Food-Scanner für die Hosentasche

Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 03.01.2019

Laut einer Studie der Umweltstiftung WWF Deutschland landen jährlich zehn Millionen Tonnen Lebensmittel in Deutschland im Müll, obwohl sie noch verzehrbar sind. Mit einem mobilen Food-Scanner sollen Verbraucher und Supermarktbetreiber in Zukunft prüfen können, ob Nahrungsmittel verdorben sind. Das Gerät im Hosentaschenformat ermittelt per Infrarotmessung den Reifegrad und die Haltbarkeit von Gemüse, Obst und Co. und zeigt das Ergebnis mithilfe einer App an. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben das System, das als Demonstrator vorliegt, gemeinsam mit Partnern im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten entwickelt.

Kann man den Joghurt noch essen? Ist das Gemüse noch genießbar? Im Zweifelsfall landen Lebensmittel nicht auf dem Teller, sondern in der Tonne. Viele Produkte werden weggeworfen, weil sie nicht mehr appetitlich aussehen, kleine Schönheitsfehler aufweisen oder das Mindesthaltbarkeitsdatum abgelaufen ist. Allein in Bayern wandern 1,3 Millionen Tonnen Nahrungsmittel jährlich unnötigerweise in den Abfall. Mit dem Bündnis »Wir retten Lebensmittel« will das Bayerische Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten mit insgesamt 17 Maßnahmen der Verschwendung entgegenwirken. Eines der Projekte: Ein Food-Scanner soll dazu beitragen, die Verluste am Ende der Wertschöpfungskette zu reduzieren – im Handel und beim Verbraucher. Das preisgünstige Gerät im Hosentaschenformat soll künftig den tatsächlichen Frischegrad von Lebensmitteln feststellen – sowohl bei abgepackten als auch bei nicht abgepackten Waren. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, der Technischen Hochschule Deggendorf und der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf entwickeln den kompakten Food-Scanner, der als Demonstrator mit Daten für zwei Lebensmittel vorliegt und auch eine Haltbarkeitsabschätzung ermöglicht.

Echtheit von Lebensmitteln per Infrarotlicht feststellen

Herzstück des mobilen Scanners ist ein Nahinfrarot (NIR)-Sensor, der den Reifegrad des Nahrungsmittels bestimmt und ermittelt, wie viele und welche Inhaltsstoffe es enthält. »Infrarotlicht wird punktgenau auf das zu untersuchende Produkt geschickt, anschließend misst man das Spektrum des reflektierten Lichts. Die absorbierten Wellenlängen lassen Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Ware zu«, erläutert Dr. Robin Gruna, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer IOSB, die Funktionsweise des Verfahrens. »Im Labor kann man schon lange per Nahinfrarotspektroskopie Inhaltsstoffe quantifizieren. Neu ist, dass dies jetzt mit kleinen Low-Cost-Sensoren möglich ist«, sagt Julius Krause, Kollege im Team von Gruna. »Lebensmittel werden oftmals gefälscht, beispielsweise werden Lachsforellen als Lachs verkauft. Auch die Echtheit eines Produkts kann man mit unserem Gerät feststellen, nachdem es entsprechend eingelernt wurde. Gepanschtes Olivenöl lässt sich ebenfalls als solches identifizieren«, so der Physiker. Doch dem System sind auch Grenzen gesetzt: Es bewertet ausschließlich die Produktqualität von homogenen Nahrungsmitteln. Heterogene Produkte mit verschiedenen Zutaten wie beispielsweise Pizza lassen sich aktuell nur schwer prüfen. Hierfür erforschen die Wissenschaftler ortsauflösende Technologien wie bildgebende Spektroskopie (Hyperspectral Imaging) und Fusionsansätze mit Farbbildern und Spektralsensoren.

Um die Qualität der Lebensmittel basierend auf den Sensordaten und den gemessenen Infrarotspektren bestimmen und Prognosen für die Haltbarkeit errechnen zu können, entwickeln die Forscherteams intelligente Algorithmen, die nach entsprechenden Mustern und Gesetzmäßigkeiten in den Daten suchen. »Durch Maschinelles Lernen können wir das Erkennungspotenzial steigern. In unseren Tests haben wir Tomaten und Hackfleisch untersucht«, sagt Gruna. So wurden etwa die gemessenen NIR-Spektren von Hackfleisch mithilfe statistischer Verfahren mit dem mikrobiellen Verderb korreliert und wurde die weitere Haltbarkeit des Fleisches davon abgeleitet. Umfangreiche Lagertests, bei denen die Forscherteams die mikrobiologische Qualität sowie weitere chemische Parameter unter verschiedenen Lagerbedingungen erfassten, zeigten eine gute Übereinstimmung der ermittelten und der tatsächlichen Gesamtkeimzahl.

App zeigt Haltbarkeit der Lebensmittel an

Der Scanner sendet die gemessenen Daten zur Analyse per Bluetooth an eine Datenbank – eine eigens entwickelte Cloud-Lösung –, in der die Auswerteverfahren hinterlegt sind. Die Messergebnisse werden anschließend an eine App übertragen, die dem Verbraucher die Ergebnisse anzeigt und darstellt, wie lange das Lebensmittel bei den jeweiligen Lagerbedingungen noch haltbar ist oder ob es bereits überlagert wurde. Darüber hinaus erfährt der Verbraucher, wie er Lebensmittel alternativ verwenden kann, wenn deren Lagerdauer abgelaufen ist. Für Anfang 2019 ist die Testphase in Supermärkten geplant: Dann soll untersucht werden, wie der Verbraucher das Gerät annimmt. Insgesamt ist ein breiter Einsatz entlang der Wertschöpfungskette denkbar, vom Rohstoff bis zum Endprodukt. Eine frühzeitige Erkennung von Qualitätsveränderungen ermöglicht alternative Verwertungswege und trägt zur Reduzierung der Verluste bei.

Doch der Scanner ist mehr als nur ein Instrument für den Lebensmittel-Check. Vielmehr handelt es sich um eine universell einsetzbare, kostengünstige Technologie, die schnell anpassbar ist. Beispielsweise könnte man das System nutzen, um damit Kunststoffe, Holz, Textilien oder Mineralien voneinander zu unterscheiden und zu klassifizieren. »Der Einsatzbereich des Geräts ist vielseitig, es muss nur entsprechend trainiert werden«, sagt Gruna.

Externer Link: www.fraunhofer.de

ETH-Spin-off-Maschine läuft auf Hochtouren

Medienmitteilung der ETH Zürich vom 04.01.2019

Die ETH Zürich blickt auf ein ausgesprochen gutes Spin-off-Jahr zurück: 27 Unternehmen wurden 2018 gegründet – so viele wie noch nie. Finanzierungsrunden von über 170 Millionen Franken und der Börsengang von Sensirion zeugen zudem vom Markterfolg der ETH-Ausgründungen.

Die ETH Zürich erlebte 2018 ein neues Hoch bei den Spin-off-Gründungen: Insgesamt 27 Gründerteams wagten den Schritt in die Selbständigkeit. Während in den Nullerjahren an der ETH im Schnitt pro Jahr 13 Spin-offs gegründet wurden, waren es in den Zehnerjahren bis anhin rund 24. Für Detlef Günther, Vizepräsident Forschung und Wirtschaftsbeziehungen, ist der sukzessive Anstieg der Unternehmensgründungen in den letzten zwei Jahrzehnten der beste Beweis dafür, dass sich die hochschulinternen Förderanstrengungen auszahlen: «Es freut mich ausserordentlich, dass viele junge Talente die Ausdauer und den Mut haben, ihre Ideen bis zur Marktreife weiterzuentwickeln, denn davon profitiert letztlich auch die Schweizer Wirtschaft und Gesellschaft», so Günther.

Digitale Technologien für die Medizin

Das inhaltliche Spektrum der neu gegründeten Spin-offs ist vielfältig und widerspiegelt die ganze Forschungsbreite der ETH Zürich. Der grösste Teil der neuen Gründungen – insgesamt zwölf im Jahr 2018 – stammen aus dem Bereich Informatik- und Kommunikationstechnologie. Damit setzt sich ein Trend fort, der sich bereits in den letzten Jahren abzeichnete. Auch bei den Anwendungsbereichen ist eine Tendenz erkennbar: Acht Spin-offs aus unterschiedlichen Fachrichtungen entwickeln Produkte im medizinischen Kontext. So arbeiten junge Gründerinnen und Gründer beispielsweise an einer neuen Methode zur Wurzelkanalbehandlung oder einem handlichen und preiswerten PET-Scanner für die Alzheimer-Früherkennung.

Im Zuge der digitalen Transformation wird auch die künstliche Intelligenz immer wichtiger: Sechs der neuen Firmen arbeiten mit Methoden des maschinellen Lernens. Das Spin-off Scailyte beispielsweise entwickelt eine Software, die Muster in riesigen Datenmengen aus einzelnen Zellen analysieren und mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung bringen kann. So könnte die Früherkennung einer ganzen Reihe von Erkrankungen, wie beispielsweise Krebs, massgeblich verbessert werden. Dass so viele der neuen Spin-offs in den Bereichen Medizin und Datenwissenschaften angesiedelt sind, überrascht wenig, sind dies doch zwei thematische Schwerpunkte der ETH Zürich.

Erfolgreich im Markt

Dass die jungen Gründerinnen und Gründer über mehr verfügen als nur eine gute Idee und den Glauben in das eigene Können, zeigt ein Blick auf die Bilanzen: ETH-Spin-offs konnten im vergangenen Jahr insgesamt über 170 Millionen Franken an Kapital einwerben. So schlossen die Unternehmen Climeworks, Verity Studios und Beekeeper Finanzierungsrunden über rund 30, 18 respektive 13 Millionen Schweizer Franken ab, um nur einige Beispiele zu nennen. Neben den Investitionen zeugen auch Übernahmen und Börsengänge vom Erfolg der ETH-Ausgründungen. Der Börsengang von Sensirion im März 2018 beispielsweise war gut auf die Wachstumsstrategie des Unternehmens abgestimmt. Dies schlug sich im Vorjahresvergleich in einer Umsatzsteigerung von 30 Prozent in den ersten sechs Monaten nieder.

Externer Link: www.ethz.ch

technologiewerte.de – MOOCblick Januar 2019

Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

Innovation: From Plan to Product
John Steen (The University of Queensland)
Start: 15.01.2019 / Arbeitsaufwand: 80-100 Stunden

Externer Link: www.edx.org

Durchbruch in der Stammzellforschung: Gehirnstammzellen aus Blut

Medieninformation der Universität Innsbruck vom 20.12.2018

Stammzellforschern der Universität Innsbruck ist es erstmals gelungen, aus menschlichen Blutzellen Gehirnstammzellen zu züchten. Damit ist es nun wesentlich leichter, vom Patienten Stammzellen zu erhalten, mit denen man Erkrankungen des Nervensystems, wie z.B. Alzheimer oder Multiple Sklerose, besser verstehen und künftig heilen kann.

Ein Team aus Forschern der Universität Innsbruck um Prof. Frank Edenhofer vom Institut für Molekularbiologie und des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg hat menschliche Blutzellen durch Expression von vier Transkriptionsfaktoren in neurale Stammzellen reprogrammiert. Die reprogrammierten Stammzellen können sich unbegrenzt vermehren und in Zellen sowohl des zentralen als auch des peripheren Nervensystems ausreifen. „Außerdem haben wir mittels der Genschere CRISPR/Cas9 ein Modell für eine menschliche Schmerzerkrankung geschaffen, das die Entwicklung von Schmerzmedikamenten erleichtern wird“, erklärt Frank Edenhofer.

Schon bisher mit Hautzellen

Den Innsbrucker Forschern war vor kurzem schon die Umwandlung von Hautzellen in Gehirnstammzellen gelungen – die nun veröffentlichte Verwendung von Blutzellen wird die biomedizinische Anwendung wesentlich erleichtern. Blutzellen können im Gegensatz zu Hautzellen sehr einfach vom Patienten gewonnen werden, die Blutentnahme ist im Gegensatz zur Hautbiopsie zudem klinische Routine. Stammzellen können praktisch jede andere Zelle des Körpers bilden – und sind damit Hoffnungsträger für eine ganze Reihe von Therapien für bislang nicht heilbare Krankheiten. „Aus Stammzellen gezüchtete Zellen können mitunter fehlerhafte oder kranke Zellen ersetzen und so zur Heilung von Krankheiten beitragen“, sagt Prof. Frank Edenhofer.

Die Wissenschaftler verwendeten in der aktuell publizierten Forschung moderne Einzelzell-Sequenziermethoden, um die Stammzellen zu identifizieren. Die in der renommierten Zeitschrift „Cell Stem Cell“ veröffentlichte Entdeckung wird tiefe Einblicke in die Entwicklung des menschlichen Nervensystems erlauben und eine Quelle für neurale Stammzellen liefern – die dann in der regenerativen Medizin eingesetzt werden können, wie Frank Edenhofer erläutert: „Neurodegenerative Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer oder auch chronisch-entzündliche Erkrankungen des Nervensystems wie Multiple Sklerose sind heute mit gängigen Mitteln nicht heilbar, die Medizin kann sie höchstens lindern. Mit einer Behandlung mit im Labor erzeugten Stammzellen direkt am Gehirn kann ein Fortschreiten von Parkinson bei betroffenen Patienten möglicherweise aufgehalten werden, daran forschen wir intensiv.“ Frank Edenhofer ist auch Präsident der Österreichischen Gesellschaft für Stammzellforschung; die Gesellschaft verfolgt das Ziel, die wichtigsten Akteure der Stammzellforschung in Österreich zu vernetzen.

Publikation:
Marc Christian Thier, Oliver Hommerding, Jasper Panten, Roberta Pinna, Diego García-González, Thomas Berger, Philipp Wörsdörfer, Yassen Assenov, Roberta Scognamiglio, Adriana Przybylla, Paul Kaschutnig, Lisa Becker, Michael D. Milsom, Anna Jauch, Jochen Utikal, Carl Herrmann, Hannah Monyer, Frank Edenhofer, Andreas Trumpp: Identification of Embryonic Neural Plate Border Stem Cells and their generation by direct reprogramming from human blood, Cell Stem Cell 20.12.2018

Externer Link: www.uibk.ac.at