Forschung

• Fehleranalyse per Knopfdruck
  DFG bewilligt Sonderforschungsbereich AVACS - Jährliche Förderung: über zwei Millionen Euro
  
• Spin-Off VII: Optimare: Sensoren als Spürnasen
  
• Entdeckung von Maskenspitzmäusen
  Überraschende Funde in Zentralnorwegen
  
• Nanotechnologie
  Kooperation von sieben europäischen Ländern
  
• Molekulare Spurensuche
  Biomarker verraten Herkunft organischen Kohlenstoffs / Von Julia Stalleicken
• Unterschiede bei den Europäern
  Bewusstsein von Gesundheit und Krankheit
• Ökonomie und Ökologie
  
• Vom Antrag zum Projekt
  
  

Fehleranalyse per Knopfdruck

DFG bewilligt Sonderforschungsbereich AVACS - Jährliche Förderung: über zwei Millionen Euro

Die automatische Fehlerdiagnose von Steuerungssystemen in Verkehrsmitteln steht im Mittelpunkt eines Sonderforschungsbereichs, dessen Einrichtung soeben die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) beschlossen hat. Das überregionale Großprojekt „Automatic Verification and Analysis of Complex Systems“ (AVACS) wird gemeinsam von den Universitäten Oldenburg, Freiburg und Saarbrücken sowie dem Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken unter Mitwirkung von Forschern an der ETH Zürich (Schweiz) und der DTU Lyngby (Dänemark) getragen; Sprecheruniversität ist Oldenburg. Für zunächst vier Jahre sind Fördermittel in Höhe von ca. 2 Millionen € jährlich zugesagt worden. Als „Zeichen für die hohe Leistungsfähigkeit der Universität Oldenburg und des Departments für Informatik“ bewertete Universitätspräsident Prof. Dr. Siegfried Grubitzsch die Bewilligung. Dass die Universität Oldenburg als Sprecheruniversität fungiere, belege ihre herausragende Stellung in einem für die Verkehrssicherheit außerordentlich wichtigen Bereich, der auch wirtschaftlich von enormer Bedeutung sei. Prof. Dr. Werner Damm (Foto), Hochschullehrer für Sicherheitskritische eingebettete Systeme und Sprecher des Sonderforschungsbereichs, zeigte sich erfreut: „Das ist eine Bestätigung unserer langjährigen Arbeit am Department für Informatik und am Institut OFFIS und Resultat unserer guten Kontakte zur Wirtschaft.“

Höhere Sicherheit durch automatische Fehleranalyse: der Hochgeschwindigkeitszug ICE 3.

Gegenstand von AVACS sind computerbasierte Sys-teme, die in sicherheitskritischen Bereichen technische Prozesse steuern. Es geht den Forschern darum, die Zuverlässigkeit solcher Systeme be-sonders im Transportwesen bei Auto, Eisenbahn oder Flugzeug zu überprüfen, mögliche Störquellen auszuschalten und Unfallrisiken zu minimieren. Die Komplexität solcher Steuerungssysteme, die für erhöhte Funktionalität, gesteigerten Komfort und mehr Sicherheit sorgen, ist gewaltig. Sie ergibt sich aus der Interaktion digitaler und physikalischer Prozesse, der Vernetzung einer Vielzahl von Komponenten und dem Einsatz in wechselnden Umgebungen. Die Funktionen, die die Steuergeräte erfüllen, werden immer vielfältiger und anspruchsvoller. Alle zwei Jahre verdoppelt sich die Leistungsfähigkeit der Basiskomponenten, die in der Regel schnell und flächendeckend in Verkehrsmitteln eingesetzt werden. Damit wächst die Fehleranfälligkeit der Systeme, die zwar in Qualitätskontrollen auf korrektes Verhalten überprüft werden, deren gesamter Funktionszusammenhang so aber nicht erfasst werden kann.

Solch eine Situation ist, wie Damm betont, nicht nur wissenschaftlich unbefriedigend, sie birgt neben ökonomischen Risiken auch Gefahren für die Menschen, die in Auto, Bahn, Flugzeug, Kraftwerken oder Industrieanlagen mit dieser Technik zu tun haben. Die Systemzuverlässigkeit lässt sich nur dann entscheidend verbessern, wenn die Softwareingenieure die kritischen Eigenschaften mit automatisierten Techniken, gewissermaßen auf Knopfdruck, analysieren und überprüfen können. Daher zielt AVACS auf die automatische Analyse hochgradig vernetzter Systeme bereits während der Entwicklungsphase. AVACS wird dabei in neue Größenordnungen der Systemkomplexität vorstoßen, so dass damit Anwendungen wie Flugüberwachungs- oder Zugkontrollsysteme einer mathematisch vollständigen Sicherheitsanalyse unterzogen werden können.

Um dieses Ziel zu verwirklichen, setzen die Forscher aus Oldenburg, Saarbrücken, Freiburg, Zürich und Lyngby auf die Kombination von Methoden der mathematischen Semantik komplexer Systeme (Fundierung) mit algorithmisch-deduktiven Methoden (Automatisierung).

www.ses.informatik.uni-oldenburg.de/AVACS

Spin-Off VII: Optimare: Sensoren als Spürnasen

Wilhelmshaven, gleich hinter der Deichbrücke, am alten Hafen, ein altes rotes Backsteingebäude: Optimare Messtechnik GmbH. Im Flur riecht es nach frischer Farbe. „Wir sind erst Anfang des Jahres hier eingezogen“, erklärt Rainer Schultze, Leiter des Unternehmens in Wilhelmshaven. Angefangen aber hat alles schon vor 13 Jahren. Damals gründete Theo Hengstermann, Physiker an der Universität Oldenburg, mit zwei Kollegen das Unternehmen. Während seiner Forschung in der Arbeitsgruppe Mee-resphysik hatte er einen Laserfluoreszenzsensor zur Ölbestimmung im Meer entwickelt, damals noch ein Prototyp.

„Um das Mess-gerät in die Anwendung zu bringen, brauchte man Kooperationspartner“, erläutert Schultze, „und tatsächlich, das Bundesverkehrsministerium zeigte Interesse am Einsatz der Sensoren zur luftgestützten Meeresüberwachung.“ Zwar war die Anfangsfinanzierung ein heikles Thema, doch über Vorauszahlungen brachte Optimare den Sensor zur Marktreife. Seither sind die Sensoren Stammgast bei Überwachungsflügen des Marinegeschwaders „Graf Zeppelin“ der Bundeswehr. Mit der Ölbestimmung können sogar Umweltsünder ausfindig gemacht werden.

Polarflugzeuge des AWI in der Antarktis: technisch betreut durch Mitarbeiter der Optimare GmbH.

„Natürlich hat dieser Sensor auch seine Nachteile“, lenkt Schultze ein, „denn bei Wolken oder Dunkelheit ist mit der Lasertechnik nichts mehr zu machen.“ Mikrowellen hingegen lassen sich durch trübes Wetter nicht beeindrucken und so erweiterte Optimare sein Angebot um ein Mikrowellenradiometer. Im Laufe der Jahre kamen noch ein UV-Sensor, ein Infrarot-Sensor und ein Radarsystem hinzu. Ein Gewinn für die Marineflieger: Die Kombination der unterschiedlichen Methoden erlaubt den Einsatz rund um die Uhr und durch die intelligente Steuer- und Auswerteelektronik können alle Instrumente gleichzeitig bedient werden.

Die integrative Sensortechnik für Flugzeuge machte auch das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven (AWI) auf die junge Firma aufmerksam. Zwar verfügt das AWI über eine Reihe von Sensoren zur Messung des Erdmagnetfeldes, Eisschichtdicken und Luftreinheit über den Polargebieten, doch fehlte damals ein ganzheitliches System. Ein Fall für Optimare: Das Unternehmen lieferte nicht nur die übergreifende Elektronik, sondern auch zwei Betreuer. Bei den Befliegungen der eisigen Gefilde sind sie nun immer mit von der Partie. „Da die Zusammenarbeit mit dem AWI so gut funktionierte, haben wir Anfang dieses Jahres eine Umstrukturierung der Firma vorgenommen“, berichtet Schultze. „Wir gründeten eine Tochterfirma, die am Flugplatz Bremerhaven angesiedelt ist. Da kann man direkt am Flugzeug arbeiten. Das ist sehr, sehr schön.“ Die 24 MitarbeiterInnen in Bremerhaven beschäftigen sich nun ausschließlich mit der Messtechnik rund ums Flugzeug. In Wilhelmshaven dominieren Forschung und Entwicklung.

Ein Steckenpferd von Optimare sind Sensoren zum Nachweis von Altlasten im Boden. Das Testgelände liegt gleich vor der Tür. Im zweiten Weltkrieg befand sich hier eine Betankungsstelle für U-Boote und bis heute kann man Spuren von Öl nachweisen. „Einen Clou landeten wir in Bayern auf dem Gelände einer ehemaligen Kiesgrube“, erinnert sich Schultze. „Der Betreiber hatte die Grube trotz hoher Schadstoffkonzentrationen im Boden wieder aufgefüllt.“ Mit einer Untergrundsondierung kam Optimare dem Gauner auf die Schliche.

Susanne Adam

Entdeckung von Maskenspitzmäusen

Überraschende Funde in Zentralnorwegen

Eine Entdeckung der nicht alltäglichen Art machte kürzlich eine Forschergruppe der Universität Oldenburg unter Leitung von Dr. Oliver-D. Finch und Dr. Jörg Löffler: In der Provinz Oppland in Zentralnorwegen stießen die Wissenschaftler zu ihrer Verwunderung auf die Maskenspitzmaus (Sorex caecutiens). Die Mausart, die 1964 erstmals in Norwegen entdeckt wurde, war bisher ausschließlich im Norden des Landes gefunden worden. Der neue Fundort liegt rund 500 Kilometer südlich des bisher angenommenen Verbreitungsgebietes. Für die Oldenburger Wissenschaftler und ihre Kollegen des Norwegischen Zoologischen Vereins wirft diese Entdeckung die Frage auf, ob der Fund in Oppland auf ein isoliertes Vorkommen der Art in Zentralnorwegen hinweist. Dies würde die Hypothese stützen, dass Säugetiere nach der letzten Eiszeit zwei verschiedene Einwanderungswege benutzten, um Norwegen und Schweden zu erreichen: einen südlichen über Dänemark und Süd-Schweden und einen nördlichen über Russland, Finnland und Nord-Schweden. Entsprechende Hinweise liegen z.B. auch für den Braunbären vor. „Die Genetik dieser Mäusepopulationen und eine Intensivierung der Kartierung wird uns hier Auskunft geben können“, so der norwegische Säugetierspezialist Jeroen van der Kooij.

Der Fund der Maskenspitzmäuse beweise, so Finch, wie wenig über diese europäischen Säugetiere bekannt sei. Die Population in Zentralnorwegen sei bisher nicht entdeckt worden, was einerseits mit den fehlenden Kartierungen, aber auch mit ungeeigneten Fangmethoden zusammenhängen könne. Spitzmäuse werden in handelsüblichen Mausefallen fast gar nicht gefangen. Sehr viel effektiver sind spezielle Fangbecher, wie sie die Oldenburger vor allem zur Erfassung von Insekten und Spinnen einsetzten. Auf diese Weise konnten auch Waldspitzmäuse (S. araneus), Zwergspitzmäuse (S. minutus) sowie 15 Individuen der Knirpsspitzmaus (S. minutissimus) in dem Untersuchungsgebiet nachgewiesen werden. Von der Knirpsspitzmaus waren bisher in Norwegen nur 15 Individuen gefangen worden. „Die Zahl der für Norwegen nachgewiesenen Individuen hat sich durch unsere Untersuchungen verdoppelt“, freut sich Finch, der gemeinsam mit KollegInnen der Arbeitsgruppen „Terrestrische Ökologie“ und „Geoökologie“ der Universität Oldenburg die biologischen und klimatischen Phänomene in Ökosystemen des Hochgebirges bei Vågåmo, Provinz Oppland, Zentralnorwegen, untersucht.

Foto: Jeroen van der Kooij

Nanotechnologie

Kooperation von sieben europäischen Ländern

Im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie fehlt es derzeit an hochpräzisen und gleichzeitig flexiblen Werkzeugen, mit denen Mikrosysteme und andere sehr kleine Gegenstände montiert, transportiert und charakterisiert werden können. Dies ist der Hintergrund eines großen internationalen Forschungsprojekts, das seit 2002 läuft und von Prof. Dr. Sergej Fatikow, Leiter der Abteilung für Mikrorobotik und Regelungstechnik (AmiR) am Department für Informatik, geleitet wird. Bei dem Projekt mit dem Titel ROBOSEM (Development of a Smart Nanorobot for Sensor-based Handling in a Scanning Electron Microscope) arbeiten Wissenschaftler von AMiR und dem Oldenburger Informatikinstitut OFFIS (Projektkoordination) eng zusammen. Insgesamt sind an den Forschungen 16 Partner aus sieben europäischen Ländern beteiligt. Die Fördermittel betragen rund 5 Millionen €, wovon ca. 830.000 €auf Oldenburg entfallen.

Torf tritt im Watt an die Oberfläche und wird erodiert.

Von den Forschungen, deren Ziel die Entwicklung von flexiblen Nanorobotern ist, werden erhebliche Impulse für die Entwicklung einer neuen Generation von Produkten und Techniken erwartet. Anwendungsbereiche sind z. B.:

- Handhabung von extrem kleinen Partikeln, etwa Kohlenstoff-Nanoröhren;

- Materialtests, etwa zur Bestimmung der Haltbarkeit sehr dünner Beschichtungen;

- Handhabung von biologischen Zellen u.a. in der Krebsforschung.

Kürzlich fand in Besançon (Frankreich) ein Treffen statt, in dem zur Projektmitte die vorläufigen Forschungsergebnisse vorgestellt und von EU-Vertretern bewertet und geprüft wurden. Das Treffen und die dazu gehörige Ausstellung wurden ausgesprochen positiv bewertet. So lud die EU-Kommission Projektleiter Fatikow ein, einige der Exponate auf dem internationalen EuroNanoForum in Triest/Italien (9.-12. Dezember 2003, www.euronanoforum2003.org) erneut auszustellen. Hierfür wurden von der EU Sondermittel bereitgestellt.

www.amir.uni-oldenburg.de

Molekulare Spurensuche

Biomarker verraten Herkunft organischen Kohlenstoffs / Von Julia Stalleicken

Nach der letzten Eiszeit unterlag der Meeresspiegel der Nordsee starken Schwankungen. Im nordwestdeutschen Küstenraum bildeten sich ausgedehnte Niedermoore, Übergangsmoore und seltener auch Hochmoore, die später teilweise wieder überflutet wurden. Die Überreste dieser Moore liegen heute als „schwimmende Torfe“ im Untergrund des Wattenmeeres. Gelangen die Torfschichten - etwa in Prieleinschnitten - wieder an die Oberfläche, werden sie durch Gezeitenströmung, Wellengang oder durch Bohrmuscheln erodiert und in die Wattsedimente eingelagert. Dieses 2000 bis 8000 Jahre altes terrestrische organische Material bildet eine Hauptquelle im Kohlenstoffkreislauf des Ökosystems Wattenmeer.

Bei dem Versuch, diese Umlagerungsprozesse besser zu verfolgen und zu verstehen, versagen klassische Methoden wie die botanische Analyse von im Torf enthaltenen Pflanzenresten: viel zu fein wird der erodierte Torf im Sediment verteilt. An der Universität Oldenburg fahndet daher der Umweltwissenschaftler Ralf Wöstmann, Arbeitsgruppe Organische Geochemie, nach molekularen (Bio-)Indikatoren, mit denen er selbst hochverdünntes Material den verschiedenen Torfen im Untergrund zuordnen kann.

Die Suche nach diesen so genannten Biomarkern beginnt mit einer Groß-restanalyse von Torfproben aus Nieder-, Übergangs- und Hochmooren, die klärt, welche Pflanzen in den verschiedenen Moortypen zur Torfbildung beitragen. Die ausgewählten Kandidaten, z.B. schmalblättriges Wollgras, Schnabelsegge und Flatterbinse, werden am Ende der Wachstums-periode geerntet. Anschließend wird ihre Lipid-Zusammensetzung mit chromatographischen und massenspektrometrischen Methoden identifiziert und quantifiziert.

Lipid-Moleküle bieten den Vorteil, dass sie nur sehr langsam zersetzt werden und über lange geologische Zeiträume vergleichbare Proben liefern. Als Biomarker eignen sie sich, wenn sie eine Unterscheidung von charakteristischen Pflanzen oder Pflanzenvergesellschaftungen der verschiedenen Moortypen erlauben. Zudem dürfen sich die Verbindungen während der Ablagerung der Pflanze und Diagenese nicht verändern - dies wird anhand der Lipid-Zusammensetzung der entsprechenden Torfe überprüft. Findet man in einer Wattprobe solche Biomarker oder „molekulare Fossilien“, kann man sie direkt auf die entsprechenden torfbildenden Pflanzen zurückführen. Dieses Vorgehen wird als Chemotaxonomie bezeichnet.

Zwei Stoffgruppen mit hohem chemotaxonomischen Potenzial hat Wöstmann bereits identifiziert: Die Verteilung von in Blattwachsen und bei verholzenden Pflanzen vorkommenden Lipiden erlaubt dem Oldenburger Forscher nicht nur zwischen Nieder- und Hochmoortorfen zu unterscheiden. Sie ermöglicht ihm darüber hinaus eine Feinzuordnung etwa zu Schilf-, Seggen- oder Bruchwaldtorfen. Gefördert wird das von Prof. Dr. Jürgen Rullkötter geleitete Projekt „Küstentorfe“ mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

www.uni-oldenburg.de/admin/daten/icbm/ogc

Unterschiede bei den Europäern

Bewusstsein von Gesundheit und Krankheit

Deutsche stehen Selbsthilfestrategien zur Vorbeugung und Behandlung von Erkrankungen deutlich positiver gegenüber als Franzosen, Briten und Spanier. Dies ist eines der Ergebnisse einer Befragung von 184 Europäern, die unter der Leitung der Oldenburger Psychologin Dr. Petra Scheibler-Meissner durchgeführt wurde (Arbeitseinheit Gesundheits- und Klinische Psychologie).

In Anlehnung an die im französischen Sprachraum entwickelte „Theorie der Sozialen Repräsentationen“, über die Einblicke in sozial geteiltes Wissen und Denkmuster über bestimmte „Gegenstände“ gewonnen werden können, wurden in der Studie gesundheits- und krankheitsbezogene Laienvorstellungen in kulturvergleichender Perspektive untersucht. Dabei ging es um Fragen wie: Welche Alltagsvorstellungen haben Franzosen, Briten, Spanier und Deutsche von Gesundheit, Krankheit oder einem „guten Arzt“? Inwiefern ähneln oder unterscheiden sich diese Vorstellungen?

Die empirischen Ergebnisse weisen auf eine Vielfalt an europäischen „Mentalitäten“ hin, die sich u.a. auch im Hinblick auf das „Expertenwissen“ der im Gesundheitswesen beschäftigten Berufsgruppen unterscheiden. Hierzu zählen unterschiedlich ausgeprägte Vorstellungen über das Krankheitsbild der Hypertonie sowie darüber, welche Rolle und Funktion ein Arzt übernehmen sollte. Die Erwartungen an einen „guten“ Arzt umfassen - mit deutlichen Unterschieden je nach Herkunftsland der Befragten - zum einen die Bereitschaft, den Patienten als gleichberechtigten Partner zu akzeptieren und seine Kenntnisse sowie Bedürfnisse im Krankheitsprozess zu berücksichtigen. Zum anderen richten sich die Erwartungen auf fürsorgliches Verhalten im Umgang mit dem Patienten, die Verabreichung ausreichender Medikation und eine gründliche Diagnostik. Auch im Hinblick auf die sogenannte „Laienkompetenz“ ließen sich deutliche Unterschiede finden: Während die befragten Briten und Deutschen ihren eigenen Kenntnissen und Fähigkeiten im Umgang mit Gesundheit und Krankheit eine große Bedeutung beimessen, plädieren die spanischen Befragten mehrheitlich für Zurückhaltung in punkto Selbsthilfe und vertrauen stattdessen auf den Arzt.

Nach Auffassung von Scheibler-Meissner liefert die Studie zahlreiche neue Impulse zur Entwicklung und Förderung eines „grenzüberschreitenden Dialogs“ zwischen Ärzten, Psychologen, Pflegekräften und anderen Berufsgruppen in Forschung und Praxisfeldern des Gesundheitswesens. Die Oldenburger Wissenschaftlerin plädiert dafür, einem Dialog zwischen sogenannten „Experten“ und „Laien“ unterschiedlicher nationaler Herkunft angesichts aktueller europäischer Entwicklungen und steigender regionaler Mobilität künftig mehr Aufmerksamkeit zu schenken.

Ökonomie und Ökologie

Ökonomie und ÖkOlogie - zwei Begriffe, die vor nicht allzu langer Zeit noch als Gegenpole er-schienen, wer-den immer häufiger in einem Atemzug genannt. Fragen der Wirtschaftsethik, der Wertschätzung von Umweltqualität und der ökologischen Gestaltung von Stoffströmen sind nur einige Beispiele aus einem neuen Forschungsfeld, dem sich die neueste Ausgabe des Forschungsmagazins EINBLICKE widmet. Dargestellt wird die Arbeit einer Gruppe von WirtschaftswissenschaftlerInnen, die sich intensiv mit dem Spannungsfeld zwischen Ökonomie und Ökologie beschäftigt und ein gewichtiges Thema erweitert hat, das schon lange ein Leuchtturm der Universität Oldenburg ist: die Umweltforschung. EINBLICKE ist am INFO-Point erhältlich.

Vom Antrag zum Projekt

Projektmanagement für europäische Förderprogramme“ (PRO-M) heißt eine neue Dienstleistung, die das EU-Hochschulbüro in Zusammenarbeit mit dem Finanzdezernat für WissenschaftlerInnen der Universität Oldenburg und der Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven anbietet. Hintergrund ist zum einen der für Außenstehende fast unüberschaubare Dschungel an Förderprogrammen der Europäischen Union. Zum anderen werden die WissenschaftlerInnen durch die mit den Anträgen erforderlichen administrativen Aufgaben oft stark belastet. Partnersuche, formale Aspekte der Antragstellung, Konsortialstrukturen, Finanz- und Ressourcenplanung, Vertragsverhandlungen und die formale Abwicklung eines Projektes müssen beachtet und eingehalten werden.

PRO-M berät und unterstützt in allen Bereichen, die für Akquisition und Umsetzung von EU-Projekten wichtig sind. Darüber hinaus bietet PRO-M eine effiziente Begleitung vom Antrag bis zum erfolgreich durchgeführten Projekt. Die Dienstleistungen umfassen z. B. Projektplanung und -begleitung, Beratung in administrativen Fragen, Übernahme des Schriftverkehrs, Unterstützung bei Verhandlungen und Berichten, Terminkoordination, Controlling und die Erstellung der Finanzreporte.

PRO-M-Dienstleistungen sind kostenpflichtig, können aber aus Mitteln des Projektbudgets finanziert werden.

www.pro-m.uni-oldenburg.de