Wie kommen technisch-wissenschaftliche Fortschritte aus dem ETH-Bereich der ganzen Bevölkerung zugute? Dies illustrieren einige Beispiele aus verschiedenen Fachbereichen – und ein Blick zurück ins 19. Jahrhundert, als der Ingenieur zum zivilgesellschaftlichen Genie wurde.

Das modulare Foschungs- und Innovationsgebäude NEST auf dem Empa-Campus. Foto: Roman Keller

Der Homo Faber ist so etwas wie ein Schweizer Nationalheld. Einer der wenigen Ingenieure, die es in der Weltliteratur zu Ruhm gebracht haben. Damien C. Weber, Leiter der Protonentherapie am PSI, hat einen anderen Helden: «Kennen Sie Robert Wilson? Er war nicht nur Physiker, er war auch Künstler und ein grosser Humanist.» Der Vordenker der Behandlung von Krebserkrankungen mit Protonen war Gründungsdirektor des amerikanischen Ringbeschleunigers Fermilab. Seine Karriere widmete er der klassischen Grundlagenforschung. Andere übernahmen es, seine Vermutung von 1947 zu belegen, dass sich Protonen besonders gut für die präzise, lokal begrenzte Bekämpfung von Tumoren eignen müssten. Der Beweis gelang 1954 mit der ersten Behandlung.

Heute, 65 Jahre später, sitzen wir in einem eher nüchternen Sitzungszimmer mitten auf dem PSI-Gelände. Aber wenn Weber von Wilson erzählt, hört man aus jedem seiner Worte die Leidenschaft des Arztes, der nicht einfach die Möglichkeiten seiner Hightechgeräte sieht, sondern vor allem den Nutzen für seine Patienten. Auch Kinder kommen – oft von weit – hierher, denn die Protonentherapie zeigt ihre Qualitäten am besten im noch wachsenden Körper: Der Protonenstrahl entfaltet seine Wirkung im Körperinneren erst, wenn die Protonen an Geschwindigkeit verloren haben. Das bedeutet intensivere Strahlung, wo man den Tumor bekämpfen will, und weniger Strahlung im zu schützenden gesunden Gewebe. Das kann entscheidend für den Heilungserfolg sein. Am PSI werden Patienten mit der besten weltweit verfügbaren Protonentherapie behandelt – kein Wunder, denn die Spot-Scanning-Technik wurde hier entwickelt. Und getreu ihrer Aufgabe forschen am PSI Physikerinnen, Ärzte und Ingenieurinnen kontinuierlich an der Einführung innovativer Behandlungskonzepte.

Ein grosser Erfolg, in der Schweiz und international:
Dank der Software RAMMS des SLF lassen sich Lawinenzüge und Murgänge am Computer berechnen.

Im Ingenieur steckt das «Génie». Doch zunächst war es fast ausschliesslich ein «Génie militaire». Erst im 19. Jahrhundert emanzipierten sich die Ingenieure von dieser Rolle und es formierte sich das «Génie civil». Nun ging es um den technisch-wirtschaftlichen Fortschritt, der allen zugutekommen sollte. Aber nach wie vor treibt die militärische Forschung viele Technologien – wie zum Beispiel GPS – voran, die auch der Zivilgesellschaft nützen. Die Ingenieure machten sich indessen auf, das Land zu «rationalisieren», es zu vermessen und mit Infrastruktur aller Art zu überziehen. Die Natur wurde weitgehend gezähmt, viel praktisches Wissen kam dabei zusammen, gerade in der Schweiz. «Wir haben dieses Wissen ins Computerzeitalter überführt», sagt Perry Bartelt, verantwortlich am WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF in Davos für die Simulations-Software RAMMS. «Was macht der Berg?», hat der Mensch seit Urzeiten gefragt. Dank viel Erfahrungswissen und komplexer Modelle kennt die Wissenschaft nun sehr oft die Antwort: Lawinenzüge und Murgänge lassen sich im Computer berechnen und auf einer digitalen Landkarte detailliert nachvollziehen. Bartelt sieht RAMMS ausdrücklich als Dienst an der Gesellschaft. Die Software ist ein grosser Erfolg, in der Schweiz wie auch international. Dieser Erfolg lasse sich nicht in erster Linie durch viel zitierte akademische Artikel messen, sondern im Kontakt mit der Praxis. Gerade die enge Zusammenarbeit mit Ingenieurbüros sei extrem wichtig gewesen: «Das war das Ziel: Wir wollten den Planerinnen und Planern ein Tool zur Verfügung stellen, damit sie abschätzen können, welche baulichen Massnahmen wo sinnvoll sind.» Durch Rückmeldungen aus der Praxis und eigene Feldforschung wird die Simulation laufend verbessert.

 

EPFL Extension School

Digital Skills. For everyone. Die EPFL Extension School bietet für jedermann Onlinekurse an, um digitale Skills zu erlernen. Foto: EPFL
 

Mitunter beschleicht einen allerdings das Gefühl, dieses gesamtgesellschaftliche Verantwortungsbewusstsein sei den Ingenieurinnen und Ingenieuren ein wenig abhandengekommen. «Move fast and break things?»: Das notorische Motto aus den Anfangstagen von Facebook beschreibt wohl immer noch die Grundhaltung vieler Digital-Pioniere, die gelernt haben, dass Erfolg nicht nur im Alphabet gleich nach Disruption kommt. Marcel Salathé, Biotechnologe und Spezialist für digitale Ansätze in Life Sciences, möchte diese Welt von nicht-kommerzieller Seite aus mitgestalten. Warum nicht digitales Know-how, das gerade an technischen Hochschulen selbstverständlich vorhanden ist, der ganzen Gesellschaft zur Verfügung stellen? Seit rund zwei Jahren bietet die EPFL Extension School Onlinekurse zu digitalen Skills an. Eine Art Volkshochschule für das Génie civil des 21. Jahrhunderts. Denn heute ist die relevante Infrastruktur in vielen Jobs digital, man muss Webseiten programmieren oder ein Datenset analysieren und visualisieren können. Das Interesse ist da, doch das Label EPFL sei auch ein «zweischneidiges Schwert». Viele aus der breiten Bevölkerung fühlten sich vom Angebot nicht angesprochen und meinten, es sei nicht für jedermann. Deshalb plant Salathé eine Kommunikationsoffensive: Warum nicht eine Plakataktion in grossen Schweizer Bahnhöfen? Und warum das Modell nicht noch erweitern für die nächste Generation? Die neuste Idee des umtriebigen EPFL-Professors: ein Gratis-Modul rund um künstliche Intelligenz für Schülerinnen und Schüler.

 

DFAB House

Das DFAB House im NEST auf dem Empa-Campus ist das grösste in digitaler Fabrikation realisierte Haus der Welt. Foto: Roman Keller

Aber zurück zu den Ingenieurinnen und Planern, die unsere analoge Umwelt gestalten. Wie baut man eine Welt, die sich ihrer Fragilität und Begrenztheit immer mehr bewusst wird? Und in der, auch ein wichtiger Unterschied zum 19. Jahrhundert, eine wie auch immer verstandene «zivile» Gesellschaft nicht einfach an den Ländergrenzen aufhört? Matthias Kohler, im Team mit Fabio Gramazio, Professor für Architektur und Digitale Fabrikation an der ETH Zürich, betont im Gespräch, dass es dem Team nicht in erster Linie darum gehe, neue Formen des Bauens zu erproben (er nennt es die «Befreiung des Betons»). Letztlich gehe es immer um Nachhaltigkeit. Kohler will diese nicht nur ökologisch, sondern auch gesellschaftlich verstanden wissen: Neben der besseren Ressourcennutzung will er auch eine gewisse «Sinnlichkeit» in die Architektur zurückbringen, als Kontrast zum «durchrationalisierten Bauen», das man als Ausdruck industriellen Bauens verstehen kann. Was sich gerade durch digitale Methoden entwickle sei jedoch eine «massgeschneiderte Version der Industrialisierung». Auf dem Weg zu Kohlers Büro auf dem Campus ETH Hönggerberg bekommt man einen Eindruck davon: Im Erdgeschoss arbeiten grosse Industrieroboter im weltweit grössten Labor für robotische Fabrikation in der Architektur und die oberen Etagen, wo auch gelehrt wird, sind voller Entwürfe mit ungewohnten Formensprachen. Dabei bleibt es nicht nur bei der Forschung und dem Experiment, sondern Forschungsergebnisse werden auch in die Praxis überführt. Ein Resultat steht auf dem Eawag-Empa-Campus in Dübendorf: das weltweit einzigartige modulare Forschungs- und Innovationsgebäude NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies).

25 % weniger Energieverbrauch

Die vom Empa-Energy-Hub entwickelte intelligente Heizungssteuerung ist ein Vorzeigeprojekt des NEST.

Im NEST können zukunftsweisende Bautechnologien erprobt werden, in enger Kollaboration mit der Industrie. Diesen Technologien durch die schwierige Phase zwischen Entwicklungslabor und Markt zu helfen, sei das Ziel von NEST, so Enrico Marchesi, Innovation Manager NEST bei der Empa. Die Baubranche sei eine der volkswirtschaftlich grössten Branchen, aber leider auch diejenige mit dem langsamsten Innovationstempo. Im NEST fühlen sich Forschende, die gern etwas simulieren, genauso wohl wie die Industriepartner, die sehen wollen, wie es in der Praxis funktioniert, sagt Marchesi. Das Projekt hat sich in den etwas mehr als drei Jahren seit der Eröffnung zu einem Leuchtturm entwickelt: Es findet nicht nur bei nationalen Partnern aus Forschung und Industrie grosse Beachtung, sondern wird auch regelmässig von internationalen Delegationen besucht. Eines der Vorzeigeprojekte ist eine vom Empa-Energy-Hub entwickelte intelligente Heizungssteuerung, die den Energieverbrauch um gut 25 Prozent senken kann. Und deren autonomes Schalten und Walten bei den Bewohnern – ebenso wichtig – auf breite Akzeptanz stösst. Der verwegenste Teil des NEST ist aber das DFAB House, das grösste in digitaler Fabrikation realisierte Haus der Welt und die neuste Einheit, in der «Gramazio Kohler Research» im Kollektiv mit sechs weiteren ETH-Professuren ihr Konzept des digitalen Gestaltens und Bauens auf die Spitze getrieben haben. Rund 40 Forschende unterschiedlicher Disziplinen haben im Rahmen des NFS «Digitale Fabrikation» mitgeplant. Viele Teile, wie zum Beispiel das ungewöhnliche Holzfassaden-Fachwerk, wurden sogar von Algorithmen «generiert». Kohler sieht auch hier einen Paradigmenwechsel: Planungsprozesse werden adaptiv, Bedürfnisse können laufend aufeinander abgestimmt werden. Bauen als Kanon vieler Stimmen.

«Als Ökologe bin ich Grundlagenforscher, aber als Experte stelle ich mich in den Dienst der Gesellschaft.» Florian Altermatt, Gruppenleiter an der Eawag und Professor für Aquatische Ökologie an der UZH

«Um die Herausforderungen von heute zu meistern, braucht es die umfassendere Sicht des Umweltnaturwissenschaftlers. Techniklösungen allein werden schlichtweg nicht reichen», ist Florian Altermatt überzeugt. Als Gruppenleiter an der Eawag und Professor für Aquatische Ökologie an der Universität Zürich untersucht er den Zustand und Wandel der Biodiversität in Gewässern. «In jüngster Zeit sehen wir tatsächlich extreme Veränderungen, stark beeinflusst durch die Landnutzung.» Es wäre der Moment für eine rigorose Bestandsaufnahme der Biodiversität, mit neuen von ihm mitentwickelten technischen Möglichkeiten wie der Umwelt-DNA-(eDNA)-Analyse. Gleichzeitig ist dieses Wissen aber auch von dringlicher gesellschaftlicher Relevanz: «Eigentlich verfügen wir noch über ungenügendes Wissen über Biodiversität – und dabei müssten wir wichtige Entscheide fällen.» Eine Million Arten seien weltweit vom Aussterben bedroht, in Gewässern oder an Land, es wäre also, glaubt Altermatt, ein transformativer Wandel nötig, «und der kann nicht allein technischer Natur sein». Es wird keine einfache Aufgabe sein, er hält es für nichts weniger «als eine der grössten Herausforderung vor denen die Menschheit je stand». Die aber — mit der richtigen Mischung an Expertise — zu
meistern sei. Gerade an der Eawag sieht Altermatt eine grosse Exzellenz, gesellschaftliche Rahmenbedingungen mitzudenken, in interdisziplinären Teams. Theorie und Praxis sind heutzutage nicht mehr zu trennen. «Als Ökologe bin ich Grundlagenforscher, aber mir und meinen Kolleginnen und Kollegen ist die Umsetzung dieses systemischen Wissens extrem wichtig.» Als Forscher treiben ihn die theoretischen Einblicke an, als Experte stellt er sich in den Dienst der Gesellschaft – so hat er unlängst einen Synthesebericht im Auftrag des BAFU erstellt, in dem es um die Auswirkungen des Klimawandels auf Schweizer Gewässer geht.