Naturwissenschaften, Umwelt und Technik

Autobiografie, Schweizer Molekularbiologe, Tierwissenschaften, genetischer Fingerabdruck

Professor Urs Kuhnlein ist Molekularbiologe, passionierter Bergsteiger und Naturfreund sowie Mitglied einer Grossfamilie, die über die Schweiz, Kanada und die USA verstreut ist. Er studierte in der Schweiz an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) und der Universität Genf und kann auf eine beeindruckende akademische Karriere zurückblicken, die mit der Ernennung zum Professor Emeritus an der McGill University in Montreal, Kanada, ihren Abschluss fand.

Ernährung, Lebensmittel, Alternativprodukte, Ersatzprodukte, Food Ethics, Tierwohl, In-vitro-Fleisch, vegetarisch

In den letzten Jahren sind zunehmend Lebensmittel auf den Markt gekommen, die als Ersatz für tierische Produkte gedacht sind. Dies ist auch mit dem Ziel geschehen, die Nachhaltigkeit der Ernährung zu verbessern und die Gesundheit positiv zu beeinflussen. Es stellt sich jedoch die Frage, ob diese Alternativ- oder Ersatzprodukte tatsächlich dazu in der Lage sind.

Autobiography, Swiss Molecular Biologist, Animal Science, DNA Fingerprinting

Professor Urs Kuhnlein is an accomplished molecular biologist, a celebrated mountaineer and nature lover, and a devoted member of an extended family that stretches from Switzerland to Canada and the United States. He graduated from the Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) and the University of Geneva in Switzerland and excelled academically, eventually becoming Emeritus Professor at McGill University in Montreal, Canada. In this volume, he vividly recalls his summit experiences from the first on the Bietschhorn in the Canton of Wallis to Denali in Alaska. His colleagues, students, friends, family, and like-minded adventurers will recognize his keen interests in and rich insights into the diverse worlds captured in this memoir. Urs now lives on Fidalgo Island in the San Juans of Washington State.

Desinformation, Identitätsmissbrauch, Facial Reenactment, Face Morphing, Face Swapping, Gesichtsgeneration, Full Body Puppetry, Deepfake-Audio

Die Imitation von Stimmen und Gesichtern mittels neuer KI-Technologien wird zunehmend einfacher – und die Resultate sind schon heute kaum mehr von echten Stimmen und Gesichtern zu unterscheiden. Diese Technologien bieten viele kreative und innovative Nutzungspotenziale, sowohl für Privatnutzende als auch für verschiedene Wirtschaftsbereiche. Andererseits sind Deepfake-Videos und Deepfake-Audios auch Quell zahlreicher Risiken: Sie können z.B. politische Desinformation vereinfachen, Mobbing Vorschub leisten und kriminelle Aktivitäten begünstigen.

Treibhausgasemissionen, Klimaziele, Netto-Null-Ziel 2050, Negativemissionstechnologien, Waldmanagement, Bodenmanagement, BECCS, DACCS, Carbonatisierung, Geoengineering

Mit dem Pariser Klimaabkommen von 2015 hat sich die Staatengemeinschaft verpflichtet, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2°C zu begrenzen. Der Weltklimarat geht inzwischen aber davon aus, dass die bisher beschlossenen Massnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen nicht genügen, um den menschengemachten Klimawandel in den Griff zu bekommen. Technologische Lösungen könnten dabei helfen, das Netto-Null-Ziel bis 2050 trotzdem zu erreichen: Sie sollen schwer vermeidbare Restemissionen aus Landwirtschaft, Tierhaltung und Abfalldeponien durch negative Emissionen kompensieren.

Cancer Treatment, Radiation Oncology, PSI, Pencil Beam Scanning, History of Medicine

Modern proton therapy is saving the lives of more and more children and adults with difficult-to-treat cancers. The spectacular rise of proton therapy might never have happened if it were not for the pioneering work of the Paul Scherrer Institute – a Swiss centre founded to explore physics and the nature of matter, but which turned its understanding of basic science into applications that would benefit mankind.

Biometrie, Gesichtserkennung, Spracherkennung, Smarte Lautsprecher, Jedermann-Identifikation, Emotionserkennung, Privatsphäre, Datenschutz, Social Scoring

Technologien zur Stimm-, Sprach- und Gesichtserkennung werden im Alltag bereits angewendet. Etwa in smarten Lautsprechern, die auf Kommando die gewünschte Musik abspielen oder Nutzerfragen beantworten, durch Strafverfolger zur Suche nach dem Gesicht von Verdächtigen in Videomaterial oder bei Bankkunden, die am Telefon anhand ihrer Stimme identifiziert werden.

Variationsrechnung, Fouriertransformation, Laplacetransformation, Wärmeleitungsgleichung, Wellengleichung, Potentialgleichung, Poissongleichung, Schwingungsgleichung

Dieses Lehrbuch richtet sich an Studierende der Ingenieur- und der Naturwissenschaften im zweiten Studienjahr. Es bietet eine einfache Einführung in das facettenreiche Gebiet der partiellen Differentialgleichungen und setzt an Vorkenntnissen nur das mathematische Grundwissen der Einführungsvorlesungen in Analysis voraus.

Neuroelektronik, Neuroenhancement, Digital Lifestyle, Selbstoptimierung, Leistungsüberwachung, Smartwatch, Energy Patch, Neuroheadsets, Bioelektronische Pflaster, Elektrotextilien, Exoskelette, RFID-Chips

Aktuelle Entwicklungen in der Elektronik, bei Sensoren und Werkstoffen machen es möglich, dass elektronische Geräte direkter mit dem menschlichen Körper verbunden werden können als bisher. Die Fortschritte in der Medizin stellen eine breite Palette von Technologien bereit, von denen sich einige auch für Anwendungen ausserhalb von Therapien eignen.

Erholungswald, Walderholungsplanung, Waldlabor, Sukzessionswald, Stadtwald, Waldwiesen, Waldseen, Forstästhetik, Freizeitnutzung

Siedlungsnahe Wälder gehören zu den beliebtesten Naherholungsräumen und werden für Freizeitaktivitäten stark genutzt. Die Infrastruktur im Wald könnte jedoch verbessert und noch wirksamer für den Menschen ausgestaltet werden. Oftmals könnte mit wenigen Mitteln viel erreicht werden. Damit könnte ein spürbarer Beitrag für die psychische und physische Gesundheit aller Waldnutzer:innen geleistet werden.

Chemische Gleichgewichte, Kinetik, Thermochemie, Thermodynamik, Spektroskopie, Elektrochemie, Elektronik, Transportphänomene, Grenzflächenphänomene

Die Publikation richtet sich an Dozierende und Studierende naturwissenschaftlicher Fächer mit physikalischer Chemie im Grund- oder Fachstudium. Sie vermittelt das Basiswissen, um typische Experimente zu verstehen und durchzuführen.

Landwirtschaft, Agrarmarkt, Agrarstrukturwandel, Agrarlobby, Agrarökologie, Nahrungsmittelproduktion, Subventionen, Direktzahlungen, Globalisierung

Dieses Buch vermittelt Basiswissen der Schweizer Agrarpolitik und ordnet dieses aus einer agrarökonomischen Sicht ein.

DNA-Anwendungen, Verwandtenforschung, Herkunftsforschung, DTC-Lifestyle-Gentest, Gentest, Forensik, DNA-Phänotypisierung, Lifestyle

Die Analyse der Erbsubstanz DNA hat sich von einem aufwendigen Vorhaben der Grundlagenforschung zu einem weitverbreiteten Werkzeug in verschiedenen Bereichen gewandelt.

Biogene Baustoffe, Biobasierte Gebäude, Pflanzenbasierte Baumaterialien, Nachhaltiges Bauen, Klimawandel, Bambus, Stroh, Schilf, Weide, Palmblätter, Rinde, Gras, Pilze, Rattan, Hanfkalk, Ökobilanz, Baumaterialien, Bautechnik, FIBRA Award

Ein wichtiger Beitrag zum ökologischen und gesellschaftlichen Wandel

Der Einsatz von Baustoffen aus schnell wachsende Pflanzen ist eine große Chance, unmittelbar eine große Menge CO2 einzuspeichern und damit dem Klimawandel entgegenzuwirken. Die 50 in diesem Buch vorgestellten biogenen Bauwerke (Wohnhäuser, Schulen, Gewerbebauten, Infrastrukturprojekte, etc.) wurden aus 226 Einreichungen von der Jury des FIBRA Awards, dem weltweit ersten Preis für zeitgenössische Pflanzenfaserarchitektur, ausgewählt. Aus Bambus, Stroh, Schilf, Palmblättern, Rinde, Nordsee- oder Andengras oder sogar aus Pilzen und lebenden Pflanzen hergestellt, fördern diese inspirierenden Beispiele aus 45 Ländern die Verwendung der reichlich vorhandenen, natürlichen, kostengünstigen und in der Verarbeitung energiesparenden Materialien.

Swelling Rocks, Swelling Processes, Anhydritic Claystones, Anhydrite Dissolution, Gypsum Precipitation, Self-Sealing

Anhydritic claystones are highly problematic for underground construction because of their swelling ability: When the rock comes into contact with water, the rock volume expands due to swelling of both clay as well as anhydrite. When the expansion is restricted, e.g., by an invert arch in tunneling, the swelling rocks can exert high pressures on the lining and damage the structure. The swelling behavior of purely argillaceous rock (containing solely swelling clays and no anhydrite) can be attributed mainly to osmotic processes and is well understood for the conceptual design of tunnels, as opposed to the swelling of anhydrite, where considerable knowledge gaps exist.

Tunnelling, Squeezing, Schistosity, Heterogeneity, Analytical Solution, Numerical Modelling, Segmental Lining

The magnitude of squeezing deformations in tunnelling often varies over short distances, even if there is no obvious change in the construction method, in the depth of cover, in the lithology or rock structure. As long as the reasons for the variability are not known, the tunnelling-induced convergences cannot be predicted with sufficient reliability. Reliable predictions, however, are important for determining the temporary support or the excavation diameter. Otherwise, large-scale tunnel repairs may be necessary, which can cause delay and additional costs due to remedial actions as well as due to the enforced interruption of other operations in progress at the same time.

Umweltwissenschaften, Umweltpolitik, Wissenschaftsgeschichte, Studienfach, Ökologie, Klimaforschung, Klimawandel, Umweltforschung, ETH Zürich

Als sich Umweltaktivistinnen und -aktivisten in der Schweiz ab 1970 verstärkt Gehör verschafften, konnten sie noch kaum auf wissenschaftliche Erkenntnisse zurückgreifen. Auch Möglichkeiten zur Aus- oder Weiterbildung im Umweltbereich gab es praktisch keine. Einzelne Verwegene hatten zwar damit begonnen, an der ETH Zürich Vorlesungen zu Ökologie und Umwelt anzubieten. Eine Debatte über Wege und Sinn der Umweltforschung und -lehre kam aber erst auf, als sich Studierende, Angehörige des Hochschul-Mittelbaus und die Professorenschaft zu organisieren begannen und die notwendigen Strukturen dafür schufen. Basierend auf dieser Aufbruchstimmung wurde dann in kürzester Zeit ein komplett neuer Studiengang aus der Taufe gehoben: die Umweltnaturwissenschaften. Was aber brauchte es, damit die Umwelt an die ETH kam?

Selbstfahrende Autos, autonome Fahrzeuge, Roboterauto, Mobilität, Automatisierungsstufen, Verkehrssicherheit, Verkehr, Auto

Das automatisierte Fahren hat das Potenzial, unsere Mobilität grundlegend zu verändern. Selbstfahrende Fahrzeuge könnten die Verkehrssicherheit erhöhen und Betagten, Kindern oder Menschen mit Behinderungen zu mehr Mobilität verhelfen. Leerfahrten und die Nutzung der Reisezeit für andere Aktivitäten könnten jedoch auch zu Mehrverkehr führen und die Zersiedelung verstärken. Automatisiertes Fahren könnte den öffentlichen Verkehr infrage stellen, aber auch neue innovative Mobilitätsangebote ermöglichen.

Die Rolle und Bedeutung selbstfahrender Fahrzeuge in der Schweiz bestimmen künftig die politisch gesetzten Leitplanken. Gesellschaft und Politik müssen die Rolle des Staats definieren und klären, wie sich die öffentliche Hand und private Unternehmen die neuen Aufgaben teilen sollen. Neben technologischen Fragen ergeben sich zudem zahlreiche Fragen zu Wirtschaft, Recht, Politik, Gesellschaft und Ethik.

Die vorliegende transdisziplinäre Technologiefolgenabschätzung ermöglicht eine Auslegeordnung, auf deren Basis die Chancen und Risiken selbstfahrender Fahrzeuge gesellschaftlich und politisch diskutiert werden können. Darauf aufbauend werden Handlungsempfehlungen formuliert, um das Steuer aktiv in die gewünschte Richtung zu lenken.

Quantum Information, Quantum Algorithms, Teleportation, Pseudo-Telepathy, Quantum Cryptography, Quantum Information Theory

The present text covers the connections between information and its processing on the one hand, and physics on the other. In the spirit of Rolf Landauer's slogan "Information is physical", consequences of physical laws for communication and computation are discussed, e.g. the second law of thermodynamics.

Textstruktur, Textgliederung, Gliederungsformen, formale Struktur, Bachelor, Master, Problemlösungszyklus, Wissenschaftlichkeit, wissenschaftliches Argumentieren

Dieser Band hilft Studierenden bei der Strukturierung ihrer Abschlussarbeiten. Dazu übersetzt er den traditionellen Gliederungsansatz mit den Phasen Entdeckung, Begründung und Verwertung in eine zeitgemässe Form. Grundlagen dafür sind die allgemeine Wissenschaftstheorie sowie neue Erkenntnisse des Systems Engineering, insbesondere der Problemlösungszyklus. Darüber hinaus werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu alternativen Vorgehensmodellen wie z. B. Hermeneutik und Dialektik aufgezeigt.