Bioarchitektur – Rückkehr zur Natur

Stellen Sie sich eine Stadt mit lebenden Gebäuden vor – Strukturen, die Verschmutzungen absorbieren, wenn Menschen an ihnen vorbeigehen, und sich durch Wachstum anpassen. Der Architekt Phil Ayres glaubt, dass diese Vision in greifbarer Nähe liegt. Er erklärt, wie die jüngsten Fortschritte in der Biohybridarchitektur, von Materialien auf Basis von Pilzen bis hin zu Kletterpflanzen, Möglichkeiten für nachhaltiges Design eröffnen und unsere städtischen Umgebungen neu gestalten.

Laut Ayres, Professor an der Königlich Dänischen Akademie in Kopenhagen, wurden unsere Städte größtenteils für eine einzige Spezies konzipiert: den Menschen. Seine Arbeit im Bereich der Biohybridarchitektur weist auf eine Zukunft hin, in der andere Lebewesen eine aktive Rolle in bebauter Umwelt spielen und dazu beitragen, Menschen wieder mit der Natur zu verbinden. Er hat untersucht, wie Organismen wie Pilze (in den Projekten „Fungateria“ und „Fungal Architectures“) und Kletterpflanzen (im Projekt „Flora Robotica“) als Baumaterialien fungieren könnten.

„Herkömmliche Baumaterialien werden in der Regel abgebaut, transportiert und bei hohen Temperaturen verarbeitet, bevor sie zu langlebigen Bauteilen werden“, erklärt er. „Wir untersuchen, wie lebende Komplexe als Teil der Gebäudestruktur genutzt werden könnten.” Zwar sind Pilzmaterialien noch nicht stark genug, um Beton oder Stahl zu ersetzen, doch Ayres weist darauf hin, dass Gebäude auf viele weitere über diese beiden hinausgehende Materialien angewiesen sind.

Wenn wir beginnen, Teile unserer Gebäude zu züchten – ähnlich wie wir Bäume züchten –, könnten wir ökologische Vorteile wie Kohlenstoffbindung und eine verbesserte Artenvielfalt erzielen. Dieser Ansatz könnte auch über Gebäude hinaus auf andere Formen der städtischen Infrastruktur ausgeweitet werden. Jeder, der durch eine moderne Stadt spaziert, kann sehen, wie kleine Grünflächen von riesigen Flächen aus Beton und Stahl überschattet werden.

Biohybridarchitektur könnte auch auf Abfälle aus der Forst- und Landwirtschaft sowie auf Nebenprodukte aus der Lebensmittel- und Industrieverarbeitung zurückgreifen und so eine stärker kreislauforientierte Wirtschaft unterstützen. Lebende Materialien könnten sogar zusätzliche Funktionen bieten, wie beispielsweise die Filterung von Luft oder Wasser oder die Selbstreparatur bei Beschädigungen.

Mit dem Aufkommen neuer Materialien müssten möglicherweise Lieferketten, Bauweisen und sogar die ästhetischen Möglichkeiten lebendiger, wachsender Strukturen überdacht werden – um letztlich Räume zu schaffen, die uns wieder mit der Natur verbinden. Ayres räumt ein, dass die Bauindustrie vorsichtig ist und sich nur langsam verändert; seit einem Jahrhundert bauen wir nahezu auf dieselbe Weise. Die Forschung im Bereich lebender Materialien schreitet jedoch schnell voran. Obwohl diese Materialien noch nicht als primäre Strukturelemente dienen können, könnten zukünftige Versionen die erforderliche Festigkeit und Haltbarkeit bieten, ganze Gebäude zu tragen.

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Quantencomputer rücken näher

Quantencomputer, bisher im Labor im Einsatz, halten zunehmend auch im Alltag Einzug. Die italienische Elektronikingenieurin Giulia Acconcia erklärt, wie europäische Forscher von der Theorie zur Praxis übergehen – mit weitreichenden Auswirkungen auf die Datensicherheit und Innovationen im Bereich Batterien. „Immer mehr Unternehmen in Europa beschäftigen sich mit Quantentechnologien, ein Zeichen dafür, dass Quantencomputer näher an den praktischen Einsatz heranrücken“, so die Professorin von der Polytechnischen Universität Mailand. Sie glaubt, dass leistungsstarke Quantencomputer bald Probleme lösen werden, die heutige Supercomputer nicht bewältigen können.

„In den letzten zehn Jahren haben wir echte Fortschritte gesehen, aber in den letzten fünf Jahren hat sich die Entwicklung beschleunigt“, sagt sie. „Quantencomputer sind soweit, die Forschungslabore zu verlassen und auf das Leben der Menschen Einfluss zu nehmen.” Im Rahmen des EU-finanzierten QLASS-Projekts baut ihr Team einen Quantencomputer, der mit Photonen arbeitet – winzigen Lichtteilchen, die sich schneller als Elektronen bewegen und mehr Informationen codieren können. „Dadurch können wir die Menge an Informationen erhöhen, die innerhalb der Glaswellenleiter eines Quantencomputers übertragen wird“, erklärt sie und fügt hinzu: „Ein Photonenchip sieht aus wie ein Miniatur-Netzwerk aus Glasstraßen, auf denen Photonen entlangrasen.“

Eines der Hauptziele der Forscher ist, mithilfe von Quantencomputern das Design von Batterien zu verbessern – eine komplexe Herausforderung, die viele Variablen umfasst. Eine Optimierung könnte die Ladezeiten von Elektrofahrzeugen verkürzen, sodass Autos mit kleineren Batterien weitere Strecken zurücklegen können. Künftige Nutzer werden Quantencomputer nicht direkt bedienen müssen. Ähnlich wie beim Speichern von Fotos in der Cloud werden Menschen aus der Ferne auf Quantencomputer zugreifen und komplexe Berechnungen anfordern. „Diese Probleme sind so anspruchsvoll, dass klassische Computer sie einfach nicht innerhalb einer angemessenen Zeit lösen können“, sagt Acconcia.

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Hormonstörende Chemikalien lauern überall

In alltäglichen Produkten enthaltene Chemikalien können unseren Körper mit der Zeit unbemerkt schädigen. Die niederländische Toxikologin Majorie van Duursen, die sich mit Risiken für die Gesundheit von Frauen befasst, erklärt, wie bessere Vorschriften – und klügere persönliche Entscheidungen – langfristige Schäden mindern könnten. Viele Chemikalien können den Hormonhaushalt stören und dauerhafte gesundheitliche Auswirkungen haben, warnt van Duursen von der Freien Universität Amsterdam (Vrije Universiteit Amsterdam).

Ihre Forschung im Rahmen der EU-finanzierten FREIA-Initiative untersucht endokrin wirksame Chemikalien (ED) und deren Zusammenhang mit Brustkrebs, Unfruchtbarkeit, Schwangerschaftskomplikationen, vorzeitiger Menopause und Endometriose. „Wir gewinnen immer mehr Erkenntnisse über die Exposition gegenüber diesen Chemikalien in der frühen Lebensphase. Es ist nicht immer so, dass „die Dosis das Gift macht“, denn es kann wichtiger sein, wann man einer Substanz ausgesetzt ist, selbst wenn es sich um sehr geringe Dosen handelt. Hormone prägen den Bauplan des Körpers, und ihre Veränderung kann langfristige Auswirkungen haben.”

Laufende Forschungen zeigen das ganze Ausmaß des Problems auf. Studien belegen, dass Hormonstörungen durch Chemikalien zu langfristigen Gesundheitsproblemen führen, darunter auch bisher nicht erkannte Erkrankungen wie Herzkrankheiten. Es ist zwar unmöglich, alle Chemikalien zu vermeiden, doch van Duursen betont, dass jeder Einzelne seine Exposition dennoch reduzieren kann. „Kaufen Sie kein billiges Plastikspielzeug im Internet; diese könnten aus Ländern mit weniger strengen Vorschriften stammen. Wählen Sie Spielzeug, das in der EU zugelassen ist“, rät sie. „Stellen Sie keine Plastikgeschirr in die Mikrowelle. Und achten Sie auf Körperpflegeprodukte mit weniger Zusatzstoffen – wir sollten uns fragen, welche Chemikalien wirklich notwendig sind.”

Dass allein in Kunststoffen mehr als 16.000 Chemikalien identifiziert wurden, zeigt deutlich den Kompromiss zwischen Komfort und Gesundheit. „Wir wollen nicht alle Chemikalien verbieten – viele sind wirklich nützlich“, so die Wissenschafterin. „Aber über eine große Anzahl von ihnen fehlen uns sogar in Europa wichtige Informationen. Aktuelle Tests erfassen nicht alle gesundheitlichen Auswirkungen, daher brauchen wir strengere Vorschriften und von Anfang an sicherere Materialkonzeptionen, um Probleme zu entdecken, bevor es zu spät ist.”

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Haushaltsroboter kommen der Realität einen Schritt näher

Stellen Sie sich einen Roboter vor, der älteren Menschen beim Zubereiten von Mahlzeiten hilft, schwere Gegenstände hebt oder alte Geräte sicher zerlegt. Der slowenische Robotikwissenschafter Aleš Ude glaubt, dass diese Szenarien näher liegen könnten, als wir denken – allerdings gibt es noch einige große Herausforderungen, wie z. B. die Ausstattung von Robotern mit dem richtigen Maß an Empathie und gesundem Menschenverstand. Allzweckroboter, die zu Hause oder in Krankenhäusern helfen, könnten laut Dr. Ude vom Jožef-Stefan-Institut in Slowenien dank der rasanten Fortschritte in der KI innerhalb eines Jahrzehnts Realität werden.

Im Rahmen der Initiative „ReconCycle“ untersucht Ude, wie Roboter eine Vielzahl von elektronischen Geräten für das Recycling zerlegen könnten. „Außer den Reichen hat fast niemand eine 24-Stunden-Haushaltshilfe. Viele Menschen wären bereit, viel Geld für einen solchen Roboter zu bezahlen“, sagt er. In einigen Pilotprojekten werden in Krankenhäusern bereits Roboter zur Unterstützung älterer Patienten eingesetzt. Um sie in solch einer Umgebung einsetzen zu können, müssen Roboter laut Ude wahrscheinlich eine humanoide Form haben: Krankenhäuser sind auf die menschliche Anatomie ausgerichtet, und Beine ermöglichen den Zugang zu Orten, die für Roboter auf Rädern unerreichbar sind. Sie müssen außerdem äußerst zuverlässig, sicher und robust genug sein, um unvermeidliche Zwischenfälle zu überstehen.

Die traditionelle Vorprogrammierung, die bei Industrierobotern funktioniert, ist für die unübersichtliche, nicht vorherzusehende Umgebung zu Hause ungeeignet. Was Robotern fehlt, ist der gesunde Menschenverstand – die Fähigkeit, angemessen auf unerwartete Ereignisse zu reagieren und gefährliche Fehler zu vermeiden. Generative KI und vom menschlichen Gehirn inspirierte neuronale Netze helfen Robotern dabei, besser mit solchen Unsicherheiten umzugehen. Das Team von Ude erforscht auch die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Dank großer Sprachmodelle hat sich die Kommunikation zwar erheblich verbessert, aber Haushalts- oder Krankenhausroboter müssen die Absichten einer Person mit Hilfe ihrer neuronalen Netzwerke vorhersagen können.

Und wenn sie sich um kranke oder ältere Menschen kümmern sollen, ist ein gewisses Maß an Empathie unerlässlich – etwas, das nach wie vor eine Herausforderung darstellt. Saugroboter sind heute zwar weit verbreitet, aber ein nützlicher humanoider Haushaltsroboter muss viele verschiedene Aufgaben bewältigen können. Was diese Roboter in zehn Jahren leisten können, ist laut Ude ungewiss. Sobald die Technologie jedoch ausgereift ist, dürfte schnell eine breite Akzeptanz in Haushalten und Krankenhäusern folgen.

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Die nächste Pandemie: Erwarten Sie das Unerwartete

Was kommt nach COVID-19? Die niederländische Virologin Marion Koopmans argumentiert, dass Wachsamkeit, Daten und Bürgerwissenschaft den Kampf Europas gegen künftige Ausbrüche vorantreiben sollten – und erklärt, warum Pandemien selten vorhersehbar sind. Eine weitere Pandemie ist unvermeidlich, sagt Professor Koopmans vom Erasmus Medical Centre in Rotterdam. Wir wissen nicht, wann es passieren wird, wo es beginnen wird oder welche Form es annehmen wird – aber wir können uns dennoch darauf vorbereiten.

Pandemien beginnen in Unsicherheit: In den ersten Tagen ist oft unklar, wer sich infiziert, wie sich ein Erreger verbreitet und wie schnell er sich ausbreitet. Aber gute Daten, KI und Beiträge von normalen Bürgern können Wissenschaftern und Ärzten helfen, früher und effektiver zu handeln. Als COVID-19 ausbrach, leitete Koopmans das Versatile Infectious Diseases Observatory (VEO), ein Projekt zur Entwicklung eines zukunftssicheren Überwachungssystems für neu auftretende Krankheiten.

„COVID-19 war eine Pandemie mit schwerwiegenden Auswirkungen, auch wenn es noch schlimmer hätte kommen können. Der Start verlief chaotisch, denn die Reaktion auf eine neue Krankheit ist, als baute man ein Schiff, während man bereits damit segelt”, sagt sie. „Einerseits dauert es seine Zeit, bis Studien Antworten liefern, andererseits ist schnelles Handeln entscheidend. Da sich die Ausbrüche weltweit beschleunigen, müssen wir wachsam bleiben und Frühwarnsysteme verstärken.”

Die jüngsten Entwicklungen zeigen, warum. „Wir haben gerade einen Ausbruch von Affenpocken in einer bewaldeten Bergbauregion der Demokratischen Republik Kongo beobachtet. Ausbrüche können überall auftreten, und es ist unrealistisch zu erwarten, dass Ärzte auf jeden möglichen Erreger testen. Wir müssen besser darin werden, alles Ungewöhnliche zu erkennen, das eine sofortige Untersuchung rechtfertigt – insbesondere in Bereichen, in denen das Risiko steigt.” Diese Risiken steigen, wenn Menschen mit Tieren in Kontakt kommen, wodurch Möglichkeiten zur Übertragung entstehen.

VEO untersuchte solche Szenarien, indem es verschiedene Arten von Daten kombinierte, beispielsweise dort, wo Zugvogelrouten sich mit Gebieten mit intensiver Geflügelhaltung überschneiden. Eine wichtige Lehre aus den letzten Jahren sei, sagt sie, mit dem Unerwarteten zu rechnen: Die Schweinegrippe-Pandemie 2009 sei beispielsweise nicht, wie allgemein angenommen in Asien, sondern in Südamerika ausgebrochen. „Unsere Studien haben mehrere mögliche Ursachen für das Auftreten aufgezeigt, darunter Vogelgrippe und das West-Nil-Virus, Krankheiten im Zusammenhang mit schmelzendem Permafrost sowie Infektionen, die sich schnell in Großstädten ausbreiten könnten.”

Mit Blick auf die Zukunft hofft Koopmans auf die Einrichtung eines globalen, integrierten Datenarchivs, das sich auf wissenschaftliche Studien, die Überwachung der öffentlichen Gesundheit und groß angelegte Umweltbeobachtungen stützt. Auch Bürger können einen Beitrag leisten, indem sie ungewöhnliche Funde wie tote Vögel oder die Beobachtung neuer Mückenarten melden. „Wir untersuchen auch, wie KI potenzielle Signale aus diesen Quellen erkennen könnte und wie breit angelegte genetische Nachweisinstrumente neue Viren in Wild- oder Nutztieren aufdecken könnten, die in Zukunft Risiken darstellen könnten.”

Von Anthony King

Weitere Informationen:

Fungateria

Fungateria-Projektwebsite

Fungal Architectures

Flora Robotica

QLASS

Projektwebsite QLASS

FREIA

Projektwebsite FREIA

ReconCycle

Projektwebsite „ReconCycle“

VEO

Projektwebsite VEO