Die Zukunft mitgestalten
Projekte

Jenseits der Netzhaut: Maschi­nelle Lernmo­delle zur photo­che­mi­schen Steue­rung von Rhodopsinen

Hector RCD Awardee Prof. Dr. Carolin Müller
Hector Fellow Prof. Dr. Klaus Robert Müller
Hector Fellow Prof. Dr. Peter Hegemann

Das Projekt entwickelt ein Machine‑Learning‑Framework zur genauen Vorhersage angeregter Zustände von Rhodopsinen. Dafür wird ein Datensatz aus quantenchemischen Berechnungen an Retinal‑Derivaten in proteinähnlichen Umgebungen erstellt und zum Modelltraining verwendet. Durch wiederholte Synthese und spektroskopische Analyse gezielt entworfener Rhodopsin‑Varianten werden die Modelle geprüft und verbessert. Ziel ist eine datengetriebene Plattform für das rationale Design lichtempfindlicher Proteine und die beschleunigte Entwicklung neuer Photorezeptoren.

© Pter - Adobe Stock

Elasto­ka­lo­ri­sche Mikro-Kühlung mit ultra­ho­her Lebens­dauer für photo­ni­sche Systeme

Hector Fellow Prof. Dr. Peter Gumbsch
Hector Fellow Prof. Dr. Juerg Leuthold
Hector RCD Awardee Dr. Jingyuan Xu

Moderne photonische Systeme benötigen eine präzise Temperaturkontrolle, um Stabilität und Leistungsfähigkeit sicherzustellen. Dieses interdisziplinäre Projekt entwickelt ein neuartiges elastokalorisches Mikro-Kühlsystem, das mehr als eine Million Betriebszyklen erreichen soll. Durch die Kombination von Materialforschung an Formgedächtnislegierungen, innovativem Gerätedesign und Integration in photonische Systeme entsteht eine energieeffiziente Festkörper-Kühltechnologie. Die Zusammenarbeit von KIT, ETH Zürich und Fraunhofer IWM adressiert zentrale Herausforderungen hinsichtlich Lebensdauer und Zuverlässigkeit zukünftiger Mikro-Kühllösungen für photonische und neuromorphe Technologien.

© Anna - Adobe Stock

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Entwick­lung kovalen­ter quanten­me­cha­ni­scher Modellsysteme

Hector Fellow Manfred Kappes
Hector RCD Awardee Philip Willke

Das Projekt entwickelt kovalent verknüpfte Porphyrin Spin Ketten auf ultradünnen Isolatoren, um Designer Quanten Modellsysteme zu realisieren. Mit Low‑Energy‑Electrospray‑Ion‑Beam‑Deposition (LEIBD) werden massenselektierte Metall‑Tetraphenyl‑Porphyrin‑Fragmente gezielt auf MgO/Ag(100) bzw. NaCl/Au(111) abgeschieden und zu kurzen 1‑D‑Ketten (2–6 Einheiten) verbunden. Durch ESR‑STM und gepulste ESR‑Techniken (Rabi, Ramsey, Echo) werden g‑Faktor, Austausch‑ und Dipol‑Kopplungen bestimmt und die Spins kohärent gesteuert, wodurch eine vielseitige Plattform für molekulare Quantensimulatoren entsteht.

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PRECISE CRC: Präven­tion durch Kausal­in­fe­renz und strati­fi­zierte Einbet­tun­gen beim Kolorektalkarzinom

Hector Fellow Bernhard Schölkopf
Hector RCD Awardee Carolin Schneider

PRECISE CRC entwickelt ein embedding‑basiertes System, das Lebensstil‑ und Versorgungsdaten aus Biobanken mit einem kontextspezifischen Large Language Model (LLM) kombiniert. Die Daten werden in latente Vektoren umgewandelt und anschließend mittels fortschrittlicher kausaler Verfahren wahre Risikofaktoren für das Kolorektalkarzinom identifiziert.

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Model­lie­rung der extra­zel­lu­lä­ren Matrix des mensch­li­chen erwach­se­nen Gehirns nach einer Verlet­zung zum Ziel der Reparatur

Meriam Ernez - Hector RCD Magdalena Götz

Hirnverletzungen und Neurodegeneration führen zu irreversiblem Neuronenverlust. Dieses Projekt modelliert die Verletzungsumgebung des erwachsenen menschlichen Gehirns durch Dezellularisierung von Hirngewebe adulter Patienten und Charakterisierung der extrazellulären Matrix (ECM). Strategien, abgestorbene Neurone zu ersetzen, einschließlich der Transplantation humaner iPSC-abgeleiteter Neuronen sowie der Reprogrammierung von iPSC-abgeleiteten oder aus Resektionsmaterial isolierten adulten Astrozyten, werden untersucht, um Bedingungen zu definieren, die neuronalen Ersatz über verschiedene Erkrankungen und Altersstufen hinweg ermöglichen.

© Meriam Ernez

Zufäl­lige Tessel­la­tio­nen im hyper­bo­li­schen Raum

Nat Kendal-Freedman - Hector Fellow Anna Wienhard

Tessellationen unterteilen einen Raum ähnlich wie die Mosaiksteine ein Bild unterteilen. Die Untersuchung der einzelnen Steine und der von ihnen gebildeten Muster bietet eine Möglichkeit, sowohl reale Phänomene wie Mikrostrukturen als auch mathematische Objekte wie metrische Räume zu analysieren. In diesem Projekt untersuchen wir zufällige Tessellationen im hyperbolischen Raum, um einen überraschenden Zusammenhang zwischen Wahrscheinlichkeit, Geometrie und Algebra besser zu verstehen.

© Poisson-Voronoi-Tessellation aus [BCP22]

Defini­tion neuer Resili­en­z­wege bei selte­nen monoge­neti­schen Störungen

Daniel Petersheim - Hector Fellow Christoph Klein

Seltene Erkrankungen betreffen alleine in der EU schätzungsweise 30 Millionen Menschen, darunter auch zahlreiche Kinder. Vielen dieser insgesamt etwa 6.000 bis 8.000 Erkrankungen liegt eine Fehlfunktion eines einzelnen Gens zugrunde. Im Rahmen dieses Projekts unter Supervision von Prof. Dr. Christoph Klein möchten wir mit Hilfe moderner Screening-Verfahren genetische Wechselwirkungen identifizieren, die den Effekten krankheitsauslösender Mutationen entgegenwirken und so den Weg hin zur Entwicklung zielgerichteter Therapien ebnen.

Defining novel resilience pathways in rare monogenic disorders© Daniel Petersheim