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Junge Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme werben mehr als drei Millionen Euro ERC Starting Grants ein

Von Nano bis Makro: Skalenübergreifende Erforschung von intelligenten Systemen


Stuttgart/Tübingen. Fünf Jahre Forschungsarbeit sind gesichert: Die Physikerin Dr. Laura Na Liu und der Computerwissenschaftler Dr. Ludovic Righetti, beide vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS), erhalten jeweils einen ERC Starting Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro. Prof. Dr. Jan Peters, Leiter der Forschungsgruppe für Lernende Roboter am MPI-IS, wird einen Teil seines ERC Starting Grants für die Finanzierung von Doktorandenstellen am Institut aufwenden. Die Forscher haben sich erfolgreich gegen 3.273 Bewerber durchgesetzt - nur 10 % der eingereichten Projektanträge erhalten eine Förderzusage vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC).  

Die Grants gelten, angesichts des harten Wettbewerbs, längst als echte Referenz in den Lebensläufen. Mithilfe der europäischen Fördergelder können jungen Forscherinnen und Forschern, die sich im Karriereabschnitt bis zu sieben Jahre nach ihrer Promotion befinden, ihre eigene Laufbahn starten und  von der angeleiteten Forschung zum selbständigen Wissenschaftler übergehen.

Innovative Nanoforschung in Stuttgart 

Dr. Laura Na Liu bewarb sich mit dem Projekt „Dynamic Nanoplasmonics“ und hat auch das Interview vor dem internationalen Expertengremium in Brüssel erfolgreich absolviert. Nur 30 % der Bewerber schaffen diese letzte Hürde.
„Der ERC Grant eröffnet mir die außergewöhnliche Chance, mit anderen führenden Wissenschaftlern in diesem Bereich zusammenzuarbeiten, um neue Anregungen zu bekommen und Impulse für meine wissenschaftliche Laufbahn zu setzen. Der Abschluss dieses Forschungsprojektes ist ein unschätzbarer Gewinn für meine eigene Karriere als Expertin im Bereich der Nanophotonik und Biochemie.  Auf lange Sicht möchte meine Forschungsgruppe eine führende Position in diesem innovativen Forschungsfeld einnehmen und wir wollen wie bisher Spitzenforschung durchführen“, erläutert Dr. Laura Na Liu. 

Ihre Gruppe arbeitet im Bereich von Nanostrukturen mit Größen von nur wenigen Nanometern, und zwar dort wo Chemie, Biologie und Materialwissenschaften zusammen kommen. Nanostrukturen, die hauptsächlich aus Metall bestehen, konzentrieren und manipulieren Licht im Bereich weniger Nanometer.

Die optischen Eigenschaften von metallischen Kleinstpartikeln faszinierten die Menschen bereits vor vielen Jahrhunderten. Sobald Licht auf metallische Nanopartikel trifft (wie z.B. auf ein Goldpartikel im farbigen Kirchenfenster), werden Elektronen zur gemeinsamen Schwingung angeregt. Dieses Phänomen heißt in der Sprache der Physiker „Partikel-Plasmonen“.

Funktionale metallische Nanopartikel, die zu maßgeschneiderten Konfigurationen zusammengefügt werden, besitzen verblüffende optische Eigenschaften und ermöglichen, das zugrundeliegende biochemische Verhalten zu untersuchen und zu verstehen.

Laura Na Lius Forschungsgruppe möchte anspruchsvolle und clevere plasmonische Nanostrukturen herstellen, um damit biologische und chemische Fragestellungen gezielt beantworten zu können. Untersucht werden soll zum Beispiel wie Fehler in der Faltstruktur von Proteinen entstehen und dadurch Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson ausgelöst werden.

Mithilfe der EU-Förderung soll eine neue Generation von dynamischen Nanostrukturen entwickelt werden, die sich selbst in ihrer Struktur verändern können. Es sollen bewegliche Nanostrukturen hergestellt werden, mit deren Hilfe bisher ungelöste Fragestellungen im Bereich der Proteinstruktur, der optischen Wahrnehmung, der dynamischen Lichtwechselwirkung, der Gaskatalyse und der Phasenumwandlung im Nanobereich beantwortet werden können.  Durch diesen Ansatz können räumliche 3D-Auflösungen im Nanometer-Bereich erreicht werden, die bisher sehr schwer zu erreichen sind. Völlig neuartige Experimente sollen erstmals multidisziplinär in Zusammenarbeit mit Biologen und Chemikern durchgeführt werden, um die optische Dynamik zu verstehen. 

Nach ihrem Studium der Physik in China promovierte Laura Na Liu im Jahr 2009 an der Universität Stuttgart im Bereich Metamaterialien bei optischen Lichtwellenlängen. Nach einem 2-jährigen Forschungsaufenthalt in den USA an der University of California in Berkeley sowie an der Rice University in Houston/Texas leitet sie seit 2012 die Forschungsgruppe „Smart Nanoplasmonics“ am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Ihre Arbeiten wurden bereits zahlreich prämiert. Neben dem sehr renommierten Hertha-Sponer Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft als beste weibliche Physikerin des Jahre 2010 erhielt sie den Nanowissenschaftspreis 2011 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Darauf folgten 2012 der Sofia Kovalevskaja Preis der Alexander von Humboldt Gesellschaft, 2013 die Aufnahme in den Elisabeth-Schiemann Kolleg der Max Planck Gesellschaft und 2014 der Heinz Maier-Leibnitz Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft. 

Humanoide Robotik in Tübingen 

Auch Dr. Ludovic Righetti konnte die Sachverständigen in Brüssel von seinem Forschungsvorhaben überzeugen. Sein Projekt CONT-ACT beschäftigt sich mit der Steuerung und Regelung von Kontakten, durch die ein Roboter mit seiner Umgebung interagiert. Ludovic Righetti erläutert seine Vorüberlegungen: „Mich interessieren prinzipielle Algorithmen, die Robotern komplexe Bewegungsabläufe ermöglichen. Beispiele umfassen das Laufen durch unebenes Terrain; ein Sofa hochzuheben, um darunter nach etwas zu greifen; oder einen Schraubenzieher zu benutzen, während der Roboter oben auf einer Leiter balanciert. Damit ein Roboter diese scheinbar einfachen Aufgaben autonom lösen kann, müssen wir die grundlegenden Prinzipien hinter der Fähigkeit des Laufens oder der Manipulation von Objekten verstehen. Dies ist eine Herausforderung, aber notwendig, um einen universellen Roboter entwickeln zu können, der Menschen einmal hilfreich sein kann“.

Im Zentrum des Projekts CONT-ACT stehen die Erforschung von Kontaktinteraktionen und deren Rolle für die Generierung und Regelung von Bewegungen. Dabei ist die effiziente Verarbeitung von Sensordaten wichtig, um die Entwicklung von adaptiven und robusten Methoden voranzutreiben. Darüber hinaus soll der Roboter sensorische Modelle selbständig lernen and verbessern können, um seine eigene Leistung kontinuierlich zu verbessern. Das Projekt CONT-ACT ist ein Schritt hin zu einer allgemeinen Theorie der Roboterbewegung. Die kann dann generisch dazu verwendet werden, Roboter mit Armen und Beinen zu steuern, während sie laufen oder Objekte manipulieren. Gleichzeitig soll sie Robotern erlauben, sich kontinuierlich während der Interaktion mit der Umgebung zu verbessern.  

Der Franzose Ludovic Righetti hat Informatik in Lausanne studiert (Diplom 2004). Seine Doktorarbeit (2008) wurde vom europäischen Robotik Forschungsnetzwerk mit dem Preis für die beste Dissertation im BereichRobotik seines Jahrgangs gewürdigt. Nach einigen Jahren als wissenschaftlicher Mitarbeiter im kalifornischen Partnerlabor von Stefan Schaal kam Righetti 2011 zur Abteilung für „Autonome Motorik“ an das neu gegründete Tübinger MPI für Intelligente Systeme. Dort erforscht er autonome Roboter und legt dabei den Schwerpunkt auf deren Fortbewegung mit Beinen und geschickte Manipulation von Objekten. 

Zudem wird Prof. Dr. Jan Peters, der als Professor an der TU Darmstadt wirkt und im Nebenamt am MPI für Intelligente Systeme eine Forschungsgruppe für lernende Roboter führt, einen Teil seines ERC Starting Grants in die Finanzierung von Doktorandenstellen in der Tübinger Robotik-Gruppe investieren. Im Rahmen seines Projekts „SKILLS4ROBOTS“ will er ein System für autonomes Lernen entwickeln. Es soll mehr Freiheitsgrade aufweisen als heutige Lern-Systeme und somit die Roboterbewegungen immer menschenähnlicher werden lassen. Peters Strategie ist, die komplexen Bewegungen in einfache Bewegungsmodule zu zerlegen. Nach Erforschung und Beschreibung dieser sogenannten Bewegungs-Primitive wird er diese wieder zu schwierigen Bewegungsabläufen zusammensetzen. Zuletzt sollen die Roboter in der Lage sein, willkürliche und hochkomplexe Aufgaben zu erfüllen – zum Beispiel eigenständig Tischtennis zu spielen. 

Jan Peters hat vier Master-Abschlüsse in den Bereichen Informatik, Elektro- und Regelungstechnik erlangt. Sein akademischer Weg führte ihn von München über Japan, Singapur und Los Angeles nach Tübingen und Darmstadt, wo er heute als ordentlicher Professor das Institut für Intelligente Autonome Systeme an der Technischen Universität Darmstadt leitet und gleichzeitig die Robot-Learning-group in Tübingen führt. Peters Arbeit ist während mehrerer namhafter Robotik-Konferenzen mit diversen Preisen ausgezeichnet worden. 

„Das Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme ist der Grundlagenforschung und der Weiterentwicklung  junger Wissenschaftler gewidmet. Wir freuen uns sehr, dass unsere hervorragenden Nachwuchswissenschaftler aufgrund ihrer bahnbrechenden Projekte ausgewählt wurden. Seit der Neuausrichtung des Institutes vor vier Jahren wurden bereits sieben unserer jungen Wissenschaftler mit ERC Starting Grants ausgezeichnet. Das Max-Planck-Institut bietet diesen Wissenschaftlern eine bestmögliche Plattform zur Ausübung ihrer unabhängigen Forschung, nicht zuletzt auch mithilfe der hochmodernen Anlagen und Einrichtungen unseres Institutes“, unterstreicht  Dr. Michael J. Black,  Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Institutes für Intelligente Systeme Stuttgart/Tübingen.


Von Nano bis Makro: Das Institut erforscht „intelligente Systeme“ von der Nanometerskala bis zum Makrobereich.