Kognitive Sensorik

Bereits zum dritten Mal trainieren das INC Invention Center und das Fraunhofer IIS/EAS Unternehmen für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI). Im Konsortialprojekt »KI: Verstehen – Anwenden – Profitieren« lernen Teilnehmende aus unterschiedlichsten Branchen, die Potenziale von KI für ihren Erfolg zu nutzen. Die Bandbreite der Einsatzgebiete reicht von Produktionsprozessen über betriebliche Abläufe bis hin zur Integration in Produkte und Dienstleistungen. Das Konsortialprojekt läuft vom 25. Juni 2021 bis 5. April 2022. Ein nachträglicher Einstieg ist auch in den ersten Wochen nach Projektstart noch möglich.

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In diesem Interview spricht Albert Heuberger über die aktuellen Herausforderungen auf dem Gebiet einer Green ICT und die Beiträge, die die angewandte Forschung hier leisten kann. Zudem gibt er einen Einblick, an welchen Themen die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland, deren Lenkungskreisvorsitzender er ist, arbeitet und welche Entwicklungen das Fraunhofer IIS aktuell vorantreibt.

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Der Freistaat soll zu einem Hotspot der Künstlichen Intelligenz (KI) werden. Dazu wurde von der Bayerischen Staatsregierung der Bayerische KI-Rat eingesetzt. Die 21 Mitglieder des Gremiums unter Vorsitz von Prof. Dr. Sami Haddadin, Direktor der Munich School of Robotics and Machine Intelligence (MSRM), rekrutieren sich aus unterschiedlichen Sparten: Hochkarätige Expertinnen und Experten aus Hochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und der Wirtschaft führen ihr Know-how und ihre Ressourcen zusammen, um die Hightech Agenda Bayern im Bereich KI mit intensiver Kooperation in einem dichten Netzwerk voran zu treiben.

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Christian Hofmann ist Gruppenleiter am Fraunhofer IIS. Mit seiner Arbeitsgruppe Medizinische Sensorsysteme arbeitet er am Projekt Filter4Flow mit, das die Versorgung von beatmeten Patienten vereinfacht und befürchtete Engpässe von Beatmungsplätzen verhindern kann. #WeKnowHow

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Christian Weigand, Leiter des Mobile Health Lab, arbeitet am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS. Er erklärt, wie die Pandemie-Management-App  Gesundheitsämter unterstützen kann.

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Rechnerarchitekturen, vom menschlichen Gehirn inspiriert – das klingt arg theoretisch und fern vom Alltag der meisten Menschen. Doch weit gefehlt: Die neuromorphe Hardware, die ein Forscherteam des Fraunhofer IIS und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU entwickelt hat, kann Vorhofflimmern frühzeitig erkennen und das Risiko für Schlaganfälle erheblich senken. Und hat damit eine ganz praktische und alltagsnahe Anwendung.

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Dr. Matthias Völker, Gruppenleiter, und Dr. Markus Stahl-Offergeld, Senior Engineer, arbeiten beide im Bereich Smart Sensing and Electronics des Fraunhofer IIS. Derzeit beschäftigt sie das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Gesamtprojekt »KI-PREDICT«, in dem die Datenverarbeitung direkt am Sensor erfolgt, und zwar mithilfe von KI-Funktionen. Im Rahmen dieses Projektes konzentrieren sich die beiden auf die Entwicklung des »Sensor-Interface ASIC« mit integrierten KI-Funktionen. Ein Partner im »KI-PREDICT« Projekt ist Rolf Slatter, seit 2009 Geschäftsführer der Sensitec GmbH. Sensitec ist ein Weltmarktführer für hochwertige und innovative magnetische Sensorlösungen. Im Interview erklären Matthias Völker, Markus Stahl-Offergeld und Rolf Slatter das Projekt und ihre Zusammenarbeit.

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Mit einer Kick-Off-Veranstaltung am 29. April 2021 startet das Bayerische Kompetenzzentrum Quanten Security and Data Science, kurz BayQS. Das Zentrum dient der Erforschung und Entwicklung von Grundlagenkonzepten und Lösungen sowie der Evaluierung von Prototypen im Bereich Quantencomputing. Prof. Alexander Martin und Markus Weissenbäck sind bei der Veranstaltung dabei und erklären hier, wie  das Fraunhofer IIS Quantencomputing für die Optimierung von Methoden und Anwendungen einsetzen will.

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Prof. Dr. Andreas Harth ist Leiter der Abteilung »Data Spaces and IoT Solutions« bei der Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Supply Chain Services des Fraunhofer IIS.. Er sucht nach versteckten Daten, die Unternehmen krisenresilienter und souveräner machen, und forscht an Technologien für dezentrale Informationssysteme.

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Rasenmäh-Roboter sind nur begrenzt »schlau«: Bislang brauchen sie nach wie vor ein Begrenzungskabel, um nicht doch versehentlich den Rasen des Nachbargrundstücks mit einzukürzen. Mit Edge AI soll es möglich werden, Rasenmäher, Sensoren oder andere Endgeräte mit Künstlicher Intelligenz zu versehen – und zwar ohne die ermittelten Daten für die Intelligenz-Leistung an eine Cloud schicken zu müssen. Vielmehr sitzt die »Schlauheit« im Endgerät selbst. Dies kann jedoch in vielen Fällen nur mit äußerst energieeffizienten Spezial-Chips funktionieren, leistungsfähige Mikrocontroller-Chips sind oft ungeeignet: Sie verbrauchen zu viel Energie.

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Analog oder digital – diese beiden Begriffe sind den meisten Menschen gut bekannt. Dass es in punkto Künstlicher Intelligenz noch etwas »dazwischen« gibt, ist dagegen Expertenwissen. Dieses »Dazwischen« nennt sich »Spiking Neural Networks«. Ein Hoffnungsträger ist der Ansatz vor allem bei der Frage, wie sich die »Schlauheit« direkt in Endgeräte integrieren lässt. Der Kognitionswissenschaftler Johannes Leugering erläutert, was dahintersteckt.

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Edge AI soll die künstliche Intelligenz dorthin verlagern, wo sie gebraucht wird: In die Endgeräte. Dafür dürfen die Berechnungen jedoch nicht zu viel Energie verschlingen. In den ECSEL Projekten ANDANTE und TEMPO bringen Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IIS diese Zukunftstechnologie voran – mit der Entwicklung entsprechender Chips, Algorithmen und Tools.

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Dr. Simon Zabler entwickelt mit seinem Team Systeme für hochauflösende Computertomographie im Mikro- und Nanometerbereich. Damit lassen sich mikroskopisch feine Strukturen dreidimensional untersuchen. Angesiedelt ist seine Arbeitsgruppe am Würzburger Standort des Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT.

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Prof. Ute Schmid leitet seit Januar 2020 die Projektgruppe Erklärbare KI (EKI). Zusammen mit ihrem Team erforscht sie, wie Nutzer maschinelles Lernen verstehen können.

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Prof. Ute Schmid, Gruppenleiterin der Projektgruppe Erklärbare KI und Professorin an der Universität Bamberg, und Dominik Seuß, Gruppenleiter der Gruppe »Intelligente Systeme« und Leiter im Geschäftsfeld Bildanalyse und Mustererkennung schildern im Interview, dass immer mehr Anwendungen und Einsatzgebiete von KI entstehen, und erklären, warum der Mensch Transparenz und Nachvollziehbarkeit von KI braucht.

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Alexander Ennen leitet die Abteilung »Anwendungsspezifische Methoden und Systeme« am Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Die Röntgensysteme, die er mit seinem Team entwickelt, sind für den Einsatz an Förderbändern konzipiert – beim Recycling von Elektroschrott genauso wie im Bergbau oder bei der Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln.

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Manche Dinge kann man nur Hand in Hand bewältigen: So auch die Entwicklung von Chips, Algorithmen und Hardware, um künstliche Intelligenz direkt in die Endgeräte zu integrieren. Man spricht dabei auch von »Edge AI“«  Warum ihre Zusammenarbeit auf dem Gebiet Egde AI so fruchtbar ist und inwiefern auch die Internationalität Vorteile bringt, erläutern Marco Breiling, Chief Scientist im Forschungsbereich Kommunikationssysteme am Fraunhofer IIS, und Dr. Loreto Mateu, Gruppenleiterin im Forschungsbereich Smart Sensing and Electronics des Fraunhofer IIS.

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Wie die Entdeckung der Röntgenstrahlen die Metropolregion Nürnberg und die Welt veränderte

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Obwohl 5G die Kapazität der Mobilfunknetze enorm verbessert, ist bei der Mobilfunkkommunikation immer noch Luft nach oben. Wer an die Zukunft denkt, arbeitet deswegen schon am Standard 6G. Einer seiner größten Vorteile: die Integration von KI – damit kann das Netz flexibel an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden. Bernhard Niemann erklärt im Interview, warum das Fraunhofer IIS an 6G forscht, wie der Zukunftsstandard nutzen wird und welche technischen Herausforderungen die Forscher meistern müssen.

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Wolfgang Holub konzipiert am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik Robotersysteme, die Fahrzeuge computertomografisch untersuchen können. Für diese Innovation erhielten er und sein Team in diesem Jahr den Anwenderpreis der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung.

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Uwe Veres-Homm ist Geschäftsfeldkoordinator für die Themen Logistik, Transport und Mobilität bei der Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS. Er erklärt, wie die Versorgung in Krisenzeiten funktionieren kann.

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Sei es für die Automatisierung von Prozessen, sei es für die Analyse großer Datenmengen: Intelligente und selbstlernende Systeme werden in Unternehmensprozessen zunehmend wichtiger. Bisher müssen diese intelligenten Systeme stets in Verbindung mit einer Cloud stehen, da diese die große Rechenleistung für die mathematischen Algorithmen zur Verfügung stellt. Mit Edge AI, kurz für Edge Artificial Intelligence, steht nun die nächste Generation von intelligenten Systemen ins Haus: Die Intelligenz wird dabei direkt in die Endgeräte verlagert.

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Künstliche Intelligenz lässt technische Systeme lernfähig werden und versetzt sie in die Lage, Erlerntes auf neue Situationen zu übertragen. Üblicherweise sitzt die »Intelligenz« nicht im System selbst, sondern in Clouds, die die große benötigte Rechenleistung zur Verfügung stellen. Man spricht daher von Cloud AI – AI steht für »Artificial Intelligence«. Zunehmend liest man jedoch auch von Edge AI.

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Wie können Unternehmen KI erfolgreich einsetzen? Und wie können Firmen sich mit KI als innovative Partner positionieren? Beim KI-Konsortialprojekt Sachsen finden sich unterschiedliche Unternehmen zusammen und erhalten individuelle Lösungsansätze und Roadmaps, um mit KI auf die richtigen Themen zu setzen und mit relevanten Partnern schnell in die Umsetzung zu gehen.

Im Interview beschreibt Anne Loos vom Institutsteil Entwickung Adaptiver Systeme das Konsortialprojekt.

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Michael Salamon hat die weltweit einzigartige XXL-Computertomographie am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT in Fürth, einem Bereich des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS, mit aufgebaut. Dort scannt er mit seinem Team große, oft spektakuläre Objekte und entwickelt neue Anwendungen für die Hochenergie-Computertomographie.

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Stefan Gerth ist Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik in Fürth. Er koordiniert die Entwicklung von CT-Systemen zur Selektion hitzetoleranter Nutzpflanzen. Mit ihrer Forschungsarbeit leistet seine Gruppe einen wichtigen Beitrag dazu, wie Pflanzenzüchter dem Klimawandel begegnen können.

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Ada Lovelace gilt als Entwicklerin des ersten Computerprogramms. Sie stellte bereits im 19. Jahrhundert Vorüberlegungen zur möglichen KI von Maschinen an. Heute ist sie die Namensgeberin des ADA Lovelace Center für Analytics, Data und Applications des Fraunhofer IIS. In einem fiktiven Podcast erzählt »Ada« die Geschichte der digitalen Datenverarbeitung.

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Abteilungsleiter Christian Menden ist für die Entwicklung einer KI-Strategie für den Bereich Supply Chain Services (SCS) verantwortlich. Er beschreibt, wie KI dazu beitragen kann, die Effizienz in der Logistik zu steigern.

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Prof. Dr. Alexander Martin ist Institutsleiter am Fraunhofer IIS und Leiter des dort angesiedelten ADA Lovelace Centers. Zusammen mit seinem Team erforscht er, wie man mit Künstlicher Intelligenz (KI) aus großen Datenmengen Informationen ziehen kann.

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Dr. Christopher Mutschler ist einer der KI-Experten am Fraunhofer IIS. Er erforscht Maschinelles Lernen und sorgt dafür, dass wissenschaftliche Ergebnisse ihren Weg in die Wirtschaft finden. Im Beitrag zeichnet Ilona Hörath seinen Berufsweg und sein Arbeitsgebiet nach.

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Ein Forscherteam vom Fraunhofer IIS untersucht eine peruanische Mumie aus der Zeit zwischen dem 11.-15. Jahrhundert mithilfe von Röntgentechnik.

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Prof. Albert Heuberger, Institutsleiter des Fraunhofer IIS, erläutert, welche Rolle die Forschung bei der Entwicklung und beim Einsatz von 5G spielt und wie Anwender davon profitieren können.

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KI-Serie: Fraunhofer-Lösungen für Kunden werden in Zukunft anders aussehen: Wo die konventionelle Programmierung bisher an ihre Grenzen stößt, untersucht das Institut jetzt KI-Ansätze. Lesen Sie hier, wie KI die Forschung am Fraunhofer IIS auf ein neues Niveau hebt.

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»Das genaue Gegenteil des bloßen Datensammelns,« nennt Dr. Norman Uhlman die Entwicklung und den Einsatz sensornaher KI, kurz SNKI. Warum und wozu das Fraunhofer IIS Lösungen entwickelt, die künstliche Intelligenz direkt am Sensor einsetzen, erklärt er in diesem Expertengespräch.

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KI-Serie: Prof. Albert Heuberger und Dr. Bernhard Grill, die Leiter des Fraunhofer IIS, erläutern im Interview, warum die Zeit reif ist für Künstliche Intelligenz und warum Technologieentwicklungen für Kunden mit KI noch besser werden können.

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Die Breitbandverfügbarkeit wird kontinuierlich ausgebaut und optimiert – auch auf dem Land.

Die Digitalisierung birgt große Potenziale zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Daseinsvorsorge im ländlichen Raum.

Digitalisierungsprojekte erfordern eine interdisziplinäre Herangehensweise.

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5G ist mehr als Mobilfunk, weil der Standard neben schnellem Internet auch neue Industrie- und Mobilitätsanwendungen ermöglicht.

Die Technologieentwicklung für 5G umfasst das Konzipieren von Bertragungslösungen, die Prototypenerstellung und das Testen.

Nach Veröffentlichung des Standards müssen die Anwendungen erprobt werden. Dafür sind spezielle Testeinrichtungen erforderlich.

Zum Beitrag im Jahresbericht 2018

Tracking- und Analysesysteme schaffen den Durchbruch für eine zukunftsweisende Berichterstattung und für ein neues »Mit-Erleben« von Mannschaftssportarte

Spieler und Trainer erwarten sich detaillierte Erkenntnisse aus analysefähigen Daten über Spielerposition und Spielgerät, um sofort die Spieltaktik optimieren zu können.

Mit der fortschreitenden Digitalisierung erwarten Zuschauer und Fans auch bei Sportveranstaltungen eine direkte Einbindung

CloudCT ist ein webbasiertes Datenmanagement-System für den Umgang mit CT-Daten.

Der Zugriff auf CloudCT ist von beliebigen Endgeräten ohne die Installation von Software möglich.

CloudCT kann an unterschiedliche CT-Anlagen und -Systeme angepasst werden.

Zum Beitrag im Jahresbericht 2018

Dr. Theobald Fuchs und seine Kollegen am Entwicklungszentrum Röntgentechnik erarbeiten zusammen mit dem germanischen Nationalmuseum Standards für die Computertomographie von Musikinstrumenten. Fuchs erklärt, warum diese Arbeiten weitaus wichtiger sind, als man auf den ersten Blick meinen könnte.

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Der richtige Einsatz von Werkzeugen in der Produktion ist sowohl in Bezug auf Qualitätssicherung als auch im Hinblick auf die Sicherheit der Arbeiter wichtig. Für Unternehmen schafft intelligentes Werkzeug einen ersten wichtigen Schritt auf dem Weg hin zu einer »Produktion der Zukunft.« Wir zeigen, wie BMW unsere Werkzeugortung per App bereits nutzt.

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Objekt rein, Knopf drücken, CT-Aufnahme erhalten. So einfach ist das Röntgen mit der ValuCT. Bei der Entwicklung des Systems war die gute Zusammenarbeit dreier Partner entscheidend.

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Stellen Sie sich Ihr en Alltag ohne Smartphone vor. Ohne E-Mails, ohne die schnellen Einkäufe im Internet. Schwer? Das dürfte den meisten Menschen so gehen: Die Digitalisierung ist aus unser er Gesellschaft kaum noch wegzudenken. Und sie wird noch weitergehen. Welche Trends hier auszumachen sind und was wir in diesem Kontext leisten können, erläutern die beiden Institutsleiter Prof. Dr. Albert Heuberger und Dr. Bernhard Grill im Gespräch mit der Redaktion.

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Hoch im All wimmelt es von Satelliten: Sie lassen uns das Fernsehprogramm empfangen, bieten Internetzugang in Flugzeug und Schiff und halten die Kommunikation im Fall von Katastrophen aufrecht. Wir sorgen mit verschiedenen Entwicklungen dafür, dass diese Kommunikation künftig effizienter, flexibler und stabiler funktioniert.

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Internet und Container: Das sind zwei offensichtliche Innovationen, die die Logistik in den letzten Jahrzehnten maßgeblich verändert haben. Sie sorgten für eine weltweite Vernetzung, für neue, größere Märkte und letztendlich für ein enormes Wachstum des globalen Handels. Die Welt ist mit ihnen kleiner geworden. Gleichzeitig wurden die Chancen für die Wirtschaft größer – jedoch nur für die Unternehmen, die das Potenzial der Innovationen rechtzeitig erkannten und die Klaviatur der neuen Zeit perfekt spielen lernten. Deshalb ist es so wichtig, heute schon zu wissen, was morgen State of the Art sein wird. Nur: Was sind die Innovationen der Zukunft?

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Eine Revolution steht an – und zwar in den Fabrik- und Montagehallen. Ihr Name: Industrie 4.0. Nach- dem die Betriebe zunächst mechanisiert, elektrifiziert und die Geschäftsprozesse mit informations- technischen Systemen unterstützt wurden, steht mit Industrie 4.0 nun die vierte Generation der Pro- duktion ins Haus. Was sich hinter diesem Begriff verbirgt – und was das Fraunhofer IIS in diesem Kontext leisten kann, erläutert Prof. Dr.-Ing. Albert Heuberger im Gespräch mit der Redaktion.

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Das Attribut schlau hat man bisher eher Menschen zugeschrieben. Künftig sollen auch Objekte intelligent werden – und zwar nicht nur jedes für sich genommen, sondern auch als großes Ganzes. Beispielsweise können die Gegenstände ihr »Befinden« selbst bestimmen und miteinander »reden«. Die nötigen Basistechnologien für dieses »Internet der Dinge« entwickeln Forscher am Fraunhofer IIS – und zwar für die gesamte Anwendungskette.

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Die Weichen sind gestellt: Das Leistungszentrum Elektroniksysteme (LZE) startet durch, um sich als führendes Zentrum für Elektroniksysteme in Deutschland zu etablieren. Energieeinsparung und Energieeffizienz – auf nichts Geringeres als diese zentralen wirtschafts- und gesellschaftspoliti- schen Themen der Zukunft konzentriert sich die strategische Kooperation von Forschung und Industrie. Mitten in der Metropolregion Nürnberg ge- schieht, wo von andere träumen: Weltklasseforschung mit ganz konkretem Anwendungsbezug.

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Röntgentechnologien eignen sich hervorragend, um selbst winzige Defekte oder Prozesse im Materialinneren sichtbar zu machen. Um der Industrie ge- eignete Werkzeuge an die Hand zu geben, definiert und erweitert das Ent- wicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, ein Bereich des Fraunhofer IIS, den Stand der Technik auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung entlang der Wertschöpfungskette der Materialverarbeitung. Im vergangenen Jahr veröffentlichten die Forscher zahlreiche neuartige Konzepte, mit denen sie neue Wege gehen. Auf zwei Neuheiten sind die Forscher ganz besonders stolz: die »HeiDetect Inline CT Compact R « und »MULIX«.

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