In dieser Episode wird es mathematisch, innovativ und überraschend praxisnah. Host Larissa Vassilian ist zu Gast beim Exzellenzcluster MATH+ in Berlin und spricht mit den MathematikerInnen Andrea Walther und Sebastian Pokutta. Seit Oktober 2024 sind beide — zusammen mit Claudia Schillings (FU Berlin) — auch SprecherInnen von MATH+. Gemeinsam werfen sie einen Blick auf die Potenziale anwendungsorientierter Mathematik, insbesondere im Kontext von Nachhaltigkeit und Künstlicher Intelligenz. Wie lassen sich beispielsweise Flugrouten und Tragflächen optimieren, um Treibstoff und CO₂-Emissionen zu reduzieren? Wie kann Mathematik dazu beitragen, KI energieeffizienter zu machen – oder mithilfe von KI globale Biomassen zu schätzen, um deren Potential zur CO₂-Absorption zu erfassen? Und welche Rolle spielt dabei eigentlich der menschliche Faktor? Es geht um den Einsatz von Multiple-Agent-Methoden, um Meinungsdynamiken — etwa im Hinblick auf die Akzeptanz neuer Mobilitätskonzepte im Nahverkehr — und um sogenannte Nicht-Glattheiten bei der Optimierung. Vor allem aber geht es darum, wie Mathematik helfen kann, unsere komplexe Welt greifbarer, effizienter und nachhaltiger zu gestalten.

In dieser Episode tauchen wir tief in die Geheimnisse unseres Gehirns ein. Gemeinsam mit den Neurowissenschaftler:innen Matthew Larkum und Rosanna Sammons vom Exzellenzcluster NeuroCure in Berlin erkunden wir, wie Nervenzellen Signale verarbeiten, was während einer Narkose mit unserem Bewusstsein passiert und warum das Gehirn ständig daran arbeitet, seine eigene Balance zu halten. Wir sprechen über faszinierende Entdeckungen wie das Cortical Coupling, die Rolle der Pyramidenzellen in unserer Wahrnehmung und die erstaunliche Fähigkeit des Gehirns, sich lebenslang anzupassen – selbst nach Verletzungen oder in neuen Lebenssituationen.

Wie trifft unser Immunsystem die richtige Entscheidung – Angriff oder Zurückhaltung? Und wie lassen sich diese Prozesse gezielt beeinflussen, um Krankheiten wie Krebs oder Autoimmunerkrankungen besser zu behandeln? In dieser Episode von Exzellent erklärt sprechen wir mit Prof. Dr. Olaf Groß und Dr. Emilia Neuwirt vom Exzellenzcluster CIBSS in Freiburg. Sie erklären, wie biologische Signalwege unser Immunsystem steuern und warum die Suche nach einem molekularen „Dimmer“ so wichtig ist, um gezielte Therapien zu entwickeln. Außerdem erzählen sie, wie aus Grundlagenforschung ein eigenes Start-up wurde – und warum unternehmerischer Mut auch in der Wissenschaft gefragt ist.

Chemie umgibt uns überall – und doch denken viele nur an Schulunterricht und Reagenzgläser. In dieser Folge geht es darum, warum wir eine 'Chemiewende' brauchen, wie Chemie nachhaltiger werden kann und welche Rolle Katalyse dabei spielt. Beleuchtet werden die Herausforderungen der 'Defossilisierung' ('De-Carbonisierung' würden Chemiker*innen nie sagen, denn auch alle nachhaltige Chemie arbeitet mit Kohlenstoff), innovative Materialien und die Frage, ob wir mit Chemie die Welt retten können. Dabei geht es nicht nur um Forschung, sondern auch darum, wie wir diese in die Praxis bringen – mit viel Innovationsgeist und Mut zur Veränderung.

Was werden wir in Zukunft tanken? Wahrscheinlich keine fossilen Brennstoffe mehr – sondern biohybride Kraftstoffe, die das Klima schonen, nachhaltig hergestellt sind und sich in bestehenden Motoren nutzen lassen. In dieser Episode von Exzellent erklärt – Spitzenforschung für alle sprechen wir mit zwei führenden Wissenschaftler*innen des Exzellenzclusters The Fuel Science Center: Prof. Dr. Dörte Rother und Prof. Dr.-Ing. Andreas Jupke. Sie erklären, wie aus Pflanzenresten, CO₂ oder sogar Plastik nachhaltige Kraftstoffe werden können – und was Enzyme, Mikroorganismen und neue chemische Verfahren dabei leisten. Es geht um interdisziplinäre Forschung, energieeffiziente Prozesse, verkettete Katalyse und realistische Zukunftsszenarien jenseits des Elektroautos. Eine spannende Reise an die Tankstelle der Zukunft.

Was wäre, wenn Therapien nicht mehr nach dem Prinzip „Trial and Error“ verschrieben würden, sondern exakt auf deinen Körper abgestimmt wären? In dieser Episode von „Exzellent erklärt – Spitzenforschung für alle“ geht es um Präzisionsmedizin bei chronischen Entzündungserkrankungen. Diese moderne Herangehensweise soll es ermöglichen, die individuell bestpassende Therapie zu finden – mit Hilfe von Biomarkern, Künstlicher Intelligenz und jeder Menge Daten.

Die Episode gibt Einblicke in die aktuellen Entwicklungen der Quantenforschung und die Entwicklung von Quantencomputern. Prof. Tommaso Calarco spricht über die Herausforderungen bei der praktischen Umsetzung und die Rolle von Netzwerken wie ML4Q. Zudem wird betont, wie interdisziplinäre Zusammenarbeit und strategische Förderung Europas helfen können, im globalen Wettlauf um Quanteninnovationen mitzuhalten. Besonders spannend ist die Diskussion über die Synergien zwischen maschinellem Lernen und Quantentechnologien, die neue Möglichkeiten für Optimierung und Skalierung eröffnen.

In dieser Episode von Exzellent erklärt – Spitzenforschung für alle tauchen wir tief hinab in die unerforschte Welt der Tiefsee. Larissa Vassilian spricht mit den Wissenschaftlern Dr. Florence Schubotz und Dr. Michael Seidel über das Leben in der tiefen Biosphäre, den globalen Kohlenstoffkreislauf und die faszinierenden schwarzen Raucher – heiße Quellen am Meeresboden, die extremen Lebensraum für spezialisierte Organismen bieten. Dabei geht es um die Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen, die Rolle der Ozeane im Klimawandel und die Auswirkungen menschlicher Einflüsse wie Mikroplastik und Tiefseebergbau. Eine Reise zu den letzten unerforschten Regionen unseres Planeten!

In dieser Podcast-Episode geht es um das Ehegattensplitting – ein steuerliches Verfahren, das in Deutschland seit Jahrzehnten diskutiert wird. Gemeinsam mit Felix Bierbrauer, Professor bei ECONtribute an der Universität zu Köln, werfen wir einen Blick auf die wirtschaftlichen und politischen Implikationen des Splittings, beleuchten Fragen von Gerechtigkeit, Effizienz und gesellschaftlichen Anreizen und erörtern, warum Reformen so schwer durchsetzbar sind.

In dieser Episode von „Exzellent erklärt – Spitzenforschung für alle“ steht das Münchner Exzellenzcluster SyNergy im Fokus. Themen sind die Erforschung neurologischer Volkskrankheiten wie Alzheimer, Multiple Sklerose und Schlaganfall, die Selbstheilungskräfte des Gehirns sowie der interdisziplinäre Ansatz des Clusters. Besprochen werden aktuelle Fortschritte bei Reparaturmechanismen, der Bedeutung neuronaler Plastizität und dem Einsatz moderner Technologien wie KI für die Forschung.

Kryptografie ist wie eine unsichtbare Schutzkraft, die unseren Alltag sicherer macht. Ob in Schlüsseln, Bankkarten oder Smartphones – die Verschlüsselungstechnologie sorgt dafür, dass unsere Daten geschützt bleiben. Doch trotz dieser Sicherheit gibt es immer wieder Angriffe von außen, bei denen oft mächtige Akteure wie Geheimdienste beteiligt sind. Sie setzen auf ausgefeilte Methoden, wie kaum erkennbare Hardware-Trojaner, um an sensible Informationen zu gelangen. In den letzten Jahren hat Künstliche Intelligenz das Spielfeld der Angriffe auf ein neues Level gehoben. Effiziente Attacken und Deepfakes, also täuschend echt gefälschte Bilder und Videos, fordern uns heraus. Wie können wir uns vor Ransomware-Angriffen schützen und gleichzeitig verhindern, auf digitale Täuschungen hereinzufallen?

Unser Gehirn steuert und beeinflusst Prozesse und Krankheiten in mehr oder weniger höherem Maße, das ist seit Jahren bekannt. Unter diesem Aspekt wird die Forschung am CECAD zu zwei Krankheiten näher beleuchtet: Depression und Fettleibigkeit. Doch nicht nur das, beides wird auch unter dem Aspekt des Alterns erforscht.

Jedes Jahr erhalten etwa eine halbe Millionen Menschen in Deutschland die Diagnose Krebs ([Quelle](https://www.krebsinformationsdienst.de/forschung/krebszahlen )). Die Krankheit war 2023 die [zweithäufigste Todesursache](https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Gesundheit/Todesursachen/_inhalt.html ) in der Bundesrepublik. Das Alter ist und bleibt der Hauptrisikofaktor für die Erkrankung, was vor dem Hintergrund steigender Lebenserwartung und einer immer älter werdenden Bevölkerung nach neuen Maßnahmen und Therapien ruft. Glücklicherweise arbeiten Forschende weltweit tagtäglich an der Entwicklung neuer Therapien oder der Weiterentwicklung bestehender. Darunter ist auch Jun. Prof. Dr. Josef Leibold. Zusammen mit seinem Team will er die sogenannte „CAR-T-Zell Therapie“, eine innovative Krebsimmuntherapie, verbessern.

Die Folgen des Klimawandels gefährden Ernten und damit die Ernährung der Weltbevölkerung. Auch wenn wir ein jahrhundertealtes Wissen über die Landwirtschaft haben, fehlt noch das konkrete Wissen darüber, warum Pflanzen so sind, wie sie sind. Besonders die neuen Herausforderungen machen es nötig herauszufinden, wie Pflanzen auf bestimmte äußere Gegebenheiten reagieren. Am Exzellenzcluster CEPLAS arbeiten die Forscherinnen und Forscher mit Computermodellen, um verschiedene Szenarien durchzugehen und neue Hypothesen zum Stoffwechsel der Pflanzen aufzustellen.

Im Projekt „Syntopische Architekturen“ wollen Forscherinnen und Forscher natürliche Strukturen in die Architektur integrieren, die in Verbindung zu dem Ort stehen, an dem gebaut wird. Ein Beispiel dafür ist das Arbeiten mit Käferholz, also mit Holz, das vom Borkenkäfer befallen wurde. Die Berücksichtigung von Materialien, die in der direkten Umgebung und ihren Kreisläufen vorkommen, macht die syntopische Architektur zu einer besonders nachhaltigen Form des Bauens und Wohnens. Wer in Berlin ist, sollte sich das Activarium ansehen. Das ist der Showroom in Berlin-Mitte, in dem man die am Cluster erarbeiteten Prototypen sehen und testen kann. Dazu gehören auch die Objekte, von denen Karola Dierichs in der Podcast-Folge spricht.

In der Biologie gibt es noch viele Rätsel zu lösen. Beispielsweise verstehen wir noch nicht, wie es Tiere wie der Axolotl schaffen, Gliedmaßen nachwachsen zu lassen. Wir wissen auch nicht, wie Muskeln aufgebaut sind und funktionieren. All das versucht das Exzellenzcluster „Physik des Lebens“ mit den Werkzeugen der Physik zu entschlüsseln. Teilweise geschieht das durch Experimente, teilweise durch Simulationen. Es wird zudem auf verschiedenen Skalen gearbeitet, von der kleinsten mit RNA, DNA und Proteinen bis hin zu den größeren, sichtbaren Skalen.

Die Speicherung von Energie ist eines der großen Themen unserer Zeit. Die Photoelektrokatalyse kann hier einiges bewirken. Beispielsweise könnten Solarbatterien gleichzeitig Sonnenlicht aufnehmen, umwandeln speichern und wieder abgeben. Wichtig in dieser Grundlagenforschung ist es, die richtigen Materialien zu finden, um eine möglichst effiziente Arbeitsweise sicherzustellen. Dabei tauchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tief in den Nanokosmos ein und spüren Eigenschaften auf, die die Leistungsfähigkeit enorm prägen.

Das Verhalten einzelner Atome und Moleküle kann man in der Quantenphysik sehr gut vorhersagen. Schwieriger wird das, wenn sich viele Teilchen zusammentun und kollektive Effekte eine wichtige Rolle spielen. Da sind noch viele Fragen offen. Die Quantensimulation – und zwar nicht am Computer, sondern im Labor – soll helfen, diese Fragen zu beantworten. Zum Beispiel möchte man herausfinden, wie genau Hochtemperatur-Supraleiter funktionieren – und ob man es durch das bessere Verständnis schaffen kann, diese Supraleiter eines Tages dann auch bei Raumtemperatur zu betreiben.

Wie wäre es, den Händedruck eines entfernten Kollegen oder die Umarmung eines geliebten Menschen über das Internet zu spüren? Wie nah sind wir dran, dies Wirklichkeit werden zu lassen? Der Exzellenzcluster CeTI der TU Dresden leistet Pionierarbeit bei der Erforschung der Übertragung von Berührungen über das Internet, welches wichtige Bereiche unseres Lebens revolutionieren wird.