ETH-News

Der Bergsturz von Brienz (GR) hat die Schweiz 2023 wochenlang in Atem gehalten. Mit einem Modell konnten Forschende des ETH-Bereichs blind pr?zise vorhersagen, wo das Bergsturzmaterial stoppen wird. ETH-Professor Johan Gaume erkl?rt, wie das Modell funktioniert und wo seine Grenzen liegen.

Um die Resilienz der Erde zu verstehen, modellieren Forschende der ETH Z¨¹rich Klimaver?nderungen l?ngst vergangener Zeiten. Und sie zeigen: Pflanzen sind nicht einfach Opfer der Umst?nde, sondern haben die Klimabedingungen auf der Erde mitgestaltet.

Die Ozeane werden aktuell von einer aussergew?hnlichen Hitzewelle erfasst, deren Intensit?t Klimaforschende ¨¹berrascht. Umweltphysiker Nicolas Gruber ordnet ein.

Dank Computersimulationen wissen Forschende im Detail, wie Wirkstoffe Zellmembranen durchqueren. Mit den Erkenntnissen lassen sich nun neue Arzneimittel gezielter entwickeln.

ETH-Forschende untersuchten im Detail, wie sich w?hrend der Embryonalentwicklung das Neuralrohr formt. Sie kommen zum Schluss: Dies geschieht weniger aktiv als bisher angenommen. Auswirkungen hat das auch f¨¹r das Verst?ndnis von Fehlbildungen wie einem offenen R¨¹cken.

Forschende der ETH Z¨¹rich, des Inselspitals und der Universit?t Bern statten Darmbakterien mit einer Datenlogger-Funktion aus und ¨¹berwachen damit, welche Gene in den Bakterien aktiv sind. Die Mikroorganismen sollen dereinst?Krankheiten diagnostizieren und die Gesundheitsauswirkungen einer Di?t erfassen.

Forschende entwickelten eine neue Methode, die mit k¨¹nstlicher Intelligenz das Verhalten von Tieren auswertet. Damit sind in der Verhaltensforschung detailliertere Untersuchungen und solche ¨¹ber lange Zeitr?ume m?glich. Ausserdem hilft die Methode, das Tierwohl zu st?rken. Bereits getestet wird sie im Zoo Z¨¹rich.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben einen neuen Algorithmus entwickelt, der es ihnen erlaubt, die Dynamik physikalischer Systeme aus Beobachtungen zu modellieren. In Zukunft k?nnte er auf das Entstehen von Turbulenz und Kipppunkte im Klima angewandt werden.

Ob auf dem Cappuccino oder in Wasserf?llen, Schaum ist allgegenw?rtig. Sch?ume realit?tsnah mit einem Supercomputer zu simulieren, war bis anhin nahezu unm?glich. Ein von der Forschungsgruppe von ETH- und Harvard-Professor Petros Koumoutsakos weiterentwickeltes Verfahren kann die H¨¹rden nun ¨¹berwinden.

Wie stark die derzeitige Chemikalienproduktion weltweit in die Natur eingreift, haben Forscher der ETH Z¨¹rich erstmals in absoluten Zahlen berechnet ¨C das Ergebnis ist ersch¨¹tternd. Neben CO₂-Emissionen ber¨¹cksichtigt die neue Methode auch die Landnutzung und den S¨¹sswasserverbrauch.

Wer den Cyberspace nutzt, begegnet m?glicherweise bald einmal animierten Avataren. ETH-Forscher haben neue Algorithmen entwickelt, mit denen sich virtuelle Menschen deutlich einfacher als bisher erstellen lassen.

Dank eines neuen Computermodells k?nnen Forschende der ETH Z¨¹rich nun besser erkl?ren, weshalb die Regenw?lder Afrikas weniger Arten beherbergen als die Tropenw?lder S¨¹damerikas und S¨¹dostasien. Der Schl¨¹ssel zu einer hohen Artenvielfalt ist, wie dynamisch sich die Kontinente ¨¹ber die Zeit entwickelt haben.

Lange pr?gten Theorie und Hardware die Entwicklung der Quantencomputer. Nun r¨¹cken zunehmend Fragen der Programmierung, Software und Sicherheit in den Vordergrund.

Dass CO₂ die Erde erw?rmt, wissen wir bereits. Wollen wir jedoch den Wandel verstehen und Risiken vermeiden, sind sch?rfere Wetter- und Klimamodelle unabdingbar, sagt Nicolas Gruber.

Niko Beerenwinkel, Professor am Departement f¨¹r Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel, untersucht gemeinsam mit Kollegen anderer Forschungsinstitutionen das Abwasser auf Spuren des Coronavirus. In f¨¹nf von sechs untersuchten Schweizer Kl?ranlagen hat er die Delta-Variante nachgewiesen, so auch in Z¨¹rich und Bern. ETH-News hat sich mit ihm unterhalten.

Die Materialtheoretikerin Chiara Gattinoni erforscht mit dem Supercomputer ?Piz Daint? am CSCS eine spezielle Klasse von Materialien: die Ferroelektrika. Diese Materialien k?nnten k¨¹nftig das Herzst¨¹ck von energiesparenden, miniaturisierten Datenspeichern in elektrischen Ger?ten sein. Eines der von der ETH-Forscherin analysierten Ferroelektrika ist ihrer Meinung nach geradezu magisch.

Gemeinsam kommen wir besser durch Krisen. Das zeigt beispielhaft eine von ETH-Professor Dirk Helbing geleitete Untersuchung: Teilen wir im Fall einer Katastrophe quasi unsere Handyakkuladung mit anderen Menschen, k?nnte dies die Kommunikation l?nger aufrechterhalten und Leben retten.

Bei Ger?ll- und Schlammlawinen bleibt meistens wenig Zeit zu warnen. Mit seismischem Monitoring und maschinellem Lernen entwickelten Forschende der ETH Z¨¹rich und der WSL ein Alarmsystem, das bei Murg?ngen am Illgraben fr¨¹hzeitig warnen kann.

Die Wassermengen in Fl¨¹ssen haben sich in den letzten Jahrzehnten weltweit stark ver?ndert. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Z¨¹rich konnte nun belegen, dass der Klimawandel daf¨¹r auf globaler Ebene eine entscheidende Rolle spielt, nicht aber Gew?ssermanagement und Landnutzung.

Ein digitaler Zwilling der Erde soll k¨¹nftig das Erdsystem simulieren. Er k?nnte die Politik dabei unterst¨¹tzen, geeignete Massnahmen zum Schutz vor Extremereignissen zu treffen. Ein Strategiepapier von europ?ischen Forschenden und ETH-Informatikern zeigt, wie das zu erreichen ist.

Erstmals ist es Forschern der ETH Z¨¹rich gelungen, die Modellierung von Turbulenzen zu automatisieren. Ihr Projekt verbindet Reinforcement Learning-Algorithmen mit turbulenten Str?mungssimulationen auf dem CSCS-Supercomputer ?Piz Daint?.

ETH-Forschende klassifizierten mithilfe von Computersimulationen die heutigen Aktivit?ten von Coronae-Strukturen auf der Oberfl?che der Venus ¨C und finden zu ihrer ?berraschung einen bis dato unentdeckten Feuerg¨¹rtel auf unserem Nachbarplaneten.

Forschende der ETH Z¨¹rich und des Inselspitals Bern entwickelten eine Methode, mit der Kreislaufversagen von Patientinnen und Patienten auf der Intensivstation mit hoher Zuverl?ssigkeit vorhergesagt werden kann. Medizinisches Personal kann so fr¨¹her intervenieren. Dem Ansatz zugrunde liegt die Auswertung umfangreicher Patientendaten durch Methoden des maschinellen Lernens.

Analysen von ?ffentlich zug?nglichen Genomdaten liefern Hinweise auf die Anf?nge der Corona-Epidemie in China. Forschende des Departements f¨¹r Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel verwendeten daf¨¹r ein von ihnen in den vergangenen Jahren entwickeltes statistisches Modell.

ETH-Forscher best?tigen ein Paradox: Eine soeben in der Fachzeitschrift ?Nature Climate Change??ver?ffentlichte Studie beweist, dass Pflanzen in h?heren Lagen w?hrend D¨¹rren nicht verdorren, sondern pr?chtig gedeihen.

Dem gr?ssten Gletscher der Alpen setzt die Klimaerw?rmung sichtlich zu. ETH-Forscher haben nun berechnet, was vom Aletsch?glet?scher Ende Jahrhundert noch zu sehen sein wird. Im ung¨¹nstigsten Fall sind es noch ein paar kleine Eisfelder.

Hochschulen nehmen eine immer wichtigere gesellschaftliche Rolle ein, da sie Master-Studenten wie David Yenicelik ein f?rderliches Umfeld bieten. Als Mitbegr¨¹nder von Skilllab entwickelt Yenicelik k¨¹nstliche Intelligenz, die Fl¨¹chtlingen dabei helfen soll, sich in den ?rtlichen Arbeitsmarkt zu integrieren.

Klimamodelle sind eine Erfolgsgeschichte, viele ihrer Voraussagen sind eingetroffen. Weshalb die Forschung dennoch neue Modelle braucht, erkl?rt Reto Knutti in seinem Blogbeitrag.

Sowohl Viren als auch Kriminalit?t und andere Probleme breiten sich ¨¹ber Netzwerke aus. ETH-Forscher haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, wie man Netze kosteng¨¹nstiger sch¨¹tzen kann. Wenn das Budget eine Rolle spielt, sollte man mit mittelgrossen Netzwerkknoten beginnen.

Die feste Oberfl?che und das ausgeglichene Klima verdankt die Erde teilweise einem massereichen Stern in der N?he der Sonne, als diese geboren wurde. W?ren die radioaktiven Elemente dieses sterbenden Sterns nicht ins fr¨¹he Sonnensystem eingespeist worden, w?re unser Heimatplanet eine lebensfeindliche Eis- und Wasserw¨¹ste. Das ist das Ergebnis von Computersimulationen zur Planetenentstehung.

Forscher haben das Eisvolumen aller Gletschergebiete der Erde mit Ausnahme der Eisschilde Gr?nlands und der Antarktis neu berechnet. Fazit: Die Eisvorr?te der Hochgebirge Asiens wurden bislang ¨¹bersch?tzt.

In der ersten Januarwoche hat sich die arktische Stratosph?re schlagartig erw?rmt, Klimawissenschaftler bezeichnen dies als ein ?sudden stratospheric warming? (SSW). Die Folge davon ist kaltes Winterwetter ¨C ETH-Professorin Daniela Domeisen und ihr Doktorand Alexander Wollert haben dieses Ph?nomen eindr¨¹cklich visualisiert.

Nepal wurde 2015 von einem Beben der Magnitude 7,8 heimgesucht. Doch dem Land k?nnten noch weitaus st?rkere Erdbeben drohen. Das schliessen ETH-Forscher aus Simulationen mit einem neuen Modell, welches die Vorg?nge in der Bruchzone zwischen der Eurasischen und der Indischen Platte abbildet.

ETH-Forscherinnen und -Forscher haben mithilfe von maschinellem Lernen erstmals Proteine auf der Oberfl?che von Zellen umfassend untersucht und katalogisiert. Die Erkenntnisse erm?glichen einen neuen Ansatz in der Medikamentenforschung.

Astrophysiker von Universit?t und ETH Z¨¹rich zeigen, wie die Eismonde von Uranus entstanden sind. Ihr Ergebnis deutet darauf hin, dass solche potenziell bewohnbaren Welten im Universum viel h?ufiger vorkommen, als bisher angenommen. ?

Ein internationales Forscherteam rekonstruiert mit einem Computermodell die Geschichte der Vergletscherung der Alpen und macht sie in einer zweimin¨¹tigen Computeranimation sichtbar. Die Simulation soll helfen, die Mechanismen der Vergletscherung besser zu verstehen.

Forscher der ETH Z¨¹rich und von Agroscope modellieren, wo Schadinsekten k¨¹nftig vorkommen. Dies hilft, potenzielle Invasoren fr¨¹hzeitig zu erkennen und f¨¹r die Landwirtschaft m?gliche Abwehrmassnahmen zu planen.

Heute haben die Kollaborationen, welche die Experimente Atlas und CMS am Large Hadron Collider (LHC) am Cern betreiben, neue Resultate zum Higgs-Boson ver?ffentlicht ¨C kurz nachdem die Schweizerische Nationalbank die neue 200er Note in Umlauf gebracht hat. An beiden Projekten hat ETH-Professor G¨¹nther Dissertori massgeblich mitgearbeitet.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler k?nnen ¨¹ber Details oft hitzig und lange debattieren. Zum Beispiel dar¨¹ber, ob und wie sich Atome in einem Kristall beim Erw?rmen verschieben und damit die Symmetrie ver?ndern. F¨¹r das Mineral Bleitellurid l?sten nun ETH-Forschende mit Simulationen auf dem CSCS-Supercomputer ?Piz Daint? ein lang debattiertes Problem.

Manchmal ver?ndern sich Viren und Bakterien genetisch so, dass sie neue Eigenschaften entwickeln, die sie f¨¹r Menschen gef?hrlicher machen. Die mathematischen Modelle von Tanja Stadler geben Aufschluss, wie schnell sie sich ver?ndern und ausbreiten k?nnen.

Forscher der ETH Z¨¹rich kl?ren die bisher ungel?ste Frage, ob Fischschulen Energie sparen. Dies gelang ihnen, indem sie die komplexen physikalischen Str?mungssysteme detailliert auf dem Supercomputer ?Piz Daint? simulierten und mit einem Algorithmus des Verst?rkenden Lernens (Reinforcement Learning) kombinierten.

Eine Auswertung von Wetterradarmessungen bringt es an den Tag: Im ?stlichen Mittelmeer sinkt die Gesamtregenmenge mit zunehmenden Temperaturen. W?hrend St¨¹rme schw?cher werden, verst?rkt sich Konvektionsniederschlag - der Treiber f¨¹r Naturgefahren in der Region wird immer intensiver.

ETH-Computergrafiker haben die Wolkenbildung und Luftstr?mungen in hochaufgel?sten Wettersimulationen analysiert und daf¨¹r eine Wettersituation dreidimensional dargestellt. Von einer solchen Visualisierungsmethode k?nnten k¨¹nftig die Fliegerei und die Meteorologie profitieren.

ETH-Forscher entwickelten multifunktionale Origami-Strukturen und stellten diese mit dem 3D-Drucker her. Das den Formen zugrundeliegende Prinzip schauten sie dem Ohrwurm ab.

Ein von ETH-Physikern geleitetes internationales Forschungsteam hat mithilfe von maschinellem Lernen einem Computer beigebracht, die Ergebnisse von Quanten-Experimenten vorherzusagen. Die Resultate k?nnten f¨¹r das Testen zuk¨¹nftiger Quantencomputer wichtig werden.

Digitale Fabrikationsmethoden f¨¹r Geb?ude und atemberaubende Betond?cher, ein Herz aus Silikon und ein neuer Studiengang in Medizin. Die Lehre und die Forschung der ETH Z¨¹rich war 2017 gepr?gt von Aufbruch und Pioniergeist.

Die Digitalisierung ver?ndert unsere Gesellschaft rasant. Was dieser Umbruch f¨¹r unser Land und unsere Wirtschaft bedeutet, zeigt der erste nationale Digitaltag am 21. November 2017. Auch die ETH Z¨¹rich ist mit von der Partie und beleuchtet an diesem Tag ausgew?hlte Aspekte des digitalen Wandels.

ETH-Forschende zeigen auf, dass Magmakammern unter Supervulkanen eher vollgesogenen Schw?mmen gleichen als Reservoirs von fl¨¹ssigem Gestein. Bevor ein solcher Vulkan ausbricht, muss dieser Brei langsam mit W?rme aus dem Erdmantel reaktiviert werden.

Zum ersten Mal ist es ETH-Wissenschaftlern gelungen, die Bildung von kontinentaler Erdkruste im Archaikum mit einer Computersimulation nachzuvollziehen. Das Modell hilft, die Vorg?nge, die sich vor drei bis vier Milliarden Jahren abspielten, besser zu verstehen.

Die ETH Z¨¹rich und die ETH Lausanne er?ffnen gemeinsam ein nationales Zentrum f¨¹r Datenwissenschaften. Damit wollen die beiden Hochschulen Innovationen in diesem Forschungsfeld vorantreiben und gleichzeitig die multidisziplin?re Forschung und offene Wissenschaft f?rdern. ?

Oft treten Klimaph?nomene scheinbar unerwartet auf und werden erst sp?ter erkl?rt. Dass Starkniederschl?ge mit steigender?CO₂-Konzentration zunehmen werden, haben Forscher hingegen schon vor Jahrzehnten mit Modellen vorhergesagt und erst jetzt fl?chendeckend nachgewiesen.

Biologische Zellen k?nnen sich ausdehnen und zusammenziehen und mit Nachbarzellen wechselwirken. Wo dabei welche Kr?fte wirken, k?nnen ETH-Forscher dank einer verbesserten Mikroskopiemethode einfacher und genauer bestimmen. Die Technik wird beispielsweise in der Krebsforschung verwendet.

Mit Vir2sense etabliert sich ein neuer ETH-Spin-off, der die Motoren von Hochseeschiffen optimieren m?chte ¨C mit einem virtuellen Pr¨¹fstand. Die Jungunternehmer Christophe Barro und Panagiotis Kyrtatos wollen ihr Produkt nun grossen Reedereien verkaufen.

Zellen haben einen untr¨¹glichen Riecher, der ihnen anzeigt, in welche Richtung sie wachsen m¨¹ssen, um sich einer Duftquelle zu n?hern. ETH-Forscher und -Forscherinnen haben nun herausgefunden, wie dieser Riecher funktioniert.

Dass die oberste starre Schicht der Erdoberfl?che aus beweglichen Platten zusammengesetzt ist, geh?rt zum Grundschulwissen. Welcher Mechanismus die Plattentektonik jedoch in Bewegung gesetzt hat, ist bislang ein R?tsel. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von ETH-Professor Taras Gerya hat nun mithilfe von Simulationen eine m?gliche Antwort erhalten.

Der ETH-Rat hat an seiner Sitzung vom 20. und 21. Mai 2015 gem?ss den Antr?gen des Pr?sidenten der ETH Z¨¹rich, Lino Guzzella, zw?lf Professorinnen und Professoren an der ETH Z¨¹rich ernannt.

Wie k?nnen wir unser heutiges Wissen f¨¹r die kommenden Jahrtausende konservieren? ETH-Forschende zeigen eine M?glichkeit, Informationen in Form von DNA zu speichern und f¨¹r (fast) die Ewigkeit haltbar zu machen.

Im vergangenen Sommer hat das ETH-Institut f¨¹r theoretische Studien (ETH-ITS) Fahrt aufgenommen: Vier Senior Fellows und zwei Junior Fellows widmen sich als G?ste der ETH Z¨¹rich ganz der Theoriebildung.

Im Mai hat die Schulleitung der Weiterentwicklung des Hochleistungsrechnens am CSCS zugestimmt. Ein neuer Rechner wird von der Universit?t Z¨¹rich mitgetragen. Die ETH Z¨¹rich ist bereit, gr?ssere Rechnerressourcen aller universit?ren Hochschulen und Fachhochschulen der Schweiz im CSCS unterzubringen.