Frühwarnsystem für Waldbrände

Jedes Jahr verursachen Waldbrände weltweit große Schäden. 2021 gaben allein die USA mehr als vier Milliarden US-Dollar (3,6 Milliarden Euro) für die Bekämpfung von Waldbränden aus. Wir brauchen bessere Methoden, um die Feuer zu entdecken und zu löschen, bevor sie außer Kontrolle geraten. Hier setzt das Berliner Start-up Dryad Networks an. Das Unternehmen hat einen kleinen solarbetriebenen Sensor entwickelt, der an Bäumen angebracht wird. Diese „elektronische Nase“ erkennt Kohlenmonoxid und andere Gase, die freigesetzt werden, wenn ein Feuer zu schwelen beginnt. Dann alarmiert das Gerät die Behörden per Funksignal, noch bevor der Rauch über den Bäumen zu sehen ist.

Bei einem Testlauf in Deutschland entdeckte der Sensor ein (absichtlich gelegtes) Feuer innerhalb von 14 Minuten. Er liefert genaue GPS-Koordinaten, damit die Feuerwehr schnellstmöglich vor Ort sein kann. In den Waldregionen von Kalifornien bis zur italienischen Insel Sardinien werden diese kostengünstigen Sensoren bereits getestet. Dryad will bis 2030 rund 120 Millionen davon einsetzen. Damit könnten etwa vier Millionen Hektar Wald geschützt werden.

Neues Gehirnimplantat, das Gelähmten hilft

Fortschritte in der Neurotechnologie geben Menschen mit Wirbelsäulenverletzungen neue Hoffnung. So kann nun ein Mann dank einer kabellosen Gehirn-Rückenmark-Schnittstelle (Brain-Spine Interface, BSI) wieder gehen – einfach, indem er daran denkt. Schweizer Forscher entwickelten das System, das die neuronalen Signale, die durch die Verletzung geschädigt wurden, wieder verstärkt.

Der 40-jährige Niederländer Gert-Jan Oskam ist seit einem Fahrradunfall vor zwölf Jahren gelähmt und auf einen Rollstuhl angewiesen. Elektronische Implantate im Gehirn ermöglichen es ihm nun, die beabsichtigte Bewegung an einen in der Wirbelsäule eingesetzten Empfänger zu übermitteln. Dieses Implantat wiederum verstärkt die Signale und sendet sie über die Nervenzellen an seine Beine und Füße. „Ich komme mir vor wie ein Kleinkind, das laufen lernt“, sagt Oskam. Das System ist noch im Versuchsstadium, aber Experten halten die Forschungsergebnisse für sehr ermutigend.

Gedruckte Produkte aus intelligenten Materialien

Wenn es um Kleidung geht, rückt der Stoff, aus dem die Träume sind, in greifbare Nähe. Grund ist der sogenannte 4-D-Druck: Diese neue Technologie codiert „smarte“ Materialien, die beim Drucken ihre Form und Farbe als Reaktion auf Wasser, Wärme oder Licht verändern.

Stellen Sie sich einen Schwamm oder eine Matratze aus Memory-Schaum vor, der sich zusammenzieht und ausdehnt. Die intelligenten Materialien funktionieren ähnlich, können jedoch auf vielfältige Weise programmiert werden: 4-D-Kleidungsstücke können sich verlängern, falten, glätten oder farblich verändern. Das US-Militär hat beispielsweise Uniformen getestet, die je nach Umgebung des Soldaten ein Tarnmuster annehmen.

In anderen Anwendungsbereichen haben Wissenschaftler tragbare Greifhilfen für Menschen mit eingeschränkter Nutzung ihrer Finger entwickelt, kardiovaskuläre Stents, die sich mit dem Herzschlag ausdehnen und zusammenziehen, und Weichgewebe-Implantate, die Mikrodosen von Medikamenten abgeben.

Wer würde nicht gern Anleitungen gegen Möbelbausätze eintauschen, die sich selbst zusammenfügen? Mit dem 4-D-Druck lassen sich flache Platten herstellen, die sich durch Wärmezufuhr in Stühle verwandeln. Das MIT Self-Assembly Lab in Cambridge, USA, steht mit seiner Forschung noch am Anfang, aber die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten der 4-D-Technologie im Bereich Gesundheit und Industrie sind grenzenlos. 

Gemüseanbau im Bürogebäude

Gelüstet es Sie im Winter nach frischem Obst und Gemüse? Holen Sie sich einen Salatkopf aus dem Büro! Im Ernst: In manchen Städten ist das tatsächlich möglich. Da immer mehr Menschen im Homeoffice arbeiten, werden einige der leerstehenden, oft lichtdurchfluteten Bürogebäude in Indoor-Farmen umgewandelt. Unternehmen wie Agriplay in Calgary, Kanada, und Area 2 Farms in Washington, USA, lösen damit gleich zwei Probleme: die Nutzung leerstehender Immobilien und die Versorgung mit frischen Lebensmitteln, ohne auf globale Lieferketten angewiesen zu sein.

Agriplay verwendet dabei ein erdloses Bewässerungssystem und mit Sensoren ausgestattete LED-Leuchten, die Daten an ein KI-gestütztes System senden, das sich an die unterschiedlichen Wachstumsbedingungen anpasst. Das Ergebnis ist ein um bis zu 90 Prozent geringerer Energieverbrauch als bei herkömmlichen vertikalen Anbaumethoden.

Mit dieser technischen Innovation können Bürogebäude in leistungsstarke Gemüsegärten umgewandelt werden. Das in Chicago, USA, ansässige Unternehmen Farm Zero will insgesamt 279.000 Quadratmeter Fläche mieten, um dort jährlich 27 Millionen Kilogramm Gemüse zu produzieren.

Hilfe bei Gewalt in der Partnerschaft

Menschen, die sich in einer Beziehung mit einem gewalttätigen Partner befinden, haben jetzt neue Möglichkeiten, einen Notruf zu senden. Die Polizei in Südkorea hat eine Kampagne gestartet, die es Opfern ermöglicht, Missbrauch unauffällig zu melden, indem sie den Notruf wählen und eine beliebige Zahl zweimal kurz nacheinander eingeben.

Dies veranlasst das System, per SMS einen Link an das Telefon des Anrufers zu senden. Klickt der Betroffene auf den Link, kann die Polizei den Standort mithilfe der GPS-Funktion des Handys orten und das Geschehen sogar im Livestream über die Handykamera mitverfolgen.

Eine polnische Schülerin wiederum kämpft mithilfe eines Webshops gegen häusliche Gewalt: 2021 stellte Krystyna Paszko einen vermeintlichen Kosmetikshop online und verbreitete die Nachricht in sozialen Medien, dass es sich in Wirklichkeit um eine Notrufmöglichkeit für Opfer handelt.

Wenn man die Facebook-Seite Rumianki i Bratki (Kamille und Stiefmütterchen) aufruft, um vorgeblich ein Produkt zu kaufen, wird man mit einem Psychologen verbunden. Gibt man unter Angabe seiner Adresse eine „Bestellung“ auf, wird ein Hausbesuch der Behörden veranlasst – so, als hätte das Opfer die Polizei gerufen. Die Initiative hat im ersten Jahr bereits 350 Menschen geholfen.

Lebenswertere Großstädte

Ein wenig Grün kann viel bewirken, und Madrid, eine der größten Städte Europas, ist Vorreiter bei der Rückeroberung von Grünflächen. Nach fast zehn Jahren Bauzeit wurden im Rahmen des Projekts „Madrid Río“ Teile der mehrspurigen Stadtautobahn M30 unter die Erde verlegt, sodass man heute dort picknicken kann, wo früher Autos entlangbrausten. Der extrem verunreinigte Fluss Manzanares wurde entgiftet, sodass zum ersten Mal seit Jahren hier wieder Otter gesichtet werden. Die Stadt hat Bäume gepflanzt, Wasserwege verbreitert und Wiesen und Strände angelegt.

Nach der Fertigstellung des Projekts 2015 sind einer Studie zufolge Lärm und Luftverschmutzung stark zurückgegangen. Wissenschaftler schätzen, dass sich der CO2-Ausstoß um mehr als 30 000 Tonnen verringert hat. Carmen Muñoz, die am Flussufer wohnt, erzählte einem Reporter von Politico, dass sie „nicht mehr vom Lärm hupender Autos aufwacht, sondern vom Gesang der Vögel in den Bäumen“. Das nächste Projekt ist ein Grüngürtel, für den 1,5 Millionen Bäume gepflanzt werden. „Wir werden einen 75 Kilometer langen Wald errichten“, verspricht Stadtrat Mariano Fuentes.

Reflektierende Farbe senkt die Temperatur

Die nördliche Hemisphäre erlebte im vergangenen Jahr den heißesten Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen. Ein Mann hat eine coole Lösung für Gebäude gefunden: Xiulin Ruan, Maschinenbauprofessor an der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana. Er entwickelte eine spezielle Formel, die das Reflexionsvermögen weißer Farbe erhöht und so die Temperatur der Dachoberfläche in der Mittagszeit um bis zu 13 Grad verringert. Ruans Farbe weist eine hohe Konzentration an lichtreflektierendem Bariumsulfat auf. Während herkömmliche weiße Farbe 80 bis 90 Prozent des Sonnenlichts reflektiert, sind es bei diesem neuen Weiß 98 Prozent. Ruan geht davon aus, dass die Farbe noch dieses Jahr in den Handel kommt. 

Gefärbte Fäden zum Aufspüren von Infektionen

Dasia Taylor war erst 17 Jahre alt, als sie 2021 eine Lösung für eine häufige medizinische Komplikation fand: Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation treten Infektionen nach einer Operation bei etwa jedem zehnten Patienten auf und können beispielsweise nach Kaiserschnitten eine echte Gefahr darstellen. Zusammen mit ihrem Chemielehrer in Iowa City, USA, entwickelte Taylor einen Faden, der bei Infektionen seine Farbe ändert. Unsere Haut ist mit einem pH-Wert von etwa fünf von Natur aus sauer. Wenn sich eine Infektion entwickelt, steigt der pH-Wert. Taylor fand heraus, dass einige Gemüsesorten je nach Säuregehalt ihre Farbe verändern. Rote Bete etwa wechselt bei einem pH-Wert von neun von Hellrot zu Dunkelviolett.

Taylor färbte chirurgische Fäden mit Rote-Bete-Saft. Wenn sich eine Wunde entzündet, wird der rote Faden violett. Der Patient kann rasch mit Antibiotika behandelt und die Infektion frühzeitig unter Kontrolle gebracht werden. Die junge Frau wurde für ihre Erfindung bereits mehrfach ausgezeichnet und hat ein Patent beantragt.

Müllschlucker für die Weltmeere

In den Ozeanen treiben geschätzt 171 Billionen Plastikteile. Wie kann man den Müllstrom stoppen, der größtenteils aus Flüssen stammt, die von den am Ufer lebenden Menschen verschmutzt werden? Der deutsche Industriedesigner Moritz Schulz hat eine schwimmende Barriere namens Trash­Boom entwickelt, die quer über einen Fluss gespannt wird und wie ein Netz Flaschen und Tüten auffängt. Bislang ist das einfache Gerät vor allem in Indonesien und Indien im Einsatz, wo es seit April 2021 mehr als 900 000 Kilogramm Müll in den Flüssen abgefangen hat.

Tablettenspender gegen Abhängigkeit

Artin Perse, Student an der New York University, USA, erlebte, wie sein Onkel nach einem Autounfall von Opioiden abhängig wurde. Das regte Perse dazu an, etwas gegen Abhängigkeit zu unternehmen. Er entwickelte einen Spender, der nur die verschriebenen Tabletten ausgibt. Zwischen den elektronisch gesteuerten Ausgaben kann die Flasche nicht geöffnet werden.

Sie ist für Menschen in frühen Stadien der Schmerzbehandlung gedacht, nicht für Suchtkranke. Perse gründete ein Unternehmen, das mit demselben Konzept arbeitet, um Menschen zu helfen, die Psychopharmaka nehmen. Der Spender befindet sich noch in der Testphase, aber Perse hofft, ihn innerhalb eines Jahres auf den Markt zu bringen.

Netze fangen Nebel ein

Als Abel Cruz noch ein Kind war, musste er einmal die Woche in eine Schlucht in den Ausläufern der peruanischen Anden hinunterklettern, um dort aus einer Quelle Wasser für die Familie zu holen. „Es war ein weiter, steiler Weg“, erzählt er. Cruz dachte darüber nach, wie er das Wasserholen vereinfachen konnte. Er beobachtete, dass subtropische Pflanzen mit ihren breiten Blättern Feuchtigkeit auffingen. So kam er auf die Idee des Nebelnetzes. Jedes vertikale Netz besteht aus 20 Quadratmetern Kunstharzgewebe, in dem kleinste Wassertröpfchen kondensieren und in Auffangbehältern gesammelt werden. Ein Netz fängt 200 bis 400 Liter pro Tag auf. Kleinbauern können das Wasser in Eimern abholen.

Mit Unterstützung der Hilfsorganisation Creating Water Foundation hat Cruz in Lima mehr als 3600 Netze an den Hängen der Stadt installiert, um den vom Pazifik heranziehenden Nebel aufzufangen. Die mehr als neun Millionen Einwohner von Lima leiden aufgrund des trockenen Klimas häufig unter Wasserknappheit. „Das Trinkwasser auf dem Planeten wird immer knapper“, sagt Cruz, weil „die Gletscher, die natürlichen Wasserspeicher, schmelzen. Wir müssen also einen Weg finden, um Wasser zu sammeln und für Dürrezeiten zu speichern.“

Nachhaltig konservieren

David Brown und Natasha Jean lernten sich in Fredericton, Kanada, kennen. Beide hatten gerade ihr Studium abgeschlossen und wurden aufgrund ihrer Leidenschaft für Fitness und gesunde Ernährung schnell Freunde. Als Chemiker wissen sie, wie schädlich die Konservierungsstoffe in vielen Lebensmitteln sind. Calciumpropionat zum Beispiel verhindert, dass Brot schimmelt, indem es Bakterien und Hefe abtötet. Es kann aber auch das Risiko für Diabetes und Fettleibigkeit erhöhen. 

Eine Studie über Pilzfasern, die durch ihre antimikrobielle Wirkung die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern können, machte die beiden Freunde hellhörig. Mit dem Ziel, ein chemiefreies Konservierungsmittel zu entwickeln, kauften sie von Landwirten Pilzstiele, die sonst weggeworfen werden. Im Jahr 2023 hat ihr Unternehmen Chinova Bioworks einen Pilzfaserextrakt auf den Markt gebracht, der die Haltbarkeit von Lebensmitteln wie Milchprodukten verlängert, ohne den Geschmack zu verändern. Das Unternehmen hat das Konservierungsmittel auch zusammen mit Weingütern getestet. „Es könnte die dem Wein zugesetzten Sulfite ersetzen, mit denen die Weinerzeuger derzeit eine lange Haltbarkeit erreichen“, erläutert Brown.

Der Einsatz der Pilzfasern wäre eine Win-win-win-Situation: für das Klima (durch die Verringerung der Emissionen von Lebensmittelabfällen), für unsere Gesundheit und schließlich für die Pilzzüchter, die ihre Abfälle verkaufen können. „Wir möchten die Lebensmittelindustrie nachhaltiger machen“, sagt David Brown.

KI-gestützte Diagnose

Als Ellen Xu fünf Jahre alt war, erkrankte ihre kleine Schwester Kate plötzlich. Die heute 18-jährige Studentin an der Stanford University in Kalifornien, USA, erinnert sich noch lebhaft daran, wie ihre Eltern mit der Kleinen ins Krankenhaus eilten: Kate, damals drei Jahre alt, hatte Fieber, gerötete Augen, Ausschlag, und ihre Hände und Zunge waren geschwollen.

Zunächst tippten die Ärzte auf eine Grippe. Doch als sich Kates Zustand nicht besserte, fuhren die Xus erneut in die Notaufnahme, wo ein Arzt zufällig bereits Erfahrung mit einer akuten Entzündung der Gefäßwände hatte, die als Kawasaki-Krankheit bekannt ist. Sie ist zwar selten, aber die häufigste Ursache für erworbene Herzerkrankungen bei Säuglingen und Kleinkindern. Es ist noch nicht klar, wodurch die Krankheit ausgelöst wird.

Der Arzt wusste, was zu tun war: Er verabreichte Kate intravenöses Immunglobulin, und die Kleine wurde wieder gesund, ohne dass ihr Herz Schaden nahm. Ellen Xu wollte damals mehr über den bedrohlichen Zustand ihrer Schwester wissen und wunderte sich, warum die Erwachsenen ihr nicht sagen konnten, weshalb die Krankheit so schwer zu erkennen war. „Ich wollte dieses Rätsel lösen“, erinnert sie sich.

Als sie zehn Jahre später an einer von ihrer Highschool veranstalteten Wissenschaftsmesse teilnehmen wollte, hatte sie eine Idee: „Was wäre, wenn wir einen ,Arzt‘ in der Tasche hätten?“ Mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelte Xu einen Algorithmus, der über visuelle Daten die Kawasaki-Krankheit anhand von fünf Symptomen diagnostiziert. Die Technologie funktioniert wie Apps, die Vögel und Pflanzen anhand von Handyfotos identifizieren. Besorgte Eltern können ein Foto hochladen, und die Erkennungssoftware sucht das Bild nach Symptomen der Kawasaki-Krankheit ab, die häufig gut sichtbar sind, wie etwa Ausschlag oder eine geschwollene Zunge.

Xus Erfindung steht als App auf der Website der Kawasaki Disease Foundation zur Verfügung. „Die Technologie könnte auch zur Erkennung von Autoimmun- und rheumatologischen Krankheiten weiterentwickelt werden“, sagt sie. „Das bedeutet mir sehr viel. Ich möchte KI nutzen, um den Menschen zu einem gesünderen und glücklicheren Leben zu verhelfen.“ Kate geht es gut. Sie ist an der Highschool und will später Umweltingenieurin werden, freut sich Ellen Xu.