ERC Starting Grants: Neuer Rekord für die ETH Zürich

Winzige F?hren sollen dereinst von aussen gesteuert durch die Blutbahnen des menschlichen K?rpers navigieren und Medikamente pr?zis an schwer zu erreichende Stellen transportieren, um damit Krankheiten wie zum Beispiel Krebs zu heilen. Mikrof?hren existieren zwar bereits, sie sind aus mehreren Gr¨¹nden allerdings nicht bereit f¨¹r den Einsatz im K?rper von Menschen oder Tieren. Daniel Ahmed ist ein Spezialist f¨¹r Mikro- und Nanorobotik. In seinem ERC-Projekt plant er, die bestehenden Grenzen zu ¨¹berwinden, und kleine Roboter zu entwickeln, die sich sowohl mit Ultraschall als auch Magnetfeldern antreiben lassen und die sich f¨¹r den Einsatz in Tiermodellen eignen.

Ueli Angst ist ein auf Korrosion spezialisierter Bauingenieur. Sein ERC-Projekt befasst sich mit elektrochemischen Verfahren zum Schutz von stahlbasierter Infrastruktur vor Korrosionssch?den. Dazu werden Angst und sein Team Methoden aus der Korrosionswissenschaft und den Umweltwissenschaften mit der Modellierung von Transportprozessen in por?sen Materialien kombinieren. Die Korrosion von Infrastruktur wie Br¨¹cken und Pipelines verursacht der Gesellschaft erhebliche Sch?den. Allein in der EU belaufen sich die gesch?tzten Kosten korrodierter Infrastruktur auf j?hrlich 250 Milliarden Euro, Tendenz steigend.

Kristy Deiner ist ?kologin und Naturschutzwissenschaftlerin. Sie erforscht die Ursachen und Folgen der schwindenden biologischen Vielfalt von Tier- und Pflanzenarten im S¨¹sswasser und an Land. Ihren ERC-Grant widmet Deiner der ?berwachung der Biodiversit?t mittels neuartiger genetischer Methoden, die den Nachweis von Arten anhand von DNA-Spuren in der Umwelt erm?glichen. Das weltweite Artensterben gef?hrdet ?kosystemleistungen wie Nahrung oder Medikamente. Die Analyse von Tier- und Pflanzen-DNA in der Umwelt gibt auf effiziente Weise Aufschluss ¨¹ber das Vorkommen von Arten und erm?glicht so bessere Entscheidungen im Naturschutz.

Daniela Domeisen erforscht, wie Prozesse im Klimasystem miteinander gekoppelt sind und wie sich solche Wechselwirkungen f¨¹r langfristige Wettervorhersagen nutzen lassen. In ihrem ERC-Projekt untersucht sie die Treiber und Vorhersagbarkeit von Hitzewellen. Diese d¨¹rften mit dem Klimawandel st?rker und h?ufiger werden. Heutige Modelle k?nnen jedoch nicht mehrere Wochen im Voraus vorhersagen, wann Hitzewellen auftreten. Denn die Wissenschaft versteht noch nicht vollst?ndig, welche Faktoren diese Extremereignisse antreiben, also beispielsweise wie die Land- und Ozeanoberfl?che mit der Atmosph?re wechselwirken. Durch ein verbessertes Verst?ndnis von Hitzewellen in einer Modellhierarchie will Domeisen deren Vorhersagbarkeit stark verbessern.

Mohsen Ghaffari arbeitet an den theoretischen Grundlagen der verteilten und parallelen Berechnung. Er entwickelt er Algorithmen f¨¹r Systeme, in denen mehrere Computer interagieren, um das Problem zu l?sen. In seinem ERC-Projekt plant er, einige sehr zentrale Probleme von verteilten Graphen-Algorithmen anzugehen. Zum Beispiel die seit Jahrzehnten offene Frage, ob diese Algorithmen Zuf?lligkeit ben?tigen, um effizient zu sein. Weiter verfolgt das Projekt das Ziel, effiziente, massiv parallele Algorithmen zu entwickeln, die es einer Gruppe von Computern erm?glichen sollen, zusammen grosse Probleme effizient zu l?sen.

Marco Hutter ist Professor am Institut f¨¹r Robotik und Intelligente Systeme. Er hat sich spezialisiert auf die Entwicklung von vierbeinigen Laufrobotern, die sich autonom fortbewegen k?nnen. In seinem ERC-Projekt plant er, mithilfe neuer Methoden des maschinellen Lernens die Mobilit?t dieser Roboter zu verbessern und sie fit zu machen f¨¹r die autonome Fortbewegung in sehr schwierigem Terrain. In Zukunft k?nnten solche Roboter f¨¹r den Menschen unangenehme oder gef?hrliche Aufgaben wahrnehmen, zum Beispiel in Katastrophengebieten, Abwasserkan?len, Mienen oder auf Offshore-Plattformen.

Um die Weltbev?lkerung zu ern?hren, ben?tigt der Ackerbau weltweit grosse Mengen an Stickstoffd¨¹nger (Ammoniak). Dieser wird heute gr?sstenteils nach dem bekannten Haber-Bosch-Verfahren industriell hergestellt, was sehr viel CO₂ freisetzt: Ein Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen geht alleine auf dieses Verfahren zur¨¹ck. Der Elektrochemiker Victor Mougel, Professor f¨¹r anorganische Chemie, plant, eine alternative, energieeffizientere und CO₂-neutrale Methode zur Herstellung von Ammoniak zu entwickeln. Im Zentrum davon wird eine neue Klasse von Elektrokatalysatoren stehen, welche Mougel nach dem Funktionsprinzip eines in der Natur existierenden Enzyms (Nitrogenase) entwickeln m?chte.

Randall Platt, Professor am Departement f¨¹r Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel, entwickelt neuartige molekulare Werkzeuge mit dem Ziel, gesunde und kranke Zellen besser untersuchen und kontrollieren zu k?nnen. J¨¹ngst schuf er einen biologischen ?Datenlogger?, der in Zellen die Aktivit?t von Genen aufzeichnet. Darauf aufbauend m?chte Platt in seinem ERC-Projekt eine Art W?chterzelle entwickeln, welche in den Darm gebracht und dort die biochemischen Vorg?nge ¨¹berwachen und aufzeichnen kann. Solche W?chterzellen k?nnten dereinst in der medizinischen Diagnostik Anwendung finden als lebende Sensoren.

Sebastian Schemm erforscht ¨C an der Schnittstelle zwischen Wetter und Klima ¨C Beziehungen zwischen Wolkenphysik und Zirkulation in der Atmosph?re. Er will die grundlegende Physik verstehen, die f¨¹r die nahezu chaotische Variabilit?t in der Atmosph?re sorgt. Weiter m?chte er herausfinden, welche Rolle Wolken, Konvektion, Strahlung und Turbulenz bei der Entstehung ungew?hnlicher Zust?nde der Atmosph?re spielen. Das langfristige Ziel ist ein besseres Verst?ndnis daf¨¹r, wie seltene Wetterlagen, extreme Jahreszeiten und Schwankungen im Jahreszyklus entstehen. Dar¨¹ber hinaus will Sebastian Schemm eine neue physikalische Grundlage f¨¹r deren Darstellung in Wetter und Klimamodellen schaffen.

Hartes Wasser ¨C also solches, das viel Kalk oder andere Mineralien enth?lt ¨C f¨¹hrt in Heizkesseln oder Warmwasserleitungen zu Ablagerungen. Dieser sogenannte Kesselstein reduziert die Energieeffizienz von Industrieanwendungen und kann Filtermembranen verstopfen. Thomas Schutzius ist ein Experte f¨¹r Nanoengineering und Oberfl?chen. Er wird in seinem ERC-Projekt im Detail untersuchen, wie Kesselstein entsteht. Ausserdem plant er Oberfl?chen zu entwickeln, welche durch ein intelligentes Zusammenspiel von Material und Struktur verhindern, dass sich Kalk oder andere Mineralien ablagern.

Im Bereich der Chemieingenieurwissenschaften untersucht Chih-Jen Shih die Morphologie, Dynamik, Molekularkr?fte und Transportph?nomene von Nanomaterial-Grenzfl?chen. Sein ERC-Projekt verfolgt das Ziel, die Bewegung und Orientierung von Exzitonen ¨C das sind elektrisch neutrale Quasiteilchen ¨C in Nanomaterial-Anordnungen zu steuern. Sein Ansatz umfasst chemische Verfahren zur Entwicklung von Nanomaterial-Oberfl?chen, mit denen man letzten Endes die Wechselwirkungen der Exzitonen lenken k?nnte. Wenn diese Idee gelingt, k?nnte der Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in Licht in modernen Displays und Leuchtdioden verdoppelt werden, was den Energieverbrauch in der mobilen Elektronik deutlich reduziert.

Veerle Sterken wird in ihrem ERC-Projekt unsere unmittelbare interstellare Nachbarschaft erforschen. Dazu wird sie die Bahnen von Staubpartikeln untersuchen, die sich durch das Sonnensystem bewegen. In ihrer Arbeit wird sie Computersimulationen mit Satellitenmessungen kombiniert. Dadurch kann sie die Eigenschaften von Staubpartikeln in der lokalen interstellaren Wolke eingrenzen und die dynamische Struktur der sogenannten Heliosph?re untersuchen. Anhand der Ergebnisse wird sie auch erforschen, wie andere Sterne mit ihrer Umgebung interagieren, und wie sich unser Sonnensystems im Laufe der Zeit auf seiner Reise durch unsere Galaxie entwickelt hat.

Vincent Tassion untersucht mathematische Modelle der statistischen Mechanik. Diese Modelle beschreiben Mechanismen, die in der Physik zu Phasen¨¹berg?ngen f¨¹hren. Ein Beispiel solcher Modelle sind Perkolationsprozesse, die das Hauptthema seines ERC-Projekts sind. Die Perkolationstheorie untersucht, wie unabh?ngige Zufallseingaben, die gleichm?ssig auf einem Gitter oder im Raum verteilt sind, zu makroskopischen Strukturen f¨¹hren - ein Beispiel ist die Ausbreitung von Epidemien oder Waldbr?nden. Eine Reihe grundlegender Ergebnisse hat das Verst?ndnis von Perkolation verbessert, gewisse Grundsatzfragen bleiben jedoch unbeantwortet. Tassion will einige beantworten, indem er neue Verbindungen zwischen der Perkolationstheorie und anderen Bereichen der Mathematik oder der theoretischen Informatik herstellt.

Laurent Vanbever befasst sich mit Computer-Netzwerken wie dem Internet oder grossen Datenzentren. Ein Schwerpunkt ist dabei, wie solche Netzwerke betrieben werden. Mit seiner Gruppe entwickelt Vanbever Systeme, die grosse Netzwerke steuern und deren Verf¨¹gbarkeit und Leistungsf?higkeit optimal gew?hrleisten. In seinem ERC-Projekt will Vanbever Steuerungen f¨¹r Netzwerkger?te anhand ¨¹bergeordneter Anforderungen automatisch und nachweislich korrekt generieren. Durch die Automatisierung entscheidender Aspekte der Steuerung k?nnten Netzwerke k¨¹nftig nicht nur zuverl?ssiger, sondern auch flexibler und leistungsf?higer betrieben werden.

Phasenwechselspeicher bieten eine interessante Alternative zu herk?mmlichen siliziumbasierten Ger?ten. Maksym Yarema wird in seinem ERC-Projekt nanoskalige Phasenwechsel?materialien und Speicherger?te untersuchen, die mit g¨¹nstigen, materialeffizienten und fl¨¹ssigkeitsbasierten Verfahren hergestellt werden. Auf der Materialseite wird er sich auf kolloidalen Nanopartikeln und molekularen Tinten konzentrieren, mit denen er die Gr?sse der Phasenwechselmaterialien bis auf die molekulare Ebene kontrollieren kann. Kolloidale Nanomaterialien sind ideal, um Phasen¨¹berg?nge und Hochtemperatur-Strukturdynamiken zu untersuchen. Auf der Ger?teseite eignen sich diese Nanomaterialien, um neuartige Speicher energieeffizient herzustellen und zu betreiben.