der interdisziplinären Kommu- nikation und Kooperation der Forschenden.

Ausgezeichnete Ideen

Im Herbst 2019 wurde der Ideenwettbewerb Bionik ausgeschrieben: Von 17 kurzfristig eingereichten Pro- jektideen wurden sechs Ideen mit einem Förderpreis von je 10.000 Euro prämiert. Die Gewinner wurden am 4. Dezember 2019 in der MSB auf dem Forschungs- campus Garching vorgestellt.

Sinnesorgane von Schlangen als Vorbild

Ein Projekt beschäftigt sich beispielsweise mit Klapper- schlangen. Die Tiere sind hochempfindlich in der Wahr- nehmung von Infrarotstrahlung und können dadurch ihre Beutetiere auch im Dunkeln zuverlässig erkennen.

Das dafür zuständige Sinnesorgan bleibt dabei kühl, entstehende Wärme wird rasch abtransportiert. Die Klapperschlange könnte damit als Vorbild dienen, um den Strömungswiderstand in den gewundenen Rohren von Sonnenkollektoren zu verringern. Mit diesem Ziel wollen Karen Alim, Professorin für die Theorie biologi- scher Netzwerke, und Dr. Tobias Kohl vom Lehrstuhl für Zoologie die verantwortlichen Mechanismen bei den Reptilien untersuchen.

Biologisches Kunststoff-Recycling

Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit dem Abbau von Kunststoff: Wenige Organismen besitzen die Fähigkeit, moderne Kunststoffe zu zersetzen und zu verwerten.

Eleonore Eisath, Absolventin des Masterstudiengangs Industrial Design der TUM, möchte gemeinsam mit zwei ehemaligen Kommilitonen herausfinden, ob und wie sich solche Organismen in großem Maßstab für das Kunststoff-Recycling nutzen lassen. Unterstützt wird sie dabei von Dr. Sandra Hirsch vom Lehrstuhl für Industrial Design. Unter anderem wollen die Forschenden sich mit der Larve der großen Wachsmotte beschäftigen. Diese kann Polyethylen fressen und produziert daraus einen Faden, der als neuartige Kunstfaser dienen könnte.

„Wir unterstützen Forscherinnen und Forscher aller Fachrichtungen wie auch Studierende der TUM auf allen Etappen des Forschens und Gründens im Bereich der Bionik “, erklärt Gwillem Mosedale, Projekt-Manager im Bionik-Team. „Etwa bei der Ideenfindung, der Suche nach interdisziplinären Kooperationspartnern oder dem fachübergreifenden Arbeiten.“

www.bioengineering.tum.de/bionik Paul Piwnicki

Forschen

Hochdotierte EU-Förderung für vier Projekte

Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert künftig vier Forschungsprojekte der TUM mit seinen renommierten ERC Consolidator Grants. Bis zu zwei Millionen Euro werden jeweils in ausgezeichnete Projekte in den Bereichen Bildgebung, Robotik, Simulationen und Solarzellen fließen.

Prof. Sandra Hirche (Elektrotechnik und Informationstechnik)

Regelungstechnik bildet die Grundlage zur Steuerung moderner autonomer Systeme – von der Heizung bis zum Roboter: Regelungsgesetze entscheiden, wie ein System einer Vorgabe folgt, auf unerwartete Einflüsse reagiert und sicherstellt, dass seine Funktion zuverlässig erfüllt wird. In sicherheitskritischen Anwendungen ist ein mathematischer Beweis für die Zuverlässigkeit des geregelten Systems unverzichtbar. Dieser lässt sich anhand eines möglichst exakten Modells führen. In komplexen Systemen stößt dieser Ansatz allerdings an seine Grenzen. Maschinelles Lernen ist vielversprechend für deren Modellierung, liefert aber typischerweise keine beweisbaren Garantien. In ihrem Projekt

„CO-MAN“ will Prof. Sandra Hirche beides zusammenführen. Der neue Ansatz soll für Systeme geeignet sein, bei denen Sicherheit und Anpassungsfähigkeit besonders wichtig sind, zum Beispiel, wenn Menschen eng mit Maschinen interagieren. Die Professorin für Informationstechnische Regelung plant, den Ansatz anhand von zwei Anwendungsfällen zu erproben: in Systemen zur diagnostischen Unterstützung von Parkinson-Patienten und in Systemen für robotergeführte Rehabilitation.

Prof. Ian Sharp (Physik)

Ein Problem klassischer Photovoltaik besteht darin, die gewonnene Energie einfach und in großem Maßstab zu speichern. Prof. Ian Sharp möchte Systeme entwickeln, die Sonnenenergie chemisch speichern. Materialien für solche Umwandlungen müssen die aufgenommene Energie effizient übertragen können und auch unter aggressiven Reak- tionsbedingungen stabil sein. Übergangsmetallnitrid-Halbleiter könnten diese Anforde- rungen erfüllen, sind aber bisher wenig untersucht. Mit seinem Projekt „SECANS“ will Ian Sharp diese Lücke schließen. Mit neuesten Methoden der Halbleiterabscheidung und der Grenzflächenmodifikation möchte er „künstliche Photosysteme“ entwickeln. Zur Untersu- chung der photochemischen Stabilität, der Mechanismen der Energieumwandlung und der Auswirkungen von Defekten und Störungen sollen modernste spektroskopische Techniken zum Einsatz kommen. Ziel sind neuartige Nitrid-Halbleiter mit selbstheilenden Grenzflächen, die Sonnenenergie effizient in chemische Energie umwandeln können.

Sandra Hirche ist Professorin für Informations- technische Regelung. Ihre Forschung wurde bereits mit einem ERC Starting Grant gefördert.

Bild: Astrid Eckert / TUM

Ian Sharp ist Professor für Experimentelle Halbleiterphysik.

Bild: Astrid Eckert / TUM Forschen

Prof. Nils Thuerey (Informatik)

Das Projekt „SpaTe” von Prof. Nils Thuerey hat das Ziel, Computern Physik beizubringen – im Gegensatz zu klassischen Methoden nicht mit Gleichungen, sondern mit Daten und Beispielen. Programme, die vorhersagen, wie sich Gase, Flüssigkeiten und Festkörper unter bestimmten Voraussetzungen und in einem bestimmten Zeitraum verformen, finden in vielen Industrien und Forschungsprojekten Anwendung. Die dafür erforderlichen Berechnungen benötigen bislang aber sehr viel Rechenleistung. Machine Learning hat das Potenzial, komplexe zeitliche Vorgänge flexibel und realistisch abzubilden. Bislang ist dieser Ansatz aber noch kaum erforscht. In seinem Projekt will Nils Thuerey neue Algorithmen entwickeln, um Machine Learning in physikalischen Simulationen nutzbar machen. In Zukunft könnte es damit zum Beispiel möglich sein, aus Videos automatisch abzuleiten, welche physikalischen Materialien sichtbar sind, und wie sie sich verhalten.

Prof. Gil Westmeyer (Medizin)

Gehirne bestehen aus verzweigten Netzwerken von Nervenzellen. Informationen bewegen sich hier auf eine ähnlich komplexe Weise, wie Verkehrsteilnehmer im Straßennetz. In seinem Projekt „EMcapsulins“ entwickelt Prof. Gil Westmeyer biotechnologische Verfah- ren, mit deren Hilfe sich besser verstehen lässt, wie neuronale Netzwerke Informationen verarbeiten und speichern. Die Elektronenmikroskopie (EM) liefert bisher die detaillierte Anatomie der Nervenzellnetzwerke, also eine statische Karte des Straßennetzes. Über die molekularen Aktivierungsmuster, also die Verkehrsbewegungen, gab die EM bislang jedoch keinen Aufschluss. In seinem ERC-Projekt setzt Westmeyer daher genetisch en- kodierte Marker in Nervenzellen ein, die molekulare Zustände der Neuronen direkt in der EM „mehrfarbig“ visualisieren. Diese funktionalen EM-Karten können neue Erkenntnisse zu den zellulären Mechanismen neuronaler Informationsverarbeitung und ihrer Störung in neuropsychiatrischen Erkrankungen ermöglichen.

Nils Thuerey ist Professor für Physikalisch-basierte Simulation. Seine Forschung wurde bereits mit einem Starting Grant und einem Proof-of-Concept- Grant des ERC gefördert.

Bild: Andreas Heddergott / TUM

Gil Westmeyer ist Professor für Molekulare Bild- gebung. Seine Forschung wurde bereits mit einem Starting Grant des ERC gefördert.

Bild: Astrid Eckert / TUM

Forschen

Rezeptoren

gesunde Zelle Tumorzelle

Radiopharmakon DNA

Radioaktive Sonden für die Medizin

Strahlentherapie, also die Bestrahlung von Tumoren von außen, gehört zu den wirksamsten Therapien gegen Krebs, ist aber oft mit Nebenwirkungen verbunden, weil auch gesundes Gewebe zwangsläufig in Mitlei- denschaft gezogen wird. „Radiopharmaka hingegen, also radioaktiv markierte Substanzen, erlauben eine Strahlentherapie von innen, die gezielt nur Krebszellen zerstört“, erklärt Hans-Jürgen Wester, Professor für Pharmazeutische Radiochemie an der TUM. Zusam- men mit seinem Team am Lehrstuhl entwickelt er soge- nannte „targeted theranostics“. Diese Radiopharmaka werden den Patientinnen und Patienten injiziert und reichern sich im Organismus in den Tumorzellen an. So konzentriert sich die Wirkung der Strahlung, die durch den radioaktiven Zerfall entsteht, auf den Tumor. Das gesunde Gewebe bleibt dabei weitgehend intakt.

Diagnose von Erkrankungen

Radiopharmaka, auch Tracer genannt, können ebenso für die Diagnose von Krankheiten verwendet werden.

„Sie haben dann die Funktion einer molekularen, ra- dioaktiven Sonde, die krankhafte Prozesse sichtbar macht“, erklärt Wester. Diese Substanzen erzeugen Strahlung, die sich außerhalb des Körpers nachwei- sen lässt, sodass die Erkrankung mithilfe spezieller Tomografie-Geräte lokalisiert und ihre Ausbreitung dreidimensional dargestellt werden kann. Diese Ver- fahren haben einen großen Vorteil: Da biochemische Veränderungen in einem Gewebe oft um Wochen und Monate früher auftreten als sichtbare Veränderungen der Gewebestrukturen, können sie Informationen lie- fern, die weit über die Darstellung mittels Computerto- mografie (CT) oder Magnetresonanztomografie (MRT) Radiopharmaka in der Therapie: Radiopharmaka sind so gestaltet, dass sie durch typische Strukturen in der Zelloberfläche (z.B. Rezeptoren) in bestimmte Tumor zellen eindringen können. Dort beschädigen sie mit ihrer Strahlung die DNA der Tumorzellen und zerstören sie. An gesunde Zellen können sie nicht andocken. Auf diese Weise kann mit Radiopharmaka im Idealfall tumorselektiv therapiert werden. Bild: Paul Piwnick / ediundsepp Gestaltungsgesellschaft

Starting-up@TUM

Mit Radiopharmaka lassen sich krankhafte Veränderungen im Gewebe sichtbar machen und Tumore präzise zerstören. Die von Prof. Hans-Jürgen Wester gegründete Firma Scintomics beliefert welt- weit Kliniken mit Geräten und Materialien, die zur Herstellung dieser radioaktiven Medikamente erfor- derlich sind.

Wissenschaft und Wirtschaft

Radiopharmaka in der Diagnostik:

Untersuchung des Gehirns bei bösarti- gem Tumor (Anaplastisches Astrozytom);

oben: MRT-Bild (Kernspintomografie);

unten: Kombination des MRT-Bildes mit einer Untersuchung mit Radiophar- maka (FET PET). Die Ausdehnung des

Tumors ist in der kombinierten Unter- suchung deutlich besser zu erkennen

als im MRT alleine.

Bilder: Prof. Wolfgang Weber / Klinikum rechts der Isar der TUM

hinausgehen. „Mithilfe von speziellen Radiopharmaka lässt sich ebenso bereits Tage nach Beginn einer Che- motherapie messen, ob die gewählte Therapie bei ei- nem oder einer Behandelten ansprechen wird oder eine alternative Therapie gewählt werden sollte“, ergänzt der Forscher. Zu den besonders erfolgreichen Entwicklun- gen des Lehrstuhls für Pharmazeutische Radiochemie gehören Mittel zur Behandlung und Diagnose von hä- matologischen Krebserkrankungen und Prostata-Krebs.

Radiopharmaka automatisch herstellen

Für den klinischen Alltag sind Radiopharmaka eine He- rausforderung: Sie sind oft nur wenige Stunden haltbar, weil die enthaltenen kurzlebigen Radioisotope schnell zerfallen. Oft lassen sich Radiopharmaka also weder lagern noch über lange Strecken transportieren. Mithilfe spezieller Geräte können die Kliniken die Mittel aber vollautomatisch vor Ort herstellen.

Im Jahr 2006 hat Wester die Firma Scintomics GmbH gegründet, die solche Geräte in ihrem Werk in Fürsten- feldbruck herstellt und von dort aus weltweit vertreibt.

Die zugrunde liegenden Tracer-Technologien hat Wester mit Kolleginnen und Kollegen an der TUM und am Klini- kum rechts der Isar entwickelt und kontinuierlich durch die TUM patentiert. Die nachfolgende Kommerzialisie- rung erfolgt über ein etabliertes weltweites Netzwerk aus Kunden und Partnern. Mittlerweile wurden zwei Tochterunternehmen gegründet, die spezielle Schwer- punkte verfolgen und die klinische Entwicklung von Radiopharmaka vorantreiben.

Unternehmerischen Gedanken fördern

Als besonders wachstumsstarkes und nachhaltiges Unternehmen, das die TUM-Philosophie einer unter- nehmerischen Universität verkörpert, hat Scintomics 2019 den TUM Presidential Entrepreneurship Award erhalten. Mit seiner Erfahrung als Gründer hat Wes- ter auch die Aufgabe als Gründungsbotschafter der Fakultät Chemie übernommen. „Sehr gerne möch- te ich all jene, die sich mit dem Gedanken tragen, ein Unternehmen zu gründen, darüber informieren, wie einzigartig an der TUM der unternehmerische Gedanke unterstützt wird und wie mannigfaltig die Fördermöglichkeiten sind“, erklärt er seine Rolle.

Unterstützung bei der Gründung

Die TUM unterstützt Studierende sowie Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit ihrer Idee oder Technologie ein Unternehmen gründen wollen.

Die TUM Gründungsberatung, ein gemeinsames An- gebot von TUM und UnternehmerTUM, dem Zen- trum für Innovation und Gründung an der TUM, ist die zentrale Anlaufstelle für alle Fragen zum Thema Gründung. Um alle Belange rund um das Thema Er- findungen kümmert sich das Team von Patente und Lizenzen im Hochschulreferat Forschungsförderung und Technologietransfer (TUM ForTe).

www.tum.de/innovation Paul Piwnicki

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