forschung ist zukunftsrelevant

Viel Energie und Expertise fließen in Forschung für eine grünere Welt. Ein internationales Konsortium geht zum Beispiel der Frage nach: Was wäre, wenn man Elektronik herstellen könnte, die wie Papier entsorgt und recycelt werden kann? Die Messung des Blutzuckerspiegels auf der Haut, eine Verpackung mit integriertem Zeit-Temperatur-Indikator oder eine Grußkarte, die Musik abspielt – für all das braucht es elektronische Bauteile. Das sind Leiterplatten (PCBs) mit Elementen wie Sensoren, Chips, Kondensatoren und Widerständen. Diese Leiterplatten bestehen in der Regel aus einem Glasfaser-Polymer-Verbundmaterial mit Schaltkreisen auf Kupferbasis und unterschiedlichen anderen Metallen. Von den 12 Millionen Tonnen Elektroschrott, die in Europa jährlich anfallen, werden aktuell nur 42 Prozent ordnungsgemäß gesammelt und recycelt (Quelle: World Economic Forum), weltweit sind es nur 17 Prozent (Quelle: Global E-Waste Monitor 2020). Das EU-Projekt „CircEl-Paper“ verfolgt deshalb das Ziel, funktionelle Leiterplatten auf Basis von Papiertechnologie herzustellen, sodass die funktionelle Elektronik am Ende ihrer Lebensdauer im herkömmlichen Papier-Recycling-Verfahren entsorgt und sogar recycelt werden kann. Dies könnte die Recycling-Kosten verringern und die Rückgewinnung von wertvollen Materialien erleichtern. Joanneum Research ist hier mit zwei Instituten Teil des internationalen Konsortiums, das seit September 2022 am Projekt CircEl-Paper arbeitet und die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt.

Für medizinische Forschung ist es wichtig, Studien und Versuche möglichst realitätsnah durchzuführen. Das bedeutet, dass untersuchte Zellen – zum Beispiel Hautzellen im Fall von Forschungen zum Thema Wundheilung – menschlichen Hautzellen sehr ähnlich sein müssen. Aktuell kann man zahlreiche Forschungsfragen auch durch Simulation und Modellierung beantworten, aber eben nicht alle. Um Tierversuche zu vermeiden, arbeiten Expert:innen aus drei Instituten von Joanneum Research daran, humane Zellen in Form von Organ-on-a-Chip-Systemen zu generieren. Dabei können sie die mikrofluidische Grundstruktur sowie die 3D-Zellkulturen entwickeln und den Zustand der Zellkulturen sowie die Auswirkungen der getesteten Wirkstoffe analysieren. Damit werden bessere Ergebnisse erzielt als mit nicht-humanen Zellen. Wundheilung ist ein komplexer physiologischer Prozess. Bei schlechter Versorgung erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Wundheilungsstörung. Mit hautähnlichen Zellstrukturen könnte man neue Therapien besser testen, und man erwartet größere Erfolge in der Wundheilung.

Viel Hoffnung für Ressourcenoptimierung wird in eine breit angelegte Digitalisierungsoffensive gelegt, werden wir uns in Zukunft doch immer öfter in digitalen Welten aufhalten. Simulationen sind dafür feste Bestandteile von Entwicklungsprozessen geworden. Dafür braucht es digitale Abbilder der Realität, sogenannte digitale Zwillinge. Sie kommen in der Industrie zum Einsatz, in der Medizin, am Bau, in der Stadtentwicklung oder in Simulationen für autonomes Fahren: Digitale Zwillinge ersetzen Modelle und Prototypen, ermöglichen eine umfassende Nutzung von Daten und liefern Informationen über Eigenschaften oder Verhalten des realen Zwillings. Am Standort Klagenfurt in Kärnten wurde kürzlich das Digital Twin Lab von Joanneum Research eröffnet, das die ansässige Wirtschaft und Industrie unterstützen soll. Erstellt werden digitale Zwillinge von Sensordaten, die von einem Mobile Mapping System generiert werden. Um „blinde Flecken“ zu vermeiden, greift man dabei auf eine Kombination aus fahrzeuggetragenen (Aufbau am Auto), luftgestützten (Drohne) und personengetragenen (Rucksack) Mobile-Mapping-Methoden zurück.