BMBF-Verbundprojekte der Universität Bonn

Koordinator

Prof. Dr. Elena Demidova
Institut für Informatik
Friedrich-Hirzebruch-Allee 5
53115 Bonn

Zusammenfassung

In der heutigen vernetzten Welt, in der medizinische Geräte zunehmend digitale Technologien und
Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) integrieren, um die Lebensqualität von Patienten zu verbessern, steigt auch das Risiko von Cyberangriffen. Gleichzeitig eröffnen KI-basierte Methoden neue Möglichkeiten, um medizinische Systeme und Daten in Echtzeit vor Cyberangriffen zu schützen. Das Forschungsprojekt SecureNeuroAI zielt darauf ab, IT-sichere und rechtlich konforme KI-basierte Cybersecurity-Lösungen zu entwickeln, um die IT-Sicherheit solcher medizinischen Geräte, die KI-Methoden zur Erkennung von lebensbedrohlichen Zuständen in Echtzeit verwenden, zu gewährleisten. Wichtig ist hierbei der Schutz des Einzelnen vor ständigen Warnungen, die durch gezielte Manipulationen der Geräte entstehen können, die das Vertrauen in diese lebensrettenden Geräte untergraben. Die Manipulationen können ebenso dazu führen, dass die korrekten Warnungen durch Cyberangriffe gezielt unterdrückt werden. Dadurch wird die Sicherheit der Anwender:innen gefährdet, beispielsweise, indem Patient:innen sich nicht rechtzeitig in
Sicherheit bringen. Weiterhin ist auch eine Überlastung von Rettungsketten durch gleichzeitige Fehlalarme zahlreicher Geräte, ausgelöst durch Cyberangriffe, denkbar. Als Cyberangriff bezeichnen wir im Kontext des Projekts eine gezielte Manipulation des KI-Workflows, einschließlich der Daten und der KI-Modelle, die zur Anfallserkennung eingesetzt werden.

Laufzeit

01.07.2025 - 30.06.2028

Koordinator

Prof. Dr. Bernhard Ketzer
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn

Zusammenfassung

AMBER (NA66) ist ein kürzlich genehmigtes Fixed-Target-Experiment am M2-Strahl des CERN SPS, das weltweit einzigartige Messungen im Bereich der Hadronenstruktur und -spektroskopie durchführen wird. Als Nachfolger des erfolgreichen COMPASS-Experiments benutzt es dafür einen Großteil des existierenden Magnetspektrometers, verbessert durch Upgrades und ergänzt durch neue Detektorkomponenten, um den Anforderungen des neuen Physikprogramms gerecht zu werden. Das Physikprogramm von AMBER geht dabei wesentlich über das bisherige COMPASS-Programm hinaus und ist in zwei Phasen aufgeteilt. Phase 1 wurde im Dezember 2020 von den CERN-Gremien genehmigt und umfasst drei physikalische Fragestellungen: (i) die Messung des Produktionswirkungsquerschnitts von Antiprotonen an Helium über einen weiten Energiebereich; (ii) die präzise Messung des Proton-Formfaktors bei kleinen Impulsüberträgen mit einem hochenergetischen Myonenstrahl; (iii) die Bestimmung der Pion- und Kaon-PDFs durch Drell-
Yan- und Charmonium-Produktionsmessungen mit negativen und positiven Mesonenstrahlen. Die Messungen zu Phase 1 beginnen im Jahr 2023 und erstrecken sich über einen Zeitraum von ca. 5 Jahren. Phase 2 wird sich auf Messungen mit einem intensiven Kaonstrahl fokussieren. Dazu gehören Messungen zur Spektroskopie von seltsamen Mesonen, Messungen zur Quark- und Gluonstruktur von Kaonen über Kaon-induzierte Produktion von prompten Photonen, die Bestimmung von Niederenergie-Parametern des Kaons in ultra-weichen Kollisionen mit Kernen, sowie die Messung von Meson-Ladungsradien in inverser Kinematik. Die Beiträge der deutschen Gruppen zu AMBER erstrecken sich schwerpunktmäßig über die bereits im Rahmen von COMPASS nachgewiesenen Kompetenzen:
- Spurrekonstruktion mit szintillierenden Fasern und mikrostrukturierten Gasdetektoren,
- Umstellung auf eine triggerlose, ereignisgetriebene Datenerfassung,
- die Entwicklung von High-Level-Triggering Algorithmen.

Laufzeit

01.07.2024 - 30.06.2027

Website³

Koordinator

Prof. Dr. Jochen Dingfelder
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn

Zusammenfassung

Für das Upgrade des ATLAS-Detektors für die Hochluminositätsphase des Large Hadron Collider (HL-LHC) am CERN wird der Spurdetektor des Experiments völlig neu konzipiert. Die Gruppe der Antragsteller am Physikalischen Institut in Bonn entwickelt hierfür den Pixeldetektor, der die innerste Komponente des Spurdetektors darstellt. Nach Abschluss der Entwicklungsphase für das Pixeldetektor-Upgrade werden in der kommenden Förderperiode die Produktion eines großen Teils der Module für die äußeren Lagen des Detektors und der Zusammenbau der bestückten
Trägerstrukturen am FTD in Bonn durchgeführt. Am CERN findet anschließend die Integration und Installation des Pixeldetektors statt, an der
sich Bonn auch maßgeblich beteiligen wird. Als weiteres Projekt übernimmt Bonn das Upgrade des Trigger-Systems für das ATLAS-Myonsystem. Dieses wird benötigt, um am HL-LHC eine zuverlässige Rekonstruktion von Myonen zu gewährleisten und so das Physikpotential des HL-LHC insbesondere im Hinblick auf die Suche nach seltenen Prozessen bzw. neuer Physik optimal nutzen zu können. Die Bonner Gruppe konzentriert sich
hierbei auf die Entwicklung von Trigger-Algorithmen, Test des Trigger-Gesamtsystems sowie einer Erneuerung der Frontend-Elektronik und der Stromversorgung des Myonsystems.

Laufzeit

01.07.2024 - 30.06.2027

Website⁴

Koordinator

Prof. Dr. Klaus Desch
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn

Zusammenfassung

Im Vorhaben wird die Physik an der TeV- Skala erforscht. Die fünf am Antrag beteiligten Arbeitsgruppen sind Teil des Forschungsschwerpunkts ATLAS und tragen zum Betrieb, der Weiterentwicklung und der physikalischen Ernte des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider LHC am europäischen
Forschungszentrum für Teilchenphysik CERN bei. Das Vorhaben mit der Laufzeit 2024-2027 ist geprägt von der laufenden Datennahmeperiode "Run 3" am LHC sowie dem Beginn einer Installationsphase, dem "Long Shutdown 3" ab 2026. Die Ziele des Vorhabens sind: 1. Der sichere und effiziente Betrieb dreier Subdetektoren: des ATLAS Pixeldekektors, des Transition Radiation Trackers TRT sowie des Myon-Spektrometers. 2. Die kontinuierliche Wartung und Weiterentwicklung zentraler Softwarewerkzeuge für die Rekonstruktion der Detektorsignale und 3. Beiträge zur Auswertung der genommenen Daten im Hinblick auf wichtige und innovative Fragestellungen der Elementarteilchenphysik bei höchsten Energien.

Laufzeit
01.07.2024 - 30.06.2027

Website⁵

Koordinator

Prof. Dr. Florian Bernlochner
Physikalisches Institut
Nussallee 12
53115 Bonn

Zusammenfassung

Das übergeordnete Ziel des Projekts besteht darin, den Belle II PIxeldetektor (PXD2) in der kommenden Förderperiode in Betrieb zu nehmen, die Entwicklung eines neuen Vertexdetektors für die Datennahme mit hoher Luminosität von Belle II, Arbeiten im Zusammenhang mit der Kalibrierung der Belle II-Daten sowie die Analyse der großen Datensätze von B-Mesonen bei Belle II, um unser Verständnis der Physik bei den höchsten Skalen voranzutreiben.

Laufzeit

01.07.2024 - 30.06.2027

Website⁶

Koordinator

Prof. Dr. Ralf Pude
Nachhaltigkeitscampus Klein-Altendorf (CKA)
Klein-Altendorf 2
53359 Rheinbach

Zusammenfassung

In START wird die zukünftige, autarke und nachhaltige Pflanzenproduktion in geschlossenen Deep Water Culture-Systemen untersucht. Ziel ist es, zu zeigen, dass es mit modernen technologischen Lösungen eine energieautarke regional angepasste Produktion mit hochwertigen Lebensmitteln geben kann. Langfristig soll so auch die Ernährungslage in Hinblick auf die Mikronährstoffversorgung in westafrikanischen Ländern verbessert werden.

Laufzeit

01.04.2023 - 31.03.2027

Website⁷

Koordinator

Prof. Dr. Alf Lamprecht
Pharmazeutisches Institut
Gerhard-Domagk-Str. 3
53121 Bonn 

Zusammenfassung

Adipositas und Fettstoffwechselerkrankungen sind bedeutende Faktoren bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes, psychischen Krankheiten und sozialer Isolation. Es bedarf daher effektiver Arzneimittel, die zielgerichtet den Fettabbau unterstützen. Bislang verfügbare Medikamente weisen jedoch starke Nebenwirkungen oder unzureichende Wirksamkeit auf und erlauben keine zielgerichtete lokale Therapie, sondern wirken immer auf den gesamten Organismus. Die Umwandlung von weißem Fett, das Energie speichert in beiges Fett, das die gespeicherte Energie in Wärme umwandelt, wird als „beiging“ bezeichnet und stellt ein neues Konzept zur Therapie metabolischer Erkrankungen und der Fettreduktion dar. Die Antragsteller konnten bereits zeigen, dass „beiging“ von Fettgewebe durch eine lokale Applikation entsprechender Wirkstoffe auf die Haut erreicht werden kann. Ziel im Projekt ist die Validierung eines auf die Haut aufzubringenden Wirkstoffträgers, um „beiging“ des Unterhautfettgewebes zu erzielen. Die bisherigen Daten aus Gewebe- und Tiermodellen sollen jetzt in einer klinischen Studie die Bestätigung der Wirksamkeit zur lokalen Fettreduktion an Patienten erbringen. Nach erfolgreicher Validierung soll eine Firmenausgründung erfolgen.

Laufzeit

01.03.2023 - 28.02.2026

Website⁸

Ko-Koordinator

Prof. Dr. Achim Hörauf
Universitätsklinik Bonn
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

TAKeOFF consortium brings together international experts (from five research institutions) in filarial infections. This collaboration is aimed at tackling the obstacles to fight filariasis and podoconiosis diseases, hence the acronym TAKeOFF. Filariasis is one of the neglected tropical diseases (NTD) caused byfilarial nematodes and more than 200 million people are parasitized world-wide. To address the filariasis and podoconiosis diseases, this consortium was established to provide both innovative treatment and morbidity management strategies which are of utmost importance in improving the care of patients, reducing suffering; and the prevention of morbidity, stigmatization and economic losses. Towards the advancement of the GPELF goals, this consortium seeks to establish a filarial clinical trial and research platform (F-CuRE) to address patient needs.

Laufzeit

01.03.2023 - 29.02.2028

Website⁹

Koordinator

PD Dr. Sven Zenker

Universitätsklinikum Bonn
Venusberg-Campus 1
53127 Bonn

Zusammenfassung

Ziel des Verbundes ACRIBiS ist die Verbesserung der individuellen Risikobewertung bei der Vorbeugung, Diagnostik und Behandlung von Herz- und Kreislauferkrankungen. Hierzu werden an 15 Partnerstandorten von 4.500 Patienten klinische Aufzeichnungen mit Biosignal-Analysen (z.B. EKG) kombiniert. Die Etablierung der Biosignal-Analysen erfolgt auf der Basis der Infrastruktur der MII, so, dass die Interoperabilität sichergestellt ist. ACRIBiS legt besonderen Wert darauf, Patienten durch Bereitstellung einer interaktiven Risikovisualisierung in Form einer App in die Risikobewertung einzubeziehen.

Langfristiges Ziel der MII ist es, ein leistungsfähigeres, digital vernetztes Gesundheitssystem zu schaffen, das ärztliches Personal, Forschende und Erkrankte dabei unterstützt, Krankheiten besser und früher zu erkennen und die für jede Einzelperson bestmögliche Therapie zu finden.

Laufzeit

2023 - 2027

Website¹⁰

Koordinator

Prof. Dr. Simon Stellmer
Physikalisches Institut
Nussallee 10
53115 Bonn

Zusammenfassung

Als Quellen der atomaren Quantensysteme kommen jedoch häufig Öfen zum Einsatz, die bei hohen Temperaturen und Drücken betrieben werden und sich in unmittelbarer Nähe der abzuschirmenden Quantensysteme befindenDies führt unvermeidbar zu Aufheizung, Dekohärenz aufgrund der höheren Hintergrundgasdrücke und zur Kontaminierung der Oberflächen in der Nähe der Quelle.

Das QuantumGuide-Projekt zielt darauf ab, durch die Entwicklung eines Hohlfaser-basierten Transportsystems für kalte Atome, dieses Problem zu lösen. Ziel ist es, eine möglichst flexible und weitgehende Trennung der atomaren Quelle von dem Anwendungsgebiet zu erreichen. Die Atome werden hierzu in einer Quellenapparatur freigesetzt, mittels Laserstrahlung gekühlt und gefangen und sodann in eine photonische Hohlfaser (hollow-core photonic crystal fiber, HCPCF) mittels Laserstrahlung geladen. Durch diese Faser werden die Atome dann zu ihrem Anwendungs-bereich transportiert - analog zur Übertragung von Lichtfeldern durch Lichtleitfasern.

Laufzeit

01.07.2022 - 30.06.2025

Website¹¹

Koordinatorin:

Dr. Tina Beuchelt
Zentrum für Entwicklungsforschung
Genscherallee 3
53113 Bonn

Zusammenfassung

Landmanagement und die Sicherung, Nutzung, Kontrolle und Verwaltung landbezogener natürlicher Ressourcen ist einer der wichtigsten Treiber für nachhaltige Entwicklung in Afrika. Eine nachhaltige Landbewirtschaftung soll zur Ernährungssicherung, zur Anpassung der Land- und Forstwirtschaft an den Klimawandel und zum Natur- und Umweltschutz beitragen und so gestaltet werden, dass sie zu sozialer Gerechtigkeit beiträgt. Ab Oktober 2022 fördert das Bundesforschungsministerium (BMBF) vier regionale Forschungs- und Entwicklungs(F&E)-Vorhaben, die zu diesem Ziel beitragen.

INTERFACES ist ein Begleitvorhaben, das die vom BMBF geförderten Regionalvorhaben in ihrem Bestreben, den Wandel für eine nachhaltige Landbewirtschaftung in Subsahara-Afrika voranzutreiben, unterstützen wird. Dies geschieht durch wirkungsorientierte Serviceaktivitäten, aufbauend auf die Vernetzung der Regionalvorhaben, Wissenschaftskommunikation, gesellschaftliche Lernprozesse und Kapazitätsentwicklung, sowie durch ergänzende Transferanalysen, die die Umsetzung ermöglichen oder erleichtern und die Relevanz und Reichweite forschungsbasierter Erkenntnisse der Regionalvorhaben verbessern.

Um den transformativen Wandel hin zu einem nachhaltigen Landmanagement zu erreichen, bedarf es einer grundlegenden Umstrukturierung technologischer, wirtschaftlicher, politischer, institutioneller und sozialer Rahmenbedingungen, einschließlich der entsprechenden Paradigmen, Ziele und Werte. Veränderungen müssen geschlechtergerecht und inklusiv für alle gesellschaftlichen Schichten sein. Dies bedeutet, dass Umsetzungspfade für eine nachhaltige Landbewirtschaftung auf fundierten Geschlechter- und Machtanalysen basieren und zu Ergebnissen führen müssen, die sowohl Frauen als auch Männern unterschiedlicher Ethnien, Altersgruppen, Klassen und Einkommensniveaus zu Gute kommen.

INTERFACES hat vier Arbeitsbereiche, die zusammen die Integration, Kohärenz und Reichweite der Regionalvorhaben im Hinblick auf nachhaltiges Landmanagement stärken: 1. Wissenssynthese durch Dialoge über Zukunftsvisionen und Veränderungstheorien für nachhaltiges Landmanagement – gemeinsam mit den Regionalvorhaben und Akteuren aus Wissenschaft, Politik und Praxis, 2. Unterstützung von Innovations- und Umsetzungsprozessen durch die Identifizierung von Veränderungsstrategien zur Überbrückung von Wissen-Verhalten-Lücken, 3. Kommunikation, Vernetzung und Wissensmanagement, sowie 4. Ausbildung, z.B. durch die Integration von Lehrinhalten in afrikanische und deutsche Graduiertenprogramme. Die Methoden und Ergebnisse der Regionalvorhaben finden Eingang in das Training von Projektpartnern und Studierenden im Hinblick auf die Ausbildung zukünftiger „Change Agents“.

Zu den erwarteten Ergebnissen von INTERFACES gehören wissenschaftliche und nicht-wissenschaftliche Publikationen, die Förderung transdisziplinärer Forschung und sozialer Lernansätze zur Erzielung praxisrelevanter Forschungsergebnisse, die Stärkung bereits bestehender Netzwerke zu Fragen des Landmanagements und deren Vernetzung mit verschiedenen afrikanischen Netzwerken, um weiter zur Umsetzung der F&E-Ergebnisse im Bereich Landmanagement beizutragen. Außerdem wird INTERFACES umsetzungsorientierte Forschung in der Aus- und Weiterbildung verankern.

Laufzeit

01.10.2022 - 30.09.2026

Website¹²

Koordinator

Prof. Dr. Wulf Amelung
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz - Bodenwissenschaften
Nussallee 13
53115 Bonn

Zusammenfassung

Pflanzen decken zwischen 10 und 80% ihres Nährstoff- und Wasserbedarfs aus dem Unterboden. Jedoch
wird der Unterboden bisher in nachhaltigen Managementstrategien kaum berücksichtigt. Ziel dieses
Projektes ist es, durch gezielte Bewirtschaftung des Unterbodens die Nährstoff- und Wasseraufnahme für
Pflanzen zu optimieren und dadurch Erträge langfristig zu sichern bzw. nachhaltig zu steigern. Hierzu
verringern wir die Eindringwiderstände in den Unterboden und stabilisieren seine Struktur und
Wasserspeicherleistung durch kombinierten Anbau von tiefwurzelnden Vorfrüchten und technischer
Einbringung von organischem Material.
Die Arbeitsgruppen der Universität Bonn erfassen die Nährstoffaufnahme aus dem Unterboden, die
Wassernutzungseffizienz für Nutzpflanzen sowie das Potential zur Kohlenstoffspeicherung, und
untersuchen, wie diese durch verschiedenes Unterbodenmanagement beeinflusst werden (UB-BK). Hierzu
werden eigens entwickelte technische Verfahren zur Erschließung des Unterbodens für eine verbesserte
Wasser- und Nährstoffaufnahme angewandt und deren ökonomischer und ökologischer Nutzen evaluiert
(UB-ILT). Über Ertragsmodellierungen werden diese Verfahren und ihre Effekte auf den Unterboden
deutschlandweit bewertet, und durch ein Beratungstool werden wir Landwirten und Entscheidungsträgern
Managementempfehlungen für die landwirtschaftliche Produktion geben können (UB-PB).

Laufzeit

01.02.2022 - 31.12.2025

Website¹³

Koordinator

Prof. Dr. Stefan Wrobel
Institut für Informatik
Friedrich-Hirzebruch-Allee 5
53115 Bonn

Zusammenfassung

Das primäre Ziel des WestAI-Servicezentrums liegt in der Bereitstellung von innovativen Diensten für die Nutzung von KI-Technologien. Dazu bietet das KI-Servicezentrum eine Vielzahl von Services an wie beispielsweise der einfache Zugang zu skalierbaren KI-Rechnerinfrastrukturen, Beratungsdienstleistungen
für den erfolgreichen Einsatz von KI in Wissenschaftsorganisationen und Unternehmen, Weiterbildungsangebote und der Zugang zu KI-basierten Modellen und Software-Bibliotheken.

Laufzeit

01.11.2022 - 31.12.2025

Website¹⁴