Ausgezeichneter Nachwuchs

Tatjana Tchumatchenko, Tobias Erb und Ludovic Righetti erhalten den Heinz Maier-Leibnitz-Preis 2016

Der wichtigste deutsche Nachwuchspreis für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wird jedes Jahr von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vergeben und ist mit je 20 000 Euro dotiert. Die drei Max-Planck-Wissenschaftler nehmen am 18. Mai die hohe Auszeichnung im Harnack-Haus in Berlin entgegen – zusammen mit sieben weiteren Preisträgern.

Ludovic Righetti: Robotern das Laufen lernen

Wie man einem Roboter das Laufen beibringt, erforscht der Informatiker Ludovic Righetti. Vorbild für ihn sind dabei Bewegungsmuster aus der Natur wie etwa die Kletterkünste von Tieren.

Bringt der 34-jährige Forscher etwa den zweibeinigen Roboter Hermes mit einem Stoß aus dem Gleichgewicht, korrigiert dieser seine Haltung mit geradezu menschlich anmutenden Ausgleichsbewegungen. Die neue Steuerung, die ihm Stefan Schaal und Ludovic Righetti eingebaut haben, macht bereits Schule: „Inzwischen wird sie in vielen Robotern eingesetzt“, sagt Righetti. Auch dem jüngsten Zugang im Olymp des Tübinger Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme wird die Regelung beim Balancieren helfen: Athena, die als erster Roboter auf einem Sitzplatz aus den USA nach Deutschland geflogen ist.

Sie erfüllt ebenfalls nicht ganz die Erwartungen, die sich mit dem Namen der Göttin verbinden. Ein mächtiger Oberkörper, kräftige Arme, Hydraulikschläuche und ihr Maschinenkopf, den sie nicht einmal immer trägt, verleihen ihr die Anmut eines Transformers. Immerhin besitzt sie beides – Arme und Beine.

Wie Athena alle ihre Gliedmaßen am besten koordiniert, wenn sie mehrere Aufgaben gleichzeitig lösen soll, darum wird es in der Forschung von Ludovic Righetti und seinen Mitarbeitern künftig gehen. Auch um die Frage, wie sie die richtigen Prioritäten setzt, wenn sie auf unebenem Grund gehend oder stehend nach einem Gegenstand greifen soll. Denn die Maschine weiß erst einmal nicht, dass es wichtiger ist. Ein brauchbarer Helfer im Alltag hingegen muss da sinnvolle Entscheidungen treffen. „Bis allerdings Roboter selbstständig genug werden, um etwa hilfsbedürftige Menschen zu unterstützen, wird es jedoch noch eine Weile dauern“, sagt Righetti. „Denn an zu vielen Punkten im Zyklus aus Wahrnehmung, Lernen und Handeln muss die Robotik noch kräftig nachjustieren“.

Für seine wissenschaftlichen Arbeiten erhielt Righetti 2014 einen ERC Starting Grant. Nach dem Studium in der Schweiz und seiner Postdoc-Tätigkeit in den Staaten baute Righetti sich eine Nachwuchsgruppe am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Tübingen auf, die er bis heute leitet.

Tobias Erb: Die Biochemie von Mikroben verstehen

Pflanzen fixieren das Treibhausgas Kohlendioxid. Dass dies auch Bakterien können – teilweise sogar viel effizienter als Pflanzen – ist weitestgehend unbekannt. Bestimmte Enzyme in Mikroorganismen arbeiten 10 bis 100-mal schneller als das Pendant in Pflanzen.

Der 36-jährige Tobias Erb und sein Team am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg beschäftigt sich mit der Biochemie dieser mikrobiellen CO₂-Fixierung. „Bislang ist es mit Hilfe chemischer Methoden nicht möglich, das Treibhausgas CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen und in nachhaltige Rohstoffe wie zum Beispiel Biodiesel umzuwandeln“, sagt der Mikrobiologe. „Mikroorganismen haben im Laufe der Evolution eine Vielzahl verschiedener Enzyme entwickelt, mit deren Hilfe sie CO₂ im Gigatonnen Maßstab fixieren können“.

Die Wissenschaftler wollen die Tricks der Mikroben lernen, um diese mit Hilfe der synthetischen Biologie nachzubauen. Dazu kombinieren sie ein erst kürzlich entdecktes CO₂-fixierendes Enzym aus Purpurbakterien mit weiteren Enzymen und setzen diese im Reagenzglas zu einem künstlichen Stoffwechselweg zusammen. „Auch wenn das Fernziel darin liegt, die effiziente Umwandlung von klimaschädlichen CO₂ in Biomasse oder nachhaltige Rohstoffe voranzutreiben, geht es uns dabei auch um die grundsätzliche Frage, ob wir durch rigoroses Anwenden unseres naturwissenschaftlichen Verständnisses einen biologischen Schlüsselprozess neu konstruieren und optimieren können.“

Unterstützung zu diesem Projekt erhalten sie – neben dem amerikanischen Department of Energy und der Gebert-Rüf-Stiftung – durch den Europäischen Forschungsrat (ERC), der Tobias Erb mit einem Starting und einem Future and Emerging Technologies Grant fördert. Darüber hinaus ist der Mikrobiologe seit 2013 Mitglied der Jungen Akademie der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften und der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina.

Tatjana Tchumatchenko: Neuronale Prozesse im Gehirn simulieren

Neuronale Prozesse im Gehirn sind nur indirekt messbar. Sie verhalten sich nicht linear und unterliegen einer hohen Variabilität auf unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen. Deshalb sind aussagekräftige theoretische Modelle, die zu einer sinnvollen quantitativen Auswertung und Vergleichbarkeit neuronaler Daten beitragen, eine große Herausforderung.

Die 35-jährige Tatjana Tchumatchenko, die die Arbeitsgruppe „Theorie der neuronalen Netzwerkdynamik“ am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt/Main leitet, forscht dort an der Dynamik und Informationsverarbeitung neuronaler Systeme, von einzelnen Nervenzellen bis zu neuronalen Netzwerken. Sie hat mathematische Modelle entwickelt, um dynamische und statistische Eigenschaften biologischer neuronaler Netzwerke zu beschreiben und zu analysieren. „Damit hat sie für die Theoretischen Neurowissenschaften wichtige Einblicke geliefert“, so das Urteil der Jury.

Tatjana Tchumatchenko erhielt bereits eine Auszeichnung der Behrens-Weise-Stiftung, 2012 und 2011 ein Volkswagen-Stipendium im Bereich "Computational Sciences". Darüber hinaus war sie Stipendiatin der Studienstiftung des deutschen Volkes von 2004 bis 2006.

Als Anerkennung und zugleich als Ansporn, ihre wissenschaftliche Laufbahn geradlinig fortzusetzen, wird der Heinz Maier-Leibnitz-Preis seit 1977 jährlich an hervorragende junge Forscherinnen und Forscher verliehen. Die Preisträgerinnen und Preisträger 2016 wurden aus insgesamt 134 Vorschlägen ausgewählt.

DFG/BA