Diese Ingenieure sind für den Zukunftspreis 2024 nominiert

Die Nominierungen für den Deutschen Zukunftspreis 2024 stehen fest: Die drei Teams kommen aus Bayern, Berlin und Nordrhein-Westfalen. Der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation wird zum 28. Mal verliehen und ist mit 250.000 Euro dotiert.

Am 27. November entscheidet die Jury des Preises über die diesjährigen Preisträgerinnen und Preisträger. Der Bundespräsident überreicht den Deutschen Zukunftspreis 2024 am Abend desselben Tages bei einer live übertragenen Preisverleihung an das Gewinnerteam.

Das sind die Nominierten:

Wer zum Team gehört: Dr. rer. nat. Norwin von Malm und Stefan Groetsch von ams-OSRAM sowie Dr.-Ing. Hermann Oppermann vom Fraunhofer IZM, Berlin.

Worum es geht: Licht ist insbesondere im Straßenverkehr von großer Bedeutung. Wer Gefahren früher erkennt, hat mehr Zeit, um darauf reagieren zu können. So ist der Autoscheinwerfer bis heute eines der wichtigsten Instrumente für die Sicherheit im Straßenverkehr bei Nacht.

Was sie entwickelt haben: Zusammen haben sie eine Scheinwerfer-Lichtquelle auf den Weg gebracht, die kleiner, leichter, effizienter, intelligenter und präziser in ihrer Lichtabstrahlung ist.

Wie sie das gemacht haben: Diese Herausforderung lässt sich nur lösen, wenn sich das Licht in seiner räumlichen Verteilung steuern lässt und es sich somit auf die jeweilige Situation optimal anpasst. Deshalb hat die neue Lichtquelle 25.600 LEDs in einer Matrix aus 320 x 80 Lichtpunkten. Dabei lässt sich jede einzelne LED durch ein digitales Signal ansteuern. Zusammen mit einer Optik entsteht so ein Scheinwerfer, der ähnlich wie ein Videoprojektor funktioniert.

Was das bedeutet: Dem Team ist es gelungen, mit ihrem „Digitalen Licht“ in Form winziger einzeln bedienbarer LED-Pixel eine Technologie zu entwickeln, die neue, ressourcenschonende Anwendungen ermöglicht. Und das nicht nur im Bereich des Automobilbaus. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen durch feinste Lichtsensorik im Bereich der Augmented Reality und Interaktion von Mensch und Maschine.

Wer zum Team gehört: Prof. Dr. Björn Ommer von der Ludwig-Maximilian-Universität München und Dr.-Ing. Anna Lukasson-Herzig, nyris GmbH, Düsseldorf.

Worum es geht: Die Kommunikation zwischen Mensch und Computer wird immer einfacher. Heute können Computer von Menschen bedient werden, die in ihrer natürlichen Sprache Anweisungen geben oder Wünsche formulieren. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz von Generativer KI. Die Leistungssteigerung der KI-Modelle ist jedoch größtenteils auf die exponentielle wachsende Größe der KI-Modelle zurückzuführen, sodass auch die für die Anwendung der KI erforderliche Rechenleistung in einem unerschwinglichen Maße steigt.

Was sie entwickelt haben: Das Ziel des nominierten Teams war es, die daraus resultierenden Abhängigkeiten zu lösen und KI-Modelle zu schaffen, die genauso leistungsfähig sind, aber deutlich weniger Rechenleistung benötigen. Mit dem innovativen und leistungsfähigen KI-Modell „Stable Diffusion“, das an der LMU entwickelt wurde, ist es nun möglich, komplexe KI-Anwendungen auf herkömmlicher Nutzerhardware oder sogar auf einem gewöhnlichen Smartphone auszuführen.

Wie sie das gemacht haben: Um die Speicher- und Rechenkosten zu minimieren, wurde ein innovativer Ansatz gefunden: Anstatt Bilder direkt als eine Menge von Pixeln zu beschreiben, wurde zunächst eine neue, effiziente Bildbeschreibungssprache für lokale Bildregionen erlernt. Was macht das Bild eines Hundes aus? Ohren, Augen und das Fell an den verschiedenen Körperteilen sollten miteinander übereinstimmen. Es ist jedoch nicht notwendig zu wissen, wie jedes einzelne Haar im Fell gekrümmt ist, um ein gutes Bild eines Hundes zu erstellen. Dennoch können wir erkennen, ob das Fell kurz oder lang, glatt oder gelockt ist. Lokale Details werden effizient beschrieben, dann wird der weiträumige Kontext erfasst. Stable Diffusion sieht nicht nur die Bäume, sondern auch den Wald.

Was das bedeutet: Das Team hat mit „Stable Diffusion“ die Grundlagen dafür geschaffen, generative KI zu demokratisieren. Diese kompakte und effiziente generative KI ermöglicht unzählige Anwendungen, weswegen es den Entwicklern wichtig ist, die Software frei und offen zugänglich zu machen. Die Nyris GmbH hat damit eine hocheffiziente Plattform für die visuelle KI-Suche entwickelt. Bei dem System geht es darum, in Sekunden auf Basis eines Fotos Maschinenteile zu bestimmen. So können beim Ausfall technischer Anlagen defekte Teile schnell identifiziert und ersetzt werden.

Wer zum Team gehört: Dr. rer. nat. Konrad Schraml und Dr. rer. nat. Caspar Leendertz von Infineon Technologies sowie Prof. Dr.-Ing. Thomas Basler von der TU Chemnitz.

Worum es geht: Die Welt wird immer elektrischer. Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende ist aber, dass die elektrische Energie auf Basis erneuerbarer Energien wie Sonne oder Wind erzeugt wird und möglichst effizient geregelt und gesteuert werden kann. .

Was sie entwickelt haben: Zusammen haben sie eine Scheinwerfer-Lichtquelle auf den Weg gebracht, die kleiner, leichter, effizienter, intelligenter und präziser in ihrer Lichtabstrahlung ist. Dazu werden leistungsstarke und zuverlässige Schalteinheiten benötigt, sogenannte Stromrichter, die aus vielen elektronischen Bauteilen bestehen. Das Herzstück eines Stromrichters bildet ein Modul mit Chips aus einem Halbleitermaterial – der sogenannte Leistungshalbleiter, der den Strom schaltet.

Wie sie das gemacht haben: Leistungshalbleiter werden üblicherweise aus Silizium gefertigt. Doch dieses Material hat seine Grenzen. Diese zu überwinden, hat sich das Team 3  zur Aufgabe gemacht und ein völlig neues Halbleitermodul auf Siliziumkarbid-Basis entwickelt. Doch das Material hat seine Tücken: Für das Bonding, die Drahtverbindung zwischen dem Halbleiter und dem Rest des Chips musste eine völlig neue Technologie auf Basis von Kupfer anstelle des üblichen Aluminiums gefunden werden.

Was das bedeutet: Nach mehrjähriger Entwicklungsarbeit ist durch die Kombination von optimiertem Trägermaterial und einer neuartigen Kupferkontaktierung ein Produkt entstanden, das zuverlässig über viele Jahrzehnte in Zügen, Windkraftanlagen und überall dort zum Einsatz kommt, wo in Sekundenbruchteilen viel Strom geregelt werden muss. So können Schaltverluste gesenkt und zukünftig neue Anwendungsfelder elektrifiziert werden, die aktuell auf fossile Brennstoffe angewiesen sind.