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Neuronale Netze entschlüsseln

Harald
Luksch

Beruf
Neurobiologe

Position
Professor für Zoologie und Leiter des Leonardo-da-Vinci-Zentrums für Bionik an der TU München

Harald Luksch
Quelle: 
privat

Der Münchner Neurobioniker Harald Luksch erforscht den Orientierungssinn der Tiere und entwickelt mit diesem Wissen Algorithmen für die Robotertechnik.

Eine Libelle faltet ihre Flügel aus und schwirrt davon. Ein Stück weiter klappt ein Schmetterling seine Flügel auseinander und gleitet durch die Luft: zwei Tiere, denen die Evolution das Fliegen ermöglicht hat, und die doch so ganz unterschiedliche Techniken dafür entwickelt haben. „Das hat mich schon als Kind fasziniert“, erinnert sich Harald Luksch. „Ich war als Kind viel in der Natur. Damals entstand der Wunsch, mehr von ihr zu verstehen.“ Heute ist Luksch Professor für Zoologie an der TU München, doch seine knappe Freizeit verbringt er immer noch gern in der Natur, beobachtet und bestimmt die Tiere dort.

Auch Philosophie gehört dazu

„Ich hätte wohl auch Ingenieur werden können“, meint Luksch rückblickend, „aber die Biologie interessierte mich am meisten.“ Besonders habe ihn fasziniert, wie Lebewesen denken. Was lag da näher als ein Studium der Neurobiologie? Während seiner Zeit an der Universität Bonn traf er auf den damals noch jungen Professor Wolfgang Walkowiak, dem er schließlich für seine Promotion an die Universität Köln folgte. Die erste Postdoc-Stelle führte Luksch nach Bremen, wo er auf den Biologen und Hirnforscher Gerhard Roth traf, der sich zudem intensiv mit der Philosophie beschäftigte – für einen Neurowissenschaftler eine durchaus relevante Horizonterweiterung.

Bald danach ging es für Luksch jedoch in die USA. „Eine Zeit im Ausland gehörte auch damals schon zu einer Forscherkarriere dazu“, schildert Luksch. „Die USA hatten die reichste Wissenschaftskultur. Heute gibt es auch in Europa viele starke Gruppen.“ Ein Auslandsaufenthalt weitet den Blick und ermöglicht, in die große internationale Forscherszene einzutauchen. „Die Zeit in Kalifornien war in vieler Hinsicht prägend, da sich dort mein heutiges Forschungsthema konkretisierte.“

Natürliche Lösungen oft unerwartet

Ein attraktives Angebot der RWTH Aachen lockte den jungen Wissenschaftler zurück in die Nähe seiner Heimatstadt St. Augustin. Die Arbeit in Aachen habe den technischen Aspekt in seine Arbeit gebracht, erzählt Luksch: „Da ging es erstmals Richtung Bionik.“ Es habe ihn inspiriert, biologische Lösungen der Evolution technisch umzusetzen. „Alle Organismen haben ähnliche Probleme wie wir, und die Evolution hat viele unterschiedliche Antworten gefunden.“ Schließlich könne ein Tier oder eine Pflanze nicht sagen: Das mache ich mit Titan. Die Lösung müsse mit dem jeweils verfügbaren Material gelingen. „Viele dieser Lösungen sind für uns ganz unerwartet“, weiß Luksch.

„Ich war immer sehr daran interessiert, die unterschiedlichsten Dinge zu verstehen – beispielsweise auch, wie das Gehirn arbeitet“, begründet der 53-Jährige seine Entscheidung für die Neurowissenschaft. „Neugierig zu sein und verstehen zu wollen, wie die Welt, wie Menschen funktionieren – das ist für die meisten Wissenschaftler der Antrieb.“ Natürlich müsse man sich manchmal thematisch stark fokussieren, „um die ganz harten Nüsse zu knacken, aber eine gewisse Offenheit auch für neue Fragen ist wichtig.“

Tobias Kohl und Harald Luksch untersuchen eine Gartenboa.
Quelle: 
AG Luksch

Tobias Kohl (li.) und Harald Luksch untersuchen eine Gartenboa.

Was passiert im Gehirn?

In seiner Karriere hat Luksch schon mit vielen unterschiedlichen Tiermodellen gearbeitet, immer mit der Frage: Wie kann ein Tier richtig und schnell auf Umwelteinflüsse und neue Situationen reagieren? Wie wird diese Reaktion im Gehirn abgebildet? Und damit letztlich: Wie können wir Roboter zu ähnlichen Leistungen bringen? „Tiere haben so einfache Bauteile im Gehirn, und unsere Technik ist viel komplexer, hat aber trotzdem Probleme.“ So fehle Robotern die Flexibilität, mit unbekannten Bedingungen umzugehen. „Sich in einem normalen Wohnzimmer zu bewegen, ist für einen Roboter schon eine Herausforderung.“

In Aachen habilitierte Luksch auch. „Das war zwar nicht unbedingt mein Ziel, aber wenn man in der Wissenschaft bleiben wollte, führte daran kein Weg vorbei“, sagt er. Heute gebe es für aufstrebende Forscher auch ohne Habilitation Wege, schon jung berufen zu werden.

Aufbau des Leonardo-da-Vinci-Zentrums

2007 führte Luksch der Weg an die TU München, wo er auch heute noch arbeitet. „Damals hatte dort eine ähnliche Aktivität wie in Aachen begonnen“, erläutert der Biologe. Das Leonardo-da-Vinci-Zentrum für Bionik der TUM war gerade im Aufbau. Luksch bekam die Chance, diese Entwicklung mitzugestalten. Heute leitet er selbst das Zentrum, in dem Robotiker, Biologen, Elektrotechniker, Informatiker und Medizintechniker organisiert sind. „Wir stärken hier die interdisziplinäre Arbeit, weil an den Schnittstellen viel Innovation zu holen ist“, erklärt Luksch.

Damit Interdisziplinarität gelingen kann, müsse man aber die Sprache der anderen Felder beherrschen. So hätten Physiker und Biologen beispielsweise ganz unterschiedliche Vorstellungen von Messgenauigkeit. „Physiker fragen oft, warum wir eine Messung nicht zehnmal gemacht haben, um ein belastbareres Ergebnis zu haben. Dabei sind wir Biologen oft froh, wenn uns die Messung überhaupt einmal gelungen ist, da zum Beispiel das Material nur schwer zu beschaffen ist“, schmunzelt Luksch. Seine Aufgabe im Leonardo-da-Vinci-Zentrum liege deshalb darin, Menschen zusammenzubringen, Workshops zu organisieren: „Was macht der andere und welche Ergebnisse hat er schon?“

Von der Grundlagenforschung zur Anwendung

„Wir wollen auch den Blick der Studierenden weiten für andere Lösungen als die klassischen Herangehensweisen“, betont Luksch, der zugleich Studiendekan für die Biowissenschaften ist. Die Ausbildung sei deshalb ein wichtiger Aufgabenbereich des Zentrums. Zudem verfüge die TU München dank einiger Großspender über die Mittel, Studenten eigene Ideen unter der Anleitung von Spezialisten selbst praktisch umsetzen zu lassen. Manchmal steht am Ende ein innovatives Produkt.

Überhaupt ist das Zentrum bei aller Grundlagenforschung auch produktorientiert. Zu den Forschungszielen zählen beispielsweise verbesserte Hörgeräte, die Tiefenhirnstimulation bei Parkinson, die Signalauslesung im Gehirn zur Steuerung von Robotik – wovon etwa Querschnittsgelähmte profitieren –, automatisch verschattete Gebäudehüllen, Strukturbionik für Leichtbau und Energieeffizienz sowie die Oberflächengestaltung für eine geringe Verschmutzbarkeit.

Robotern die Orientierung erleichtern

An Luksch‘ Lehrstuhl selbst befasst sich das Team damit, wie sich Tiere orientieren, insbesondere wie sie die Informationen verschiedener Sinne kombinieren. „Wir haben zwar Hightech-Sensoren, aber die Natur ist mit ihren einfachen Sensoren oft besser, weil sie diese koppelt“, erklärt der Biologe. „Auch wir Menschen kombinieren Sehen und Hören und gelangen so zu einer präzisen Orientierungsreaktion.“ Bei Fledermäusen komme zum Sehen der Ultraschall hinzu, bei Klapperschlangen eine Infrarotwahrnehmung. Wie verbindet ihr Gehirn diese Informationen, unter welchen Bedingungen werden welche Sensoren priorisiert? Herauskommen könnten am Ende Algorithmen, die Robotern die Orientierung erleichtern.

Die vielfältigen Aufgaben führen dazu, dass Luksch fast jeden Tag in der Universität ist. „Der Beruf bestimmt sehr stark meinen Alltag“, gibt der Professor zu. Von seiner Frau und seinen beiden – inzwischen nahezu erwachsenen – Kindern fordere das einiges Verständnis, wie er weiß. Neben der Familie bleibe so nur wenig Zeit für Hobbys: „Ich schraube gerne an einem Oldtimer, den ich aus den USA mitgebracht habe“, erzählt Luksch. Und natürlich begibt sich der 53-Jährige auch heute noch gerne auf Feldexkursionen, „um die Faszination an der Natur lebendig zu halten und Studierenden zu vermitteln“. Den Faust‘schen Antrieb, die inneren Mechaniken der Welt zu verstehen, das Spannungsfeld aus Grundlagenforschung und Anwendung – wer könnte das besser auf den Punkt bringen als Luksch selbst: „Unser Forschungsgebiet ist eine große Innovationsreserve – aber man weiß nie, was dabei herauskommt.“

Björn Lohmann

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