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:
Marketing Innovative Products and Services
Lola Koiki (University of Maryland, College Park)
Start: 15.05.2020 / Arbeitsaufwand: 8-12 Stunden
Externer Link: www.edx.org
Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 04.05.2020
Die elektronische Revolution der Lebens- und Arbeitswelten wäre ohne sie kaum möglich: Leiterplatten bilden die Basis, auf der kleinste Bauteile miteinander interagieren. Da die Anwendungen immer zahlreicher und komplexer werden, nehmen die Anforderungen an Design und Qualitätssicherung zu – so müssen etwa Interferenzen ausgeschlossen und eine elektromagnetische Verträglichkeit gewährleistet werden. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT kann durch modulare KI-Plattformen Leiterplatten optimal designen und überprüfen – und damit den Aufwand um bis zu 20 Prozent reduzieren.
Leiterbahnen werden so eng und geschickt wie möglich für eine Anwendung geplant, ohne dadurch einen Ausfall zu riskieren. Basis dafür ist bisher das Erfahrungswissen der beteiligten Ingenieure, deren Designs in Versuchen getestet werden müssen. Die Ergebnisse daraus werden zudem nicht stringent dokumentiert, so dass fehleranfällige Designs auch mehrmals Tests durchlaufen. Dieser aufwändige Prozess führt zu hohen Kosten.
Bisher hoher Aufwand in der Qualitätskontrolle
Die fertig entwickelten Designs stellen danach hohe Anforderungen an die Produktion. Daher wird jede einzelne Leiterplatte überprüft, zumeist über eine Automatische Optische Inspektion (AOI). Dabei wird über eine Bildanalyse verglichen, ob die Platine so wie geplant produziert wurde, und so technische Fehlstellen detektiert. Dieses Verfahren erzeugt momentan allerdings eine hohe True-negativ-Rate, d.h., viele funktionierende Platinen werden als fehlerhaft klassifiziert.
Diese müssen dann alle per Hand kontrolliert werden. Dies geschieht sowohl visuell, als auch messtechnisch. Die Überprüfung verursacht wiederum hohe Kosten, denn bei einer zu hohen True-negativ-Rate werden fehlerfrei Bauteile aussortiert. Bei einer zu kleinen Rate sind die Folgekosten durch den Einsatz von Fehlteilen hoch. Eine optimierte True-negativ-Rate durch menschliche Kontrolle ist schwierig, da auch menschliche Schwächen einfließen.
Selbstlernend zum optimalen Auswahlprozess
Wie ein zukünftiger Überprüfungsprozess aussehen kann, zeigt die Entwicklung des Fraunhofer FIT. Eine Kamera macht wie bei einer herkömmlichen AOI Aufnahmen von gedruckten Leiterplatten. Daraus wird die Entscheidungsqualität von Algorithmen optimiert. Entscheidend ist dabei die Eingabe qualitativ-hochwertiger Trainingsdaten. Dafür füttern zunächst Experten die Module für Machine Learning und Deep Learning mit einer guten Datenauswahl.
»Diese modulare Bauweise ermöglicht, aneinander gekoppelte Algorithmen einzusetzen, die sich selbst verbessern. Durch laufende automatisierte Kontrollen der Bauteile fließen Daten zurück in den Algorithmus und sind Grundlage für einen Selbstlernprozess im Modul Künstliche Intelligenz«, so Timo Brune, Projektleiter beim Fraunhofer FIT. »Dieses permanente Feedbacksystem verbessert die Datengrundlage und optimiert die True-negativ-Rate. Dadurch können nach ersten Schätzungen aus der Industrie rund 20 Prozent an Produktionsressourcen eingespart werden.«
Das Training der Module kann der Anwender selbst mit seinen Prozess- und Produktionsdaten übernehmen. Das Unternehmen bleibt so immer im Besitz seiner Daten, die nicht etwa an externe Server geschickt werden müssen. Der »Baukasten« aus Algorithmen kann in beliebiger Kombination auf spezifische Probleme angewandt werden.
Intelligente Entwicklung neuer Bauteile
Die trainierten Algorithmen lassen sich dann auch bereits beim Design neuer Leiterplatten einsetzen. Die Anordnung von Bauteilen auf der Leiterplatte muss dann nicht mehr im Trial-and-Error-Verfahren kosten- und zeitintensiv erfolgen. Der Algorithmus hilft, aus der Vielzahl möglicher Varianten die mit optimaler Funktionalität vorherzusagen.
Der Ansatz des Fraunhofer FIT, modulare, sich selbst verbessernde Algorithmus-Plattformen für Design und Qualitätskontrolle von Leiterplatten einzusetzen, ist auch für viele weitere elektrische Systeme vorteilhaft. Auch dort werden Prozesse so optimiert, dass Zeit- und Produktionskosten in signifikanter Weise eingespart werden können.
Externer Link: www.fraunhofer.de
Performance:
Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im April 2020 um circa 10% zu.
Trend:
Auf Monatsbasis nach zwei negativen Monaten somit nun ein positiver Monat.
Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 15.04.2020
Neuer Ansatz für nachhaltige Unkrautbekämpfung untersucht biologische Kommunikation zwischen Pflanzen – Menthon hat Potenzial als Bioherbizid
Im Wettbewerb um Bodenfläche, Nährstoffe und Wasser sind manche Pflanzen sehr erfolgreich: Sie behindern das Wachstum ihrer Konkurrenten durch chemische Signale, die bei der Nachbarpflanze den Zelltod auslösen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Botanischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen, wie dieser Effekt zustande kommt, um ihn für die Entwicklung umweltfreundlicher Bioherbizide zu nutzen.
Hobbygärtner und Waldspaziergänger kennen das Phänomen, dass im Umkreis eines Walnussbaums andere Pflanzen nicht gedeihen, und dass Bärlauch und Minze ihre Nachbarn verdrängen. Allelopathie nennen Fachleute diese chemische Kriegsführung. „Dabei handelt es sich zumeist nicht um Gifte, sondern um chemische Signale, die bei der Zielpflanze die Wirkung hervorrufen“, erläutert Peter Nick, Professor für Molekulare Zellbiologie am Botanischen Institut des KIT. Während Bärlauch und Minze selbst gegen die Wirkung ihrer chemischen Signale immun sind, löst die biologische Kommunikation in der Nachbarpflanze den selbstgesteuerten Zelltod aus. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erkennen in diesem Mechanismus der Pflanzenkommunikation einen Weg zur Entwicklung neuartiger und umweltfreundlicher Bioherbizide, deren Wirkung spezifisch für eine jeweilige Unkrautart ist, ohne die Nutzpflanzen zu beeinträchtigen.
„Wir sind mit offenem Blick durch die Natur gegangen und haben uns gefragt, ob es sein könnte, dass es einen Zusammenhang zwischen dem starken Wuchern von Minzen und ihrem ausgeprägten Duft gibt, der bei jeder Minzsorte unterschiedlich ist“, sagt Nick. Anhand der umfangreichen Minzsammlung am Botanischen Institut des KIT wurden ätherische Öle verschiedener Minzen extrahiert, einzelne bioaktive Komponenten mit molekularen Markern versehen und ihre Signalwirkung auf andere Pflanzen untersucht. In den Zellkulturen ließ sich erkennen, dass die im ätherischen Öl der Minze vorhandene Verbindung Menthon bei konkurrierenden Pflanzen einen Prozess aktiviert, durch den sich Mikrotubili – feinverzweigte, röhrenförmige Eiweißstrukturen – selbst zerstören. „Es zeigte sich, dass Menthon besonders gegen das auf Bergweiden vorkommende Unkraut Ampfer wirksam ist“, so Dr. Mohammed Sarheed. Der Biologe hat die Ergebnisse seiner Forschung am Botanischen Institut des KIT als Doktorarbeit mit dem Thema „Allelopathic compounds from Mint target the cytoskeleton from cell biology towards application as bioherbicides“ veröffentlicht. Darin beschreibt er auch, dass das Duftöl der Pferdeminze auf das Protein Actin zielt, dort zur zellulären Selbsttötung führt und auf diese Weise hochwirksam gegen die Ackerwinde ist. Hier verstehen die Forscherinnen und Forscher den Mechanismus, obwohl sie den dafür ursächlichen Stoff noch nicht identifiziert haben. Sarheeds Untersuchungen am KIT ergaben zudem, dass Menthon das Wachstum von HeLa-Zellen – menschlichen Krebszellen – hemmt. „Das macht seine Nutzung als Krebstherapeutikum denkbar“, so der Wissenschaftler, dessen Forschung durch Stipendien des irakischen Ministeriums für Bildung und Wissenschaft, aber auch des Karlsruhe House of Young Scientists am KIT gefördert wurde.
Unkräuter sind einer der Hauptgründe für Ernteverluste, sie konkurrieren mit den Kulturpflanzen um dieselbe ökologische Nische. „Würde man sie nicht bekämpfen, gingen 30 bis 50 Prozent des landwirtschaftlichen Ertrags verloren“, sagt Nick. „Konventionelle Herbizide stellen eine ökologische Belastung dar und Unkräuter werden bald resistent. Sie wirken immer nur eine begrenzte Zeit“, so der Biologe. Die Entwicklung umweltfreundlicher Mittel gegen Unkräuter sei deshalb eine globale Herausforderung für die Ernährungssicherheit. Es gehe darum, Strategien zu finden, mit denen sich landwirtschaftliche Ökosysteme in Harmonie mit der Evolution steuern lassen. An der Forschung des Botanischen Instituts des KIT zur Allelopathie der Minze sind unter anderem das Schweizer Forschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL) und das Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena beteiligt. (afr)
Originalpublikation:
Mohammed Mahmood Sarheed: Allelopathic compounds from Mint target the cytoskeleton from cell biology towards application as bioherbicides, KITopen, 2019. DOI: 10.5445/IR/1000099195
Externer Link: www.kit.edu
Medieninformation der Universität Innsbruck vom 22.04.2020
Dank einer neuen Methode kann das Erbgut von SARS-CoV-2 erstmals im Zulauf österreichischer Kläranlagen nachgewiesen werden. So lässt sich ein regionales Auftreten der Viren frühzeitig erkennen.
Die große Frage nach der Dunkelziffer der mit SARS-CoV-2 infizierten Personen beschäftigt derzeit verschiedene wissenschaftliche Disziplinen. Eine erfolgversprechende Möglichkeit, um einen umfassenden Überblick über die Ausbreitung der Krankheit und den Verlauf der Pandemie zu erhalten, bietet die Untersuchung von Abwasserproben, in denen das Virus noch bruchstückhaft vorhanden, aber nicht mehr infektiös ist.
Zwei österreichischen Forschungsgruppen – einer Gruppe um Heribert Insam von der Universität Innsbruck und dem Team von Norbert Kreuzinger an der TU Wien – gelang es nun gleichzeitig, das Erbmaterial von SARS-CoV-2 im Zulauf von zwei österreichischen Kläranlagen nachzuweisen. Solche Tests könnten einen besseren und rascheren Einblick in die Ausbreitung von COVID-19 erlauben. Dadurch soll ein Frühwarn- bzw. Monitoringsystem aufgebaut werden, mit dessen Hilfe die Gesundheitsbehörden rasch Informationen über Auftreten und Verbreitung des Virus erhalten.
Schneller Erfolg des neugegründeten Konsortiums
Forschungsteams der Medizinischen Universität Innsbruck, der Technischen Universität Wien und der Universität Innsbruck haben sich Anfang April zum „Coron-A“ Konsortium zusammengeschlossen, um gemeinsam herauszufinden, wie das Auftreten von SARS-CoV-2 in häuslichem Abwasser mit der Anzahl der Infektionen im Einzugsgebiet von Kläranlagen im Zusammenhang steht.
Das soll auch neue Information über die Dunkelziffer liefern. Ein relevanter Teil an Infizierten, auch solche mit keinen oder nur milden Symptomen, scheidet nämlich das Virus über den Stuhl aus. Da die Fäkalien am Knotenpunkt Kläranlage zusammenlaufen, können aus der Analyse von dort entnommenen Proben Rückschlüsse auf die Verbreitung der Infektionen in der Bevölkerung gezogen werden. Dadurch soll ein zusätzliches Instrument für ein aussagekräftiges Breiten-Screening bereitgestellt werden.
Ganz ähnliche Methoden wurden zum Nachweis von SARS-CoV-2 im Abwasser auch bereits in den Niederlanden und den USA eingesetzt. Mit diesen Forschungsgruppen stehen die „Coron-A“-Partner in engem Kontakt und arbeiten gemeinsam an der Umsetzung des Verfahrens in Österreich. Die ersten Schritte in Innsbruck wurden vom Förderkreis 1669 unterstützt.
Selbst winzige Spuren werden entdeckt
Nun konnten erste reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden, anhand von Abwasserproben von Kläranlagen aus Tirol und dem Großraum Wien. Mittels PCR-Methode wird dabei nicht das aktive, infektiöse Virus nachgewiesen, sondern dessen virale RNA. Der Test reagiert somit auch auf Virenbruchstücke, die nicht infektiös sind. Selbst geringste Spuren des Virenerbguts können detektiert werden.
Das ist von zentraler Bedeutung, weil die Menge viraler RNA im Abwasser weit unter jener von infektiösen Tröpfchen liegt, und Abwasser daher nicht als Infektionsquelle gilt. Auch wenn Viren-RNA im Wasser nachgewiesen werden kann, bedeutet das also nicht, dass vom Wasser eine Infektionsgefahr ausgeht.
Österreichisches Monitoring-System
Das Coron-A-Konsortium möchte nun einerseits weitere Untersuchungen über die Stabilität der viralen RNA in Abwasserproben durchführen, andererseits sollen in weiterer Folge österreichweit Abwasserproben in unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung gesammelt und analysiert werden, um die Grundlagen für ein abwasserepidemiologisches Monitoring zu schaffen. Ein regionales Wiederaufflammen der Epidemie soll sich dadurch frühzeitig erkennen lassen.
Dieses Monitoring könnte Gesundheitsbehörden unterstützen, die über Zeitpunkt und Schwere von Interventionen wie Kontaktvermeidung oder Quarantänemaßnahmen entscheiden müssen. Den Behörden wird damit ein Instrument in die Hand gegeben, mit dem die Wirksamkeit der gesetzten Interventionen zeitnah abgeschätzt werden kann.
Externer Link: www.uibk.ac.at