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Künstliche Intelligenz

3D-Druck: Wenn Werkstoffe zum Leben erwachen


Das Projekt klingt wie aus einem Science-Fiction-Roman: An der ETH Zürich kooperieren Forscher unterschiedlicher Fachrichtungen, um konventionelle Stoffe mit Bakterien, Algen oder Pilzen zu kombinieren. Ihr Ziel: Sie schaffen lebende Materialien, die durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen nützliche Eigenschaften erlangen – „etwa die Fähigkeit, mittels Photosynthese CO₂ aus der Luft zu binden“, erklärt Mark Tibbitt, Professor für Makromolekulares Engineering an der ETH Zürich.

Wie der Informationsdienst Wissenschaft (IDW) berichtet, gelang einem interdisziplinären Team unter Tibbitts Leitung nun die Verwirklichung dieser Vision: Die Forscher integrierten photosynthetische Bakterien – sogenannte Cyanobakterien oder Blaualgen – stabil in ein druckbares Gel und schufen daraus einen lebenden Werkstoff, der wächst und aktiv Kohlenstoff aus der Luft entfernt. In einer Studie im Fachmagazin Nature Communications stellten die Wissenschaftler ihr „photosynthetisches lebendes Material“ kürzlich vor.

Merkmal: Doppelte CO₂-Bindung

Forscher formen den lebenden Werkstoff mit 3D-Druck nach Belieben und versorgen ihn für sein Wachstum lediglich mit Sonnenlicht, CO₂ und künstlichem Meerwasser, das leicht verfügbare Nährstoffe enthält. „Als Baumaterial könnte er in Zukunft helfen, CO₂ direkt in Gebäuden zu speichern“, sagt Tibbitt, der die Forschung zu lebenden Materialien an der ETH Zürich mitbegründet hat. Das Material zeichnet sich dadurch aus, dass es deutlich mehr CO₂ aufnimmt, als es durch organisches Wachstum bindet. „Das liegt daran, dass das Material Kohlenstoff nicht nur in Biomasse, sondern auch in Form von Mineralien speichern kann – eine besondere Eigenschaft der Blaualgen“, erklärt Tibbitt.

Yifan Cui, einer der beiden Erstautoren der Studie, betont: „Cyanobakterien gehören zu den ältesten Lebensformen der Erde. Sie betreiben Photosynthese äußerst effizient und nutzen selbst schwaches Licht, um aus CO₂ und Wasser Biomasse zu erzeugen.“ Gleichzeitig verändern Blaualgen durch Photosynthese ihre chemische Umgebung außerhalb der Zelle, wodurch feste Karbonate wie Kalk entstehen. Diese Mineralien bilden eine zusätzliche Kohlenstoffsenke und speichern CO₂ im Gegensatz zu Biomasse dauerhaft.

Blaualgen im Habitat

„Diese Fähigkeit nutzen wir gezielt in unserem Material“, sagt Cui, der in Tibbitts Forschungsgruppe doktoriert. Die Mineralien lagern sich im Inneren des Materials ab und stärken es mechanisch. So verhärten die Cyanobakterien die zunächst weichen Strukturen allmählich. Laborversuche zeigen, dass das Material über 400 Tage hinweg kontinuierlich CO₂ bindet, den Großteil in mineralischer Form – etwa 26 Milligramm CO₂ pro Gramm Material. Das übertrifft viele biologische Ansätze und entspricht der chemischen Mineralisierung von Recyclingbeton (rund 7 mg CO₂ pro Gramm).

Das Trägermaterial, ein Hydrogel aus vernetzten Polymeren mit hohem Wassergehalt, beherbergt die Blaualgen. Tibbitts Team wählte das Polymeernetzwerk so, dass es Licht, CO₂, Wasser und Nährstoffe transportiert und den Zellen ermöglicht, sich gleichmäßig im Inneren zu verteilen, ohne das Material zu verlassen. Um die Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit der Cyanobakterien zu maximieren, optimierte das Team die Geometrie der Strukturen per 3D-Druck, um die Oberfläche zu vergrößern, die Lichtdurchdringung zu erhöhen und den Nährstofffluss zu fördern.

Co-Erstautorin Dalia Dranseike erklärt: „So kreierten wir Strukturen, die nur mit einem kleinen Teil in der Nährflüssigkeit stehen und diese passiv durch Kapillarkräfte im ganzen Körper verteilen.“ Dank dieses Designs hätten die eingekapselten Cyanobakterien mehr als ein Jahr lang produktiv gelebt, freut sich die Materialforscherin in Tibbitts Team. Die Forscher betrachten ihr lebendes Material als energiearmen und umweltfreundlichen Ansatz, der CO₂ aus der Atmosphäre bindet und bestehende chemische Verfahren ergänzt. „In Zukunft wollen wir untersuchen, wie das Material als Beschichtung für Gebäudefassaden verwendet werden kann, um während des ganzen Lebenszyklus eines Bauwerks CO₂ zu binden“, blickt Tibbitt voraus.

Ausstellung in Venedig

Für die Ausstellung „Picoplanktonics“ im Kanada-Pavillon auf der Architekturbiennale in Venedig zeigt das Projektteam noch bis zum 25. November die gedruckten Strukturen. Wie lebende Bausteine ranken die bis drei Meter hohen Objekte, die wie aus einer anderen Welt wirken. Diese können aufgrund der Cyanobakterien je bis zu 18 kg CO₂ pro Jahr binden – etwa gleich viel wie eine 20 Jahre alte Kiefer.

Forscher entwickelten das photosynthetische lebende Material durch interdisziplinäre Zusammenarbeit im Rahmen der ALIVE-Initiative (Advanced Engineering with Living Materials). Die ETH Zürich startete ALIVE, um Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zu vereinen und neue lebende Werkstoffe für vielfältige Anwendungen zu schaffen.


(usz)



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Shooter-Klassiker „Heretic“ und „Hexen“ erscheinen in Remaster-Versionen


Zwei Shooter-Klassiker im Fantasy-Gewand bekommen Neuauflagen: Bethesda hat ein Bundle aus „Heretic“ und „Hexen“ namens „Heretic + Hexen“ veröffentlicht, das für alle gängigen Plattformen verfügbar ist – darunter auch die Last-Gen-Konsolen Xbox One und Playstation 4. PC-Spieler können sich das 15 Euro teure Paket in der Xbox-App, auf Steam und auf GOG abholen. Alternativ sind beide Remaster-Version der Shooter im Game Pass erhältlich.

Wer bereits die Original-DOS-Versionen der beiden Spiele besitzt, bekommt in seiner Bibliothek außerdem ein kostenloses Upgrade, das bereits zum Download bereitstehen sollte. Zu den Neuerungen der Neuauflagen, die von den Nightdive Studios umgesetzt wurden, gehören Engine-Fixes, Mods-Support mit spielinternem Browser, Unterstützung für Quicksaves und Controller-Support. Die Nightdive Studios haben unter anderem Remaster von „System Shock“, „Quake“ und „Doom“ entwickelt.

Mehr Pixel und mehr FPS

Technisch wurde vor allem die Pixel-Anzahl nach oben geschraubt: Auf den aktuellen Konsolen laufen die beiden Shooter nun mit einer maximalen Auflösung von 4K und einer maximalen Bildrate von 120 FPS auf Konsolen. Auf dem PC dürfte je nach Konfiguration noch mehr drin sein. Die vorherige Konsolengeneration schafft immerhin FullHD mit 60 FPS.

Das Bündel aus „Heretic“ und „Hexen“ umfasst neben den beiden Hauptspielen alle Zusatzinhalte sowie ein paar neue Level. Damit Nostalgiker nicht zwangsläufig wieder von vorn anfangen müssen, lassen sich die Kampagnen der Spiele im Re-Release in beliebiger Reihenfolge durchspielen.

„Heretic“ wurde 1994 für DOS veröffentlicht. Der Shooter wurde von Raven Software entwickelt – das Studio ist heute als Entwickler von „Call of Duty“-Spielen bekannt und gehört über Activision zu Microsoft. Als Publisher war das Bethesda-Studio id Software beteiligt. Ein Jahr später erschien mit „Hexen“ der inoffizielle Nachfolger von „Heretic“. Beide Shooter heben sich durch ihre Fantasy-Ästhetik von der Konkurrenz ab.


(dahe)



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Emacs trifft Claude: KI-gestützte Softwareentwicklung mit dem Editor-Urgestein


Der Texteditor Emacs kann nun auch KI-gestützte Softwareentwicklung: Claude Code IDE for Emacs bindet Anthropics Claude Code CLI in den Editor ein, der auf eine gut vierzigjährige Geschichte zurückblickt.

Das Open-Source-Projekt nutzt dafür das Model Context Protocol (MCP) für die Integration des KI-Modells in Emacs. Dabei bietet es eine bidirektionale Kommunikation, mit der nicht nur der Aufruf von KI-Hilfen möglich ist, sondern Claude Code CLI aktiv Emacs-Funktionen anstoßen kann.

Einblick in den Kontext

Claude Code IDE for Emacs erkennt automatisch das aktuelle Projekt, um passende Funktionen und Codeanalysen anzubieten. Über das Language Server Protocol (LSP) bietet es programmiersprachspezifische Funktionen zur Navigation im Code.



Dank der Integration erkennt das Tool die Datei im Editor als Rust-Modul und analysiert die zentralen Funktionen des Codes.

(Bild: Claude Code IDE for Emacs)

Für die Analyse des Syntaxbaums innerhalb des Codes setzt es auf die Parsing-Library Tree-Sitter, die Emacs seit 2023 direkt einbindet.

MCP als Steuereinheit

Über das Model Context Protocol kann man beliebige Emacs-Funktionen für Claude Code CLI bereitstellen. Auf die Weise kann der KI-Assistent unter anderem beliebige elisp-Funktionen (Emacs Lisp) ausführen oder ein projektweites Refactoring über mehrere Dateien durchführen.

Der Assistent nutzt die Datei project.el, um das aktive Projekt zu erkennen. Für die Arbeit an mehreren Projekten erhält jedes Projekt seine eigene Instanz von Claude Code, die sich in einem speziellen Buffer (*claude-code[project-name]*) findet.



Claude Code hilft bei der Fehlersuche und zeigt die Originaldatei neben der geänderten in einer Diff-Ansicht.

(Bild: Claude Code IDE for Emacs)

Zum Steuern der Integration bietet Claude Code IDE eine Reihe von Emacs-Befehlen: Mx claude-code-ide startet den KI-Assistenten für das aktive Projekt. Das Kommando M-x claude-code-ide-menu ruft ein interaktives Menü mit allen verfügbaren Funktionen auf.

Prompt für maßgeschneiderte Assistenz

Der Befehl claude-code-ide-system-prompt gibt Claude Code CLI einen Prompt mit. Das GitHub-Repository führt einen Beispiel-Prompt auf, mit dem das Modell funktionale Programmier-Patterns bevorzugt und auf Immutability setzt: „Focus on functional programming patterns and avoid mutations.“

Claude Code for Emacs ist unter der GPL-3.0-Lizenz verfügbar. Es benötigt Emacs ab Version 28.1 und eins der Terminal-Pakete vterm oder eat. Außerdem muss Claude Code CLI im PATH verfügbar sein.

Weitere Details und der Sourcecode finden sich im GitHub-Repository des Projekts. Es hat derzeit zwar erst 800 Stars und sechs Contributors, aber wer braucht schon Cursor und Co., wenn Claude Code CLI beim Programmieren mit dem guten alten Emacs hilft. Ein interessantes Bonusprojekt wäre die Anbindung von Claude Code an ELIZA: Der 1966 entwickelte, primitive Chatbot gehört zur Grundausstattung von Emacs.


(rme)



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Hochgeschwindigkeitszüge: Poröser Puffer reduziert Tunnelknall


Um komfortablere Fahrten mit Hochgeschwindigkeitszügen zu ermöglichen und die Umwelt akustisch zu entlasten, haben chinesische Forscher eine Möglichkeit gefunden, die niederfrequenten Schockwellen zu reduzieren, die entstehen, wenn etwa ein Magnetschwebezug mit einer Geschwindigkeit von 600 km/h aus einem Tunnel herausfährt. Das berichtet der „Guardian“ am Donnerstag. Demnach soll ein poröser, etwa 100 m langer Puffer am Tunneleingang den Tunnelknall deutlich vermindern können.

Fährt ein Hochgeschwindigkeitszug in einen engen Raum, wie etwa einen Tunnel, dann wird die Luft von ihm wie in einem Kolben komprimiert. Die vor dem Zug hergeschobene Luft entfaltet sich am Tunnleausgang und es kommt zum Tunnelknall, der sich wie ein kleiner Donnerschlag anhört. Dabei gilt: Je höher die Geschwindigkeit der Bahn, desto eher kommt es zu einer Schockwelle.

Bei besonders hohen Geschwindigkeiten von 600 km/h reichen bereits kurze Tunnel von etwa 2 km Länge aus, um einen Tunnelknall zu provozieren. Durchschnittliche Hochgeschwindigkeitszüge mit einer Geschwindigkeit von etwa 350 km/h benötigen bereits einen längeren Tunnel, um beim Tunnelaustritt einen Knall zu erzeugen.

Die chinesischen Ingenieure begegnen diesem Problem, indem sie einen leichtgewichtigen, porösen Puffer am Tunneleingang anbringen und eine Schicht des Materials zusätzlich an den Tunnelwänden des ersten Abschnittes auf 100 m Länge auftragen. Die vor dem Zug hergeschobene Luft kann so entweichen, noch bevor der Zug den Tunnelausgang erreicht. Das Prinzip gleicht dabei dem von Schalldämpfern bei Schusswaffen. Dabei wird der Mündungsknall durch den Einsatz getrennter Kammern reduziert, die die Gase der Treibladung des Projektils abbremsen.

Deutliche Minderung des Tunnelknalls

Die Wissenschaftler stellten fest, dass der Tunnelpuffer eine große Wirkung entfalten kann. Um bis zu 96 Prozent können die Druckschwankungen reduziert werden, sodass Tunnelaustritte leiser ausfallen und zu weniger akustischer Belastung der Umwelt führen. Die Kosten sollen gering sein, das Anbringen und Auftragen des porösen Materials sei nur mit wenig zusätzlicher Arbeit verbunden.

Diese Technik soll auf den Prototypen der chinesischen Magnetschwebebahn der China Railway Rolling Stock Corporation angewendet werden. Die Bahn könne im Dauerbetrieb 600 km/h schnell fahren und damit auf Kurz- und Langstrecken mit Inlandsflügen konkurrieren und zu einer ökologischen Entlastung beitragen. Auf einer Beispielstrecke zwischen Peking und Shanghai könnten die CO₂-Emissionen so um das Siebenfache geringer ausfallen. Der Zug könnte die Strecke in 2,5 Stunden überwinden, genauso lange wie die Flugzeit dauert.

Noch gibt es jedoch keine solche Strecke. Eine offizielle Genehmigung der Zentralregierung in Peking für den Bau steht noch aus. Die Provinzregierungen drängen aber auf die Errichtung einer solchen Pilotstrecke.

Die Technik zur Reduzierung des Tunnelknalls könnte allerdings auch auf „langsamere“ Bahnen angewendet werden, die um die 350 km/h fahren können. Es ist denkbar, dass die Technik auch in anderen Ländern mit Hochgeschwindigkeitszügen eingeführt wird. Darunter fällt beispielsweise Japan. Auf der Strecke zwischen Tokio und Osaka soll eine Magnetschwebebahn mit Tempo 505 km/h fahren und damit eine derzeit 2,5 Stunden lange Fahrt auf 67 Minuten im Inlandsverkehr reduzieren. Die Strecke soll jedoch erst ab 2027 gebaut werden.


(olb)



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