Gleich zweimal geht in diesem Jahr die F?rderung der Carl-Zeiss-Stiftung für interdisziplin?re Forschungsthemen an die Universit?t Jena: Ab dem 1. Februar 2024 beginnt die F?rderung von Dr. Sina Saravi, der optische neuronale Netzwerke entwickelt, um Bilderkennung schneller und ressourcenschonender zu gestalten. Und bereits seit dem 1. Januar 2024 wird Dr. Desirée Leistenschneider gef?rdert, die neuartige Batterien entwickelt. Beide Forschungsgruppen erhalten jeweils 1,5 Millionen Euro für einen Zeitraum von fünf Jahren.

Bilderkennung in Lichtgeschwindigkeit

?Stark vereinfacht k?nnte man sagen, mein Team und ich arbeiten an einer Art intelligentem, nanostrukturiertem Kameraobjektiv“, erkl?rt Sina Saravi seine Arbeit an optischen neuronalen Netzwerken. Was er und seine Forschungsgruppe entwickeln, sind Stapel von nanostrukturierten optischen Elementen, die einfallendes Licht auf bestimmte Weise ver?ndern. ?Man kann sich das etwa so vorstellen wie eine Fl?che, die aus optischen Linsen besteht – auch wenn wir keine Linsen verwenden, sondern nichtlineare nanostrukturierte Materialien. Und hinter dieser Fl?che befinden sich noch weitere“, illustriert er. ?Wenn wir nun dieses System auf ein Objekt richten oder auf ein Bild von einem Objekt, dann kann dieses System das Objekt erkennen. Es kann also sagen, ob es gerade ein Haus, eine Katze oder eine Person vor sich hat. Und zwar buchst?blich in Lichtgeschwindigkeit.“

Als m?gliches Beispiel, wo Dinge oder Personen schnellstm?glich erkannt werden sollen, nennt er das Fahren von Kraftfahrzeugen. ?Besonders beim autonomen Fahren ist es natürlich entscheidend, dass das System schnellstm?glich erkennt ob da ein Kind auf der Stra?e ist oder ein Objekt, das wiederum vielleicht massiv ist“, erkl?rt er.

Aber auch der Energieverbrauch werde bei KI-Anwendungen ein immer gr??eres Problem, erkl?rt er weiter. ?Herk?mmliche elektronisch basierte KI, wie beispielsweise ChatGPT, ben?tigt viel Energie. Zum einen müssen bei der Erschaffung – also dem Training – gewaltige Mengen an Datens?tzen verarbeitet werden. Zum anderen muss das System in der eigentlichen Anwendung bei jeder Anfrage ebenfalls Berechnungen ausführen, deren Ergebnis dann ausgegeben wird“, verdeutlicht er. ?So rasant wie sich solche Technologien derzeit entwickeln und so intensiv wie sie genutzt werden, werden sie früher oder sp?ter mehr Energie ben?tigen, als wir auf der Erde produzieren.“ Er erg?nzt: ?Ich denke natürlich nicht, dass es deshalb zu Blackouts oder ?hnlichem kommen wird, aber ich denke, es verdeutlicht ein grunds?tzliches Problem von KI und deren Anwendungen. Jedoch k?nnen optische KI-Systeme dazu beitragen, Ressourcen zu schonen – jedenfalls bei bestimmten Anwendungen.“

Leichte Batterien aus günstigen und recycelbaren Materialien

?Es gibt bereits sogenannte Metall-Gas-Batterien“, erkl?rt Dr. Desirée Leistenschneider ihr Projekt. Entsprechende Zink-Luft-Batterien würden beispielweise in H?rger?ten weithin eingesetzt. ?Wie der Name andeutet, basieren die beiden Elektroden auf gut verfügbaren Materialien: Zink auf der einen Seite und Luft, bzw. Luftsauerstoff, auf der anderen“, erg?nzt sie. Durch diese Materialien haben solche Batterien ein geringes Gewicht, was speziell bei H?rger?ten von gro?em Vorteil ist. Der Nachteil sei jedoch, erkl?rt die anorganische Chemikerin, dass es sogenannte prim?re Batterien sind. Das hei?t, sie k?nnen nicht wieder mit Energie aufgeladen werden. ?Ist eine Zink-Luft-Batterie entladen, wird sie durch eine neue ersetzt. Die alte Batterie wird recycelt“, fasst sie zusammen. ?Und hier setzt mein Forschungsprojekt namens ReAlBatt an.“

Konkret arbeitet Leistenschneider an Aluminium-Stickstoff-Batterien. ?Theoretisch haben diese Batterien eine sehr hohe Energiedichte. Dazu kommt, dass Aluminium sehr gut verfügbar, leicht und günstig ist“, erkl?rt sie. ?Es gibt auch etablierte Recyclingprozesse für dieses Material. Unser gro?es Ziel ist aber, diese Batterien auch wiederaufladbar zu machen.“ Sie und ihr Team haben bereits erste Kathodenmaterialien und Zell-Prototypen gebaut, die nun erforscht und weiterentwickelt werden.

Noch stehe dieses Forschungsfeld ganz am Anfang, erkl?rt sie. ?Es gibt zum jetzigen Zeitpunkt nur eine Fachpublikation über Aluminium-Stickstoff-Batterien. Ich halte es aber für wichtig, in der Batterieforschung auch diese Technologie zu erkunden“, so Leistenschneider weiter. ?Gerade in Thüringen und speziell an der Universit?t Jena ist das Umfeld dafür ideal. Das Zentrum für Energie und Umweltchemie, das CEEC Jena, ist ja genau darauf ausgelegt, Expertisen zusammenzubringen und neue Technologien bis hin zur Marktreife zu entwickeln.“