Vom Ozeanboden bis zum Mars, vom Hörsinn des Menschen bis zur Navigationsfähigkeit von Tieren – die Forschenden der vier Exzellenzcluster der Universitäten Oldenburg und Bremen richten ihren Blick auf ganz unterschiedliche Themen. Anfang des Jahres haben die Teams ihre Arbeit aufgenommen. Hier stellen wir die Cluster kurz vor.
Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde
Im Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“ bündeln die Universitäten Bremen und Oldenburg ihre Kompetenzen, um die Rolle des Ozeanbodens für Stoffkreisläufe und Biodiversität unter sich ändernden klimatischen Bedingungen weiter zu entschlüsseln. Ziel ist auch, wissenschaftliche Grundlagen für den Schutz und die nachhaltige Nutzung der Ozeane zu liefern.
Der Ozeanboden übernimmt als eine wichtige dynamische Schnittstelle weitreichende Funktionen für das gesamte Erdsystem. Die Forschenden nehmen Prozesse in den Blick, die globale Stoffflüsse am Ozeanboden kontrollieren: Sie wollen unter anderem entschlüsseln, wie Teilchen, die etwa von abgestorbenen Lebewesen stammen, zum Ozeanboden gelangen und welche Prozesse beeinflussen, wie sich diese Teilchen verändern – auch unter sich verändernden Umweltbedingungen. Zudem wollen die Forschenden den Transfer von Kohlenstoff und anderen Elementen zwischen Ozeanboden und Meerwasser bilanzieren und verstehen, wie Ökosysteme am Ozeanboden auf Umweltveränderungen reagieren. Aufgrund ihrer wissenschaftlichen und technologischen Komplexität können diese Ziele nur durch einen interdisziplinären Forschungsverbund erreicht werden.
Hearing4all.connects
Die Forschenden des Cluster Hearing4all, ein Verbund der Universität Oldenburg mit der Medizinischen Hochschule Hannover und der Leibniz Universität Hannover, wollen die Prognose, Diagnostik und Behandlung von Hörverlust verbessern. In zwei zurückliegenden Förderperioden seit 2012 hat Hearing4all (H4a) dabei bereits bedeutende Ergebnisse erzielt. Nun binden die Beteiligten neue Forschungsdisziplinen ein, um das Thema Hörverlust noch umfassender zu untersuchen, unter anderem verwenden die Forschenden neue molekulargenetische Methoden. Wie KI dabei helfen kann, mit Hörgeräten und -implantaten wichtige von unwichtigen Klangquellen besser zu unterscheiden, ist ebenfalls Forschungsgegenstand. Gemeinsame Datenstandards sollen es ermöglichen, KI-basierte Systeme zu trainieren, um so individuell die Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, mit der ein Hörverlust eintreten kann.
Hörgeräte zur „Gesundheitszentrale am Ohr“ weiterzuentwickeln, ist ein weiteres Forschungsfeld. Am Ohr erhobene Sensordaten könnten Langzeitdaten für medizinische Untersuchungen liefern und Hinweise für gesundheitliche Risiken frühzeitig erkennen. Im Mittelpunkt steht zudem die Lebensrealität der Menschen, etwa die Bedeutung von Mehrsprachigkeit für das Hören oder der Wert des Hörens für soziale Interaktionen. Zentral ist die enge Zusammenarbeit mit außeruniversitären Partnern, die die zeitnahe Anwendung der Forschungsergebnisse in der Praxis unterstützten.
NaviSense
Das Team von NaviSense an der Universität Oldenburg will herausfinden, wie Tiere über große Entfernungen navigieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in den Naturschutz und neue technische Entwicklungen einfließen, etwa in Quantentechnologien oder autonomen Navigationssystemen. Das Team verfolgt dabei vier Schwerpunkte: Zum einen erforscht NaviSense die grundlegenden Mechanismen der Magnetwahrnehmung und anderer Sinne, die Tiere zum Navigieren verwenden. Untersucht werden etwa der Magnet- und Himmelskompass sowie die Verarbeitung der Sinneswahrnehmungen im Gehirn. Da der Magnetsinn von Vögeln vermutlich auf einem Quanteneffekt beruht, stehen im zweiten Schwerpunkt quantenphysikalische Phänomene im Fokus – insbesondere solche, die wie die Magnetwahrnehmung bei Raumtemperatur stattfinden. Da sich aktuelle Quantentechnologien meist nur bei extrem niedrigen Temperaturen realisieren lassen, wäre es ein großer Fortschritt, quantenphysikalische Prozesse bei höheren Temperaturen technisch nutzbar zu machen.
Im dritten Schwerpunkt nutzt das Team die Erkenntnisse der Navigationsbiologie für den Naturschutz. Wandernde Tierarten leiden besonders stark unter Klimawandel und dem Verlust von Lebensräumen. Doch Bemühungen, bedrohte Spezies an geeigneten Stellen neu anzusiedeln, scheitern häufig. Ziel ist es, bessere, wissenschaftsbasierte Schutzstrategien zu entwickeln. Im vierten Schwerpunkt entwickeln und erprobt das Team von NaviSense Modelle und Algorithmen für virtuelle und reale Robotersysteme, die von der Tiernavigation inspiriert sind – zum Beispiel Sensoren oder autonome Navigationssysteme.
Die Marsperspektive
Das interdisziplinäre Cluster-Team der Universität Bremen umfasst Forschende der Natur- und Ingenieurwissenschaften, Mathematik, Verhaltenswissenschaften und Kommunikationstechnik. Gemeinsam nehmen die Beteiligten „Die Marsperspektive“ ein, um die Produktion von Materialien und Bauteilen von Grund auf neu zu denken: Die Ressourcenknappheit und extremen Rahmenbedingungen auf dem roten Planeten dienen als experimentelles Setting, um ein neues Paradigma der Nachhaltigkeit zu entwickeln, das innovative ressourcen- und energieschonende Prozesse der Materialgewinnung und -verarbeitung ermöglicht. Langfristig soll der Cluster damit zu einer nachhaltigen Erforschung des Weltraums beitragen, vor allem aber auch den grünen Wandel auf der Erde antreiben.
Zur Simulation dieses Szenarios erlegen sich die Forschenden selbst Knappheit in vier Dimensionen auf, für die sie im Cluster Lösungen entwickeln: Limitierte Rohstoffe, limitierte elektrische Energie, limitierte Arbeitskraft und limitierte Informationen. Unter Berücksichtigung dieser Rahmenbedingungen werden drei wissenschaftliche Zielstellungen verfolgt: Erstens die Entwicklung (bio-)elektrochemischer Methoden, die ohne fossile Brennstoffe auskommen und mit denen selbst aus minderwertigem Ausgangsmaterial Metalle, Kunststoffe und weitere (überlebenswichtige) Rohstoffen wie z. B. Sauerstoff gewonnen werden können. Zweitens die experimentelle Demonstration von Niedrigenergie-Prozessketten, mit denen aus den gewonnenen Rohstoffen eine Reihe von Bauteilen in hinreichender Qualität („enough-to-use“) hergestellt werden können. Drittens die Konzeption neuartiger Bedienkonzepte für Produktionsanlagen, die gemeinsam von kleinen Teams aus Mensch und Roboter unter großen Unsicherheiten und begrenzten Informationen betrieben werden.