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In der finalen Folge unserer Mini-Serie zu »Künstlicher Intelligenz (KI) und Statistik« wird es tiefgründig – im wahrsten Sinne des Wortes. Unser Podcast-Team – bestehend aus Esther Packullat, Sascha Feth und Jochen Fiedler – beschäftigt sich mit den großen Sprachmodellen wie GPT-4, Llama oder Gemini.

Mit innovativen Technologien nehmen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM das Batterieverhalten beim Laden- und Entladen, die Optimierung der Batterieproduktion sowie das Altern von Batterien in den Fokus. Sie nutzen moderne Simulationstools und neuartige Messtechniken, um die Weiterentwicklung der Batteriezellen von Elektroautos voranzutreiben. Auf der Battery Show Europe 2025 vom 3. bis 5. Juni 2025 präsentieren sie ihre Forschungsergebnisse.

Maschinelles Lernen hat in den vergangenen drei Jahrzehnten die Optimierung von Produktionsprozessen, Material- und Maschinendesign durchdrungen und ist inzwischen überall in der industriellen Praxis zu finden. Daher ist es für Fachkräfte der Industrie wichtig, ein grundlegendes Verständnis davon aufzubauen. Prof. Dr. Anita Schöbel, Institutsleiterin des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, hat gemeinsam mit Prof. Dr. Jürgen Franke von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) das Buch »Statistical Machine Learning for Engineering with Applications« veröffentlicht, das eine zugängliche Einführung in die Konzepte und Methoden des Maschinellen Lernens bietet.

In der aktuellen Folge unseres Podcasts »Streuspanne« betrachten wir kritisch die Harm-to-Benefit-Ratio, eine neue Kennzahl zur Bewertung des Schaden-Nutzen-Verhältnisses von Corona-Impfstoffen. Basierend auf einer Publikation von Falk Mörl und Kollegen diskutieren wir die Zuverlässigkeit dieser Kennzahl, die besonders ungünstige Ergebnisse für den BioNTech-Impfstoff lieferte.

Neues aus Schoonschip: Die schwimmende Energiegemeinschaft in den Niederlanden ist seit Januar mit 30 Häusern an Energie- und Flexibilitätsmärkte angebunden. Eine innovative Lösung des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ermöglicht präzise Echtzeit-Prognosen für Verbrauch, lokale Erzeugung und Preisoptimierung. So kann die Gemeinschaft Strom zu optimalen Konditionen am Day-Ahead-Markt handeln. Gleichzeitig vermarktet ein Händler die 30 Batteriespeicher am Imbalance-Markt. Das steigert die Flexibilität und senkt die Energiekosten für die Mitglieder.

In der aktuellen Folge des Streuspanne-Podcasts geht es um Wahlumfragen, Prognosen und ihre Unsicherheiten. Anhand der überraschenden Wiederwahl von Donald Trump beleuchten wir, wie solche Prognosen entstehen, welche Fehlerquellen es gibt und wie wir ihre Genauigkeit einschätzen können. Zudem diskutieren wir, warum Umfragen keine Prognosen sind, wie man Unsicherheiten mathematisch bewertet und was Trumps Wahlsieg über systematische Fehler verrät.

Alle Unternehmen wollen so effizient wie möglich produzieren, ihre Maschinen optimal auslasten und keine Ressourcen verschwenden. Ein neues Projekt am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern erforscht, wie Inline-Prozess- und Produktüberwachung den Firmen dabei helfen können. Das rheinland-pfälzische Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit fördert das Projekt.

In der dritte Episode unserer Mini-Serie zu »Künstlicher Intelligenz (KI) und Statistik« beschäftigen wir uns mit »Shallow Learning« (Seichtem Lernen). Im Gegensatz zu den tiefen und komplexen Modellen des Deep Learning benötigen diese Modelle weniger Daten und Rechenleistung.

Energie sparen und sinnvoll nutzen – dieses Ziel zieht sich durch viele Projekte am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. In seinen Projekten setzt sich das Institut dafür ein, die Entstehung, Beschaffung und Verteilung von Energie berechenbar zu machen. Auf der E-world Energy and Water 2025 vom 11. bis 13. Februar in Essen ist das Institut deshalb mit drei Abteilungen vertreten, die ihre neuesten Entwicklungen im Kontext »Energie« vorstellen.

Die Vereinten Nationen haben das Jahr 2025 zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie (IYQ) erklärt. So würdigen sie das 100-jährige Jubiläum der Entwicklung der Quantenmechanik. Als Ort der Quantenforschung beteiligen wir uns als Fraunhofer ITWM unter anderem mit Bildungsangeboten und weiteren Veranstaltungen am Jubiläumsjahr.

Durch die Einspeisung von erneuerbaren Energien und den Trend zur Dezentralisierung werden Fernwärmenetze immer komplexer. Im Projekt »AD Net Heat« simulieren Fraunhofer-Forschende die Wärmeströme im gesamten Netz, prognostizieren Lastspitzen und helfen bei der Planung neuer Netze.

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM erweitert seine Terahertz-Expertise auf den mittleren Infrarotbereich. Hierbei untersucht es gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Optik und Feinmechanik IOF in Jena nichtlineare Kristalle für die optische Frequenzkonversion ultrakurzer Laserpulse vom nahen in den mittleren Infrarotbereich. Gefördert werden die Arbeiten vom Fraunhofer-Exzellenzcluster Advanced Photon Sources CAPS mit insgesamt 250.000 Euro an beiden Instituten.

Der perfekte Schaum ist nicht nur wichtig für Getränke wie Bier und Kaffee oder für die luftige Konsistenz der Mousse au Chocolat beim Weihnachtsmenü. Auch zur Isolation in Kühlgeräten oder Batterien sowie in Sitzpolstern, Prothesen oder Schuhsolen kommt Schaum zum Einsatz. Vom 3. bis 5. Dezember 2024 präsentiert das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM auf der Foam Expo Europe 2024 in Stuttgart seine Beiträge für die Zukunft der Schaumproduktion für den Leichtbau.

Am Standort Kaiserslautern ist das Thema »Mehrzieloptimierung« besonders stark in der Forschung und Anwendung. Das beweisen beispielsweise das Graduiertenkolleg »Mathematics of Interdisciplinary Multiobjetive Optimizaton (MIMO)« der RPTU Kaiserslautern-Landau und die erfolgreichen Industrieprojekte des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in diesem Schwerpunkt.

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM präsentiert auf der Supercomputing 2024 in Atlanta, USA, vom 18. bis 22. November innovative Lösungen für parallele Programmierung und Künstliche Intelligenz. Mit dabei am Gemeinschaftstand 3115 in Halle B sind zwei Fraunhofer-Spin-Offs: ThinkparQ stellt seine Roadmap für das parallele Dateisystem BeeGFS vor. Das Spin-off UNEEC Systems wird den STX-Prozessor und seinen Systemansatz für eine energie- und kosteneffiziente Recheninfrastruktur demonstrieren. Der STX-Prozessor beschleunigt HPC-Simulationen und ermöglicht gleichzeitig eine einfache Programmierung. ITWM-Forschende aus dem Bereich »High Performance Computing« stellen neue Entwicklungen in der parallelen Programmierung sowie weitere KI-Lösungen für das Hochleistungsrechnen vor:

Die EIOPA (European Insurance and Occupational Pensions Authority / Europäische Aufsichtsbehörde für Versicherungswesen und betriebliche Altersvorsorge) hat im Oktober 2024 ein Konsultationspapier zum Thema »Value for Money« veröffentlicht. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM hat als wissenschaftlicher Partner daran mitgewirkt, Versicherungsprodukte zu bewerten und damit Aufsichtsbehörden dabei zu unterstützen, den Nutzen für Kundinnen und Kunden zu messen und zu überwachen.

Digitale Zwillinge gelten in vielen industriellen Prozessen als Schlüsseltechnologie. Für die Kunststoffindustrie haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern ein Machine-Learning-Tool entwickelt, das mithilfe eines Digitalen Zwillings die optimalen Prozesseinstellungen ermittelt. Der Digitale Zwilling berechnet ausgehend von den gewünschten Produkteigenschaften die benötigten Einstellungen des Extruders. Dadurch können Unternehmen Zeit und Ressourcen sparen und gleichzeitig die Qualität ihrer Produkte steigern.

In der zweiten Episode unserer Mini-Serie zu »Künstlicher Intelligenz (KI) und Statistik« beschäftigen wir uns mit Neuronalen Netzen. Diese Modelle, inspiriert vom menschlichen Gehirn, bestehen aus mehreren Schichten, die Muster erkennen und Informationen verarbeiten.

Ein Zwilling kommt selten allein – Digitale Zwillinge in der Trenntechnik sind dagegen oft Einzelgänger. Denn dort entsteht ein digitales Abbild eines bestimmten Produktionsschritts oder Bauteils meistens, ohne die gesamte Prozesskette im Blick zu haben. Das will ein Team um Dr. Ralf Kirsch, Teamleiter »Filtration und Separation« am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, ändern und stellt auf der FILTECH 2024 vom 12. bis 14. November 2024 neue Ansätze für die simulationsbasierte Verbesserung von Filtertechnik vor. Darüber hinaus bringt das Team des Fraunhofer ITWM weitere Forschungsthemen mit nach Köln.

Ein Buch mit Erfolgsgeschichten, das junge Frauen für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik (MINT) begeistert, mit Beispielen aus der Wissenschaft? Das allein wäre den Fraunhofer-Forscherinnen um Manja Mai-Ly Pfaff-Kastner, Esther Packullat, Dr. Isabel Michel, Lisa Martha Kunkel und Prof. Dr. Tanja Manuela Kneiske zu wenig. »Forscherinnen im Fokus – Wir schaffen Veränderung« will mehr: die Welt der Künstlichen Intelligenz und Simulation mit den Augen außergewöhnlicher Wissenschaftlerinnen betrachten und dabei spannende, eben ganz persönliche Geschichten erzählen. ›Frau N. Hofer‹, so der Kurztitel, spürt vielfältigen (Lebens-)Wegen in der Wissenschaft nach und lenkt so »ganz nebenbei« den Blick auf faszinierende Gestaltungschancen gerade in der angewandten Forschung.

In der ersten Episode unserer Mini-Serie zu »Künstlicher Intelligenz (KI) und Statistik« untersuchen wir, ob KI nur »glorifizierte Statistik« ist. Wir erläutern die Begriffe KI und Machine Learning anhand konkreter Beispiele und bieten eine interaktive Aufgabe, bei der Zuhörer überlegen, wie eine KI ein Rechteck auf einem karierten Blatt erkennen kann.

Das Fraunhofer ITWM kennt Daniel Stich gut: Vor seiner Ernennung zum Innenstaatssekretär war er im Landesministerium für Wissenschaft und Gesundheit für den Schwerpunkt »Gesundheit« verantwortlich. Während der Hochphasen der Corona-Epidemie untersuchte das Institut für das Ministerium die Fallzahlen und beriet Daniel Stich in seiner Rolle als Landesimpfkoordinator in wöchentlichen Meetings. Auch nach dem Abklingen der Epidemie ging die Zusammenarbeit weiter: Das Fraunhofer ITWM begleitete das Abwasseranalyseprogramm der Landesregierung im Abgleich mit dem Testprogramm SentiSurv. Dabei wurden bis März dieses Jahren Daten erhoben, um den Verlauf einer vergleichbaren Epidemie künftig besser vorhersagen und geeignete Maßnahmen ergreifen zu können.

Die neue EU-Verordnung European Deforestation Regulation – EUDR soll verhindern, dass in der EU gehandelte Waren zur fortschreitenden Entwaldung beitragen. Wer zum Beispiel ein Holzprodukt in den EU-Markt einbringt, muss dokumentieren, welche Holzarten zur Herstellung verwendet wurden, und dessen legale Herkunft belegen. Schon die erste Überprüfung der deklarierten Holzart ist – je nach Material – keine leichte Aufgabe. So muss etwa Papier zeitaufwändig von Spezialistinnen und Spezialisten untersucht werden. Eine KI-Analysesoftware zur Holzartenbestimmung soll diesen Prozess künftig vereinfachen und beschleunigen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickeln das automatische Bilderkennungssystem für die großflächige Überprüfung der Holzartendeklaration in enger Zusammenarbeit mit dem Thünen-Institut für Holzforschung.

Gemeinsam mit vier anderen Fraunhofer-Instituten präsentiert das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM seine aktuellen Forschungsergebnisse live auf der diesjährigen Weltleitmesse für die maritime Branche SMM (Shipbuilding, Machinery and Marine Technology) vom 3. bis 6. September 2024 in Hamburg. In Halle B6 am Stand 327 zeigen die Forschenden ihre Lösungen, die Reedereien, Werften, Häfen sowie Logistikdienstleister und die maritime Zulieferindustrie unterstützen.

Diese Frage konnten sich in den vergangenen 13 Jahren bereits sechs Doktorandinnen und Doktoranden der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau RPTU und des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM stellen. Sie haben einen Teil ihres Promotionsstudiums in Frankreich absolviert – genauer am Centre de Morphologie Mathématique de MINES Paris (CMM).

Was haben Julius Caesar, Albert Einstein, Goethe, Marie Curie, Isaac Newton, Beethoven, Charlie Chaplin und Marilyn Monroe gemeinsam? Sie alle waren nicht nur berühmte Persönlichkeiten, sondern auch Linkshänder:innen. Heute, am 13. August, feiern wir den internationalen Tag der Linkshänder:innen – mit unserer neuen Podcast-Episode und natürlich mit kuriosen Statistiken rund um dieses Thema.

In der neuen Streuspanne-Folge beschäftigen wir uns mit dem Benfordschen Gesetz. Dieses mathematische Prinzip deckt auf mysteriöse Weise Betrug in Statistiken auf. Unser Streuspanne-Team untersucht, ob Finanzfahnder:innen dadurch arbeitslos werden und ob das Gesetz Bielefeld widerlegen kann.

Batteriesimulation gehört schon seit Jahren zu den Forschungsschwerpunkten des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. Seit kurzem erweitert die Qualitätskontrolle diesen Forschungszweig. Der Fokus liegt dabei auf Elektroden und ihren Leiteigenschaften. Bei der Stuttgarter Leitmesse »Battery Show Europe« präsentiert das Institut seine Neuheiten in Halle 9 an Stand B85.

Die heutige Kurzfolge des Streuspanne-Podcasts thematisiert die Wahl zum Europäischen Parlament. Das Special steht unter der steilen Aussage: »Es gibt keinen Rechtsruck. Leider. – Die AfD in der Europawahl seit 2014«. Im Mittelpunkt des Gesprächs ist – anknüpfend an die letzte Folge – u.a. das Wording von Medien in Zusammenhang mit Statistik und warum wir einen echten positiven Ruck brauchen.

Ob im Automotive-Bereich oder in der Produktion: Simulationen und Digitale Zwillinge sind für viele Unternehmen unverzichtbar. Weil hochdynamische Prozesse mit herkömmlicher Software oft nicht zufriedenstellend abgebildet werden können, haben Forschende am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM mit dem Tool MESHFREE eine Lösung entwickelt, die ohne starres Rechengitter arbeitet und in der Lage ist, komplexe Abläufe mit großer Zeitersparnis und damit kostengünstig zu simulieren. Dafür werden sie mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet.

Die neue Streuspanne-Folge beschäftigt sich mit einem brandaktuellen Thema: Der Polizeilichen Kriminalstatistik – kurz PKS. Diese wird jedes Jahr vom Bundeskriminalamt herausgegeben und zieht oft ein großes Medienecho nach sich. Besonders die Daten zur Herkunft der Täter:innen werden häufig für plakative Schlagzeilen genutzt.

Die stationäre Versorgung von pflegebedürftigen Menschen in Deutschland steht vor großen Herausforderungen. Nach Angaben von Statista wird die Zahl der Menschen, die auf Betreuung angewiesen sind, bis 2030 um 50 Prozent steigen. Gleichzeitig nimmt das Arbeitskräfteangebot die nächsten Jahre voraussichtlich weiter ab. Ein Weg, diesen Herausforderungen zu begegnen, bieten KI-basierte, digitale Systeme: Im Projekt »Versorgungsintegrierte Künstliche Intelligenz im professionellen Pflegeprozess« (ViKI pro) ermöglichen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gemeinsam mit Partnern Pflegefachkräften die Erhebung von individuellen Pflegebedarfen und die Planung geeigneter Maßnahmen mit Unterstützung von KI.

Der neue Eintrag unseres »Streuspanne-Lexikons« ist »F wie Freiheitsgrade« – und das, wie immer in unseren Lexikon-Folgen, kurz und knapp in wenigen Minuten. Unser »Streuspanne-Lexikon« ist keine reguläre Folge, sondern eine Rubrik, um auf kleine Erklärungen zu verweisen, ohne in einer eigenen Folge immer wieder neu ausholen zu müssen.

Heute geht es im »Streuspanne-Lexikon« weiter mit dem Eintrag »K wie Kritische Werte«. Unser Lexikon ist keine reguläre Folge, sondern eine Rubrik, um auf kleine Erklärungen zu verweisen, ohne in einer eigenen Folge immer wieder neu ausholen zu müssen. Kurz und knackig erklärt das Podcast-Team einen Begriff in wenigen Minuten.

Mit Graduiertenkollegs unterstützt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Promotionen junger Wissenschaftler:innen. Der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau und dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ist es gelungen, ein solches Graduiertenkolleg nach Kaiserslautern zu holen! Das interdisziplinäre Programm mit dem Namen MIMO – Mathematics of Interdisciplinary Multiobjective Optimization – bietet Promovierenden die Möglichkeit, Mathematik und Ingenieurwissenschaften zu verbinden.

Wie viel verdient man in der Rockmusik? Ob eure Antwort »mehrere Millionen« oder »Das ist brotlose Kunst « lauten wird, hat oft weniger mit der Frage an sich zu tun, sondern mit den eigenen, individuellen Verzerrungen und Denkfehlern – dem statistischen Rauschen oder »Noise«.

Der Bereich »High Performance Computing« des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, bekannt für seine exascale-fähigen Programmierwerkzeuge und das parallele Dateisystem BeeGFS, kommt mit innovativen Lösungen für die HPC-Community in den Gebieten parallele Programmierung und Künstliche Intelligenz nach Hamburg. Am Gemeinschaftsstand mit ThinkparQ, einem Spinn-off des Fraunhofer ITWM, präsentieren die Expertinnen und Experten auf der ISC High Performance Computing 2024 verschiedene Innovationen des Instituts.