28.01.2019

„Mit digitalen Zwillingen das Unsichtbare sichtbar machen“

Interview: Digitale Zwillinge werden in der Industrie eingesetzt, um komplexe Prozesse von realen Maschinen zu simulieren. Wir haben mit Jivka Ovtcharova, führende Expertin für Virtual Engineering, über den konkreten Nutzen digitaler Zwillinge gesprochen und warum der Super-GAU von Tschernobyl ihre Karriere maßgeblich prägte.
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digitaler Zwilling
(c) Martin Pacher: Prof. Jivka Ovtcharova wurde 1957 in Bulgarien geboren und leitet derzeit das Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie

„Das Unsichtbare sichtbar machen“ ist Jivka Ovtcharovas zentrale Devise ihrer Forschung. Die gebürtige Bulgarin leitet derzeit das „Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen“ in Karlsruhe und gilt als Expertin für „Virtual Engineering“. Dahingehend forscht sie unter anderem zu digitalen Zwillingen. In einem ausführlichen Interview erklärte sie uns deren Nutzen für die Industrie. Zudem gab uns Ovtcharova persönliche Einblicke in ihre Karriere als Wissenschaftlerin und Denkanstöße, wie wir unsere digitale Zukunft „human“ gestalten können.

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In ihrer Forschung beschäftigen Sie sich mit digitalen Zwillingen. Worum handelt es sich bei digitalen Zwillingen?

Ein digitaler Zwilling ist grundsätzlich eine virtuelle Echtzeitabbildung der Struktur und des Verhaltens eines physischen Gegenstandes. Er begleitet und assistiert eine Anlage über deren gesamten Lebenszyklus – vom ersten Entwurf, über Konstruktion und Fertigung bis hin zur Wartung und Recycling. Ein derartiger Zwilling interagiert zu jedem Zeitpunkt mit seinem physischen Gegenstück und liefert wertvolle Daten über den Status und Zustand der Anlage.

Diese Daten werden meist in einer Cloud analysiert und anschließend mit anderen Daten aus der Laufumgebung verknüpft. Die Benutzer dieser Daten gehören zu verschiedenen Zielgruppen, wie Entwicklungs- und Fertigungsingenieure, aber auch Wartungspersonal und Daten-Analysten. Diese sind in der Lage auf die Daten aus verschiedenen Perspektiven zu blicken und aus der Ferne die Anlage zu überwachen und zu steuern.

Welche konkreten Anwendungsbeispiele gibt es für den Einsatz von digitalen Zwillingen?

Die Anwendungsbeispiele sind vielfältig. Nehmen wir als Beispiel die Windkrafträder: In Zukunft werden Energiebetreiber nicht nur über physische Windkrafträder verfügen, sondern auch über digitale Repliken dieser Windkrafträder. Das physische Windkraftrad wird dabei immer in Kontakt zu seinem digitalen Zwilling stehen. Dieser erhält Daten aus der realen Welt – in unserem konkreten Fall vom Windkraftrad – und analysiert diese anschließend.

Über virtuelle Zwillinge können wir beispielsweise, wie bei einem Tomograph, schon frühzeitig innere räumliche Strukturen ermitteln und erkennen, wann ein Windrad ausgetauscht werden muss, bevor es bricht. Dadurch könnten Wartungs- und Reparaturmaßnahmen kostengünstiger gestaltet werden, da die Techniker ins Innere „sehen“ können. Insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen ist die Wartung sehr teuer, da man spezielle Schiffe benötigt.

Wird es irgendwann mal auch digitale Zwillinge von Menschen geben?

Es macht natürlich Sinn über digitale Zwillinge in Bezug auf Menschen vorzudenken – insbesondere in der Gesundheitsvorsorge. Ärzte könnten Menschen viel schneller helfen, wenn sie sofort wissen, wie der Mensch aufgewachsen ist und welche Krankheiten er bereits hatte.

Angenommen Sie reisen in ein fremdes Land und der Arzt spricht ihre Sprache nicht. Über einen digitalen Zwilling würde er sofort wissen, wie ihr Organismus unter Berücksichtigung von Vorerkrankungen funktioniert, um anschließend die richtigen Schritte zu setzen. Die Herausforderung besteht darin, dass die digitalen Zwillinge wie Organismen funktionieren müssen. Und natürlich ist es auch eine Frage der Ethik, die wir immer mitdenken müssen.

Sie gelten als eine führende Expertin im Bereich „Virtual Engineering“ und haben eine beachtliche Karriere im Bereich der Wissenschaft und Technik vorzuweisen. Wie sind Sie mit Technik in Verbindung gekommen?

Die Begeisterung für die Technik kam sehr früh. Ich komme ursprünglich aus Bulgarien und unser Ausbildungssystem war stark durch die spielerische „Hands-On“-Erziehung geprägt. Den entscheidenden Anstoß zu meiner Wissbegierde für die Technik gab jedoch die Buch-Trilogie „100.000 Jahre Technik“, die mein Vater mir als Kind zu Weihnachten geschenkt hat. Das war ein spannendes, wunderbar illustriertes Buch, das mich so gefesselt hat, dass ich es nicht mehr aus der Hand legen wollte.

Obgleich ich damals auch gerne mit Puppen gespielt habe, war das Technikbuch, was meine Fantasie beflügelte. Einen neuen Schub an Begeisterung für die Technik kam durch die Bekanntschaft mit der Tochter einer befreundeten Familie. Diese studierte Maschinenbau und ich durfte ihr beim Zeichnen mit Tusche zusehen. Ihre feminine Erscheinung in Kombination mit dem coolen Zeichenset war ansteckend.

Welchen Effekt hatten die damaligen technologischen Errungenschaften auf ihre Berufswahl?

Als Kind und Jugendliche habe ich in den 60er und 70er Jahren natürlich auch den faszinierenden Aufstieg der Raketen-, Atom- und Computertechnologie miterlebt. Es war eine großartige Zeit, da jeder Mensch das Recht hatte, großes zu leisten. So träumten wir damals, Jungs und Mädchen, wie Juri Gagarin, Walentina Tereschkowa oder Neil Armstrong in den Weltraum zu fliegen.

Auch Mathematik- und Physikunterricht waren das Nonplusultra unserer Bildung. Der Wunsch, an der Entwicklung bahnbrechender Technologien teilzuhaben hat mich zu einem Studium in Maschinenbau in Bulgarien und anschließend nach Moskau gebracht – damals für Osteuropa das Bildungs-Mekka schlechthin. Ich wollte eigentlich Raumschiffe und U-Boote bauen, schlussendlich bin ich aber bei Atomkraftwerken gelandet. Diese Technologie hat mich damals sehr begeistert, bis es im Jahre 1986 in Tschernobyl gekracht hat.

Hat der Super-GAU in Tschernobyl bei Ihnen ein Umdenken in Bezug auf die Nutzung der Atomtechnologie ausgelöst?

Ja, ich habe mich nach der Tschernobyl-Katastrophe neu orientiert – vom Maschinenbau- und Anlagenbau in Richtung Computertechnologie. Ich habe zu dieser Zeit in einem Forschungslabor der bulgarischen Akademie der Wissenschaften in Sofia gearbeitet. Das Labor war in das Zentrum für Physik eingegliedert und wir haben kurz nach der Explosion die Radioaktivität in den Parkanlagen der Stadt gemessen. Es war Anfang Mai. Nach langem Regen schien die Sonne wieder und die Natur sah sehr friedlich aus, solange uns nicht die Knackgeräusche der Geigerzähler die alarmierend hohen Werte der Radioaktivität vor Augen geführt haben. Diese Geräusche haben sich für immer in mein Gedächtnis eingebrannt.

Weiterhin hat die Tschernobyl-Katastrophe zu einem Wendepunkt in der Nutzung der Atomenergie geführt und ich habe die negative Auswirkung dieser Wende auf meine berufliche Zukunft sehr schnell erkannt. Da ich mich bereits mit mathematischen Simulationen befasst habe, ist mir der Berufswechsel in Richtung Computertechnologie leicht gefallen.

Sie haben in Deutschland eine Initiative für eine „digitale humane Zukunft“ gestartet. Worum geht es dabei?

Die Digitalisierung versetzt die Welt, in der wir leben und arbeiten, in einen fundamentalen Umbruch. Wie nie zuvor wandeln sich ganze Branchen und Lebensstile. Neue Werte- und Geschäftsmodelle für und durch die Digitalisierung werden zur Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit jedes Einzelnen. Die Digitalisierung wirkt sich auch auf unser kulturelles Miteinander aus. Und natürlich lautet die wichtigste Frage, die sich jetzt stellt: Wie kann eine humane digitale Zukunft aussehen?

Wie kann eine derartige Zukunft aussehen? 

In erster Linie geht es darum, dass alle Menschen, die gleichen Chancen und gleichen Zugriff auf digitale Technologien haben. Digitale Bildung, Befähigung und Handlung für jeden Menschen, unabhängig von Schulabschluss, Alter und Herkunft, ist die Kernvoraussetzung für die Teilhabe am gesellschaftlichen Leben und den beruflichen Erfolg. Ziel meiner Digitalisierungsinitiative ist es daher, digitales Wissen nahtlos in alltägliche Fähigkeiten, berufliche Qualifikationen und wettbewerbsfähige Geschäftsmodelle umzusetzen – schnell, pragmatisch und handlungsorientiert.

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Giacomo Benassi (Kinsect), Matthäus Kircher (Solos) und Manuel Mairinger (Reploid) zeigen, wie Startup-Kollaboration funktionieren kann. © NOI Techpark/Marco Parisi

Dieser Text ist zuerst im brutkasten-Printmagazin von August 2026 „Aufbrechen“ erschienen. Eine Download-Möglichkeit des gesamten Magazins findet sich am Ende dieses Artikels.


Es wurlt in der Larvenkiste des österreichischen Scaleups Reploid: Larven der Schwarzen Soldatenfliege werden hier seit einigen Tagen gemästet. Sie ahnen natürlich nicht, dass sie bald eine wichtige Rolle im Kreislaufkonzept dreier Jungunternehmen spielen werden.

Zuerst aber dorthin, wo alles begonnen hat: an den NOI Techpark in Bozen, Südtirol. Auch hier wurlt es, nur bringen statt Insektenlarven Startups Leben in das 12 Hektar große Innovationsviertel. Aktuell arbeiten 76 Unternehmen, 37 Startups, drei Forschungsinstitute, vier Fakultäten der Freien Universität Bozen und insgesamt 2.400 Menschen hier gemeinsam für nachhaltigen Fortschritt. Man tüftelt in den Laboren an Prototypen, vernetzt sich auf Events, feilt beim Spaziergang über den 2017 eröffneten Campus, der sich inzwischen stark vergrößert und weiterentwickelt hat, an der nächsten Idee. Was Gründer:innen hier aber am meisten schätzen: das weitreichende Netzwerk.

Nicht gesucht – trotzdem gefunden

„Wer am NOI Techpark Fuß fasst, bekommt Zugang zu etablierten Akteuren und Investoren in Südtirol“, erklärt Manuel Mairinger, Managing Director und CEO von Reploid Italia. Das ursprünglich aus Österreich stammende Insekten-Scaleup hat sich bei der Expansion nach Italien wegen der hervorragenden Lage zwischen Österreich und Mailand für das Acceleration & Scale-up Programme des NOI Techpark als Launchpad entschieden. „Das NOI baut als renommierter Partner die Brücke zu potenziellen Kund:innen und Partner:innen, ganz ohne die Hilfe von Plattformen wie LinkedIn“, fügt der Reploid-Italia-CEO hinzu.

Mairinger weiß genau, wovon er spricht. Reploid Italia ist eines von drei am NOI inkubierten Jungunternehmen, die zeigen, wie Startup-Kollaboration funktionieren kann. Initiiert hat die Zusammenarbeit Sonja Tetter vom Team des Start-up Incubator. „Wir arbeiten sehr eng mit unseren Startups zusammen, kennen ihre Geschäftsmodelle, Technologien und Herausforderungen. Deshalb sehen wir relativ früh, wo eine Kooperation wirklich Mehrwert schaffen könnte“, erläutert Tetter. Gemeinsam wollen die drei Unternehmen zur regionalen Kreislaufwirtschaft in Bozen beitragen. Und hier kommt die Larve der Schwarzen Soldatenfliege wieder ins Spiel.

Die Schwarze Soldatenfliege als Gamechanger

Die Larve der Schwarzen Soldatenfliege wird rund 25 Millimeter groß. © Reploid/Fabian Fallend

Nach nur einer Woche sind die Larven laut Reploid mit rund 25 Millimetern ausgewachsen und überzeugen mit innerer Größe: Sie sind sehr reich an tierischem Protein. Das aus ihnen gewonnene Mehl kann einen Proteingehalt von über 62 Prozent aufweisen.

Das macht die Larven zum potenziellen Proteinersatz, vor allem im Futtermittelbereich, etwa für Fische. „Wir züchten Welse, das sind Fleischfresser“, erklärt Matthäus Kircher, Gründer von Solos. Das Südtiroler Startup betreibt Aquaponik und verbindet Fischzucht mit dem Anbau von Kräutern und Salat.

Das Prinzip dahinter: Die Fische reichern das Wasser durch ihre Ausscheidungen mit natürlichen Nährstoffen an, ein Biofilter leitet es ins Pflanzenbecken, wo Salat und Kräuter die Nährstoffe aufnehmen und das Wasser reinigen, bevor es zurück zu den Fischen fließt. So entsteht ein geschlossener Kreislauf im Zeichen der Nachhaltigkeit.

Ein Punkt war Kircher dabei allerdings von Anfang an ein Dorn im Auge: das mit Fischmehl angereicherte Futter. „Bereits vor vier Jahren haben wir uns gefragt, wie wir tierische Proteine ohne Fischmehl verfüttern können“, erzählt er. Insekten bildeten schließlich die Lösung. Eine Studie ergab: Futtermischungen auf Insektenmehlbasis, angereichert mit Spirulina-Algen, lassen den Omega-3-Gehalt im Fischfilet höher ausfallen als bei herkömmlich gefütterten Tieren.

Aus Reststoffen wird Futtermittel

Insektenlarven werden durch die Kooperation zu nachhaltigem Fischfutter © NOI Techpark/Marco Parisi

Hier kommt Reploid ins Spiel: Das Unternehmen implementiert modulare Anlagen, die sogenannten „ReFarm-Units“. Dort verarbeiten Larven der Schwarzen Soldatenfliege regionale Reststoffe zu Insektenprotein und -fett für Futtermittel- sowie Industrieanwendungen. Ein weiteres Nebenprodukt ist der Insektenfraß, also die Ausscheidungen, aus denen organischer Dünger entsteht. Den dritten Baustein liefert Kinsect: Das italienische Startup entwickelt Technologien für die industrielle Zucht der Fliege und liefert Eier sowie Junglarven.

Am Standort von Solos in Tramin greifen so die unterschiedlichen Kompetenzen ineinander: Die von Kinsect bereitgestellten Larven werden in einer Insektenmastanlage von Reploid mit Lebensmittelnebenprodukten wie Apfeltrester, Kartoffelschalen oder Altbrot gefüttert. Solos nutzt sie anschließend als nachhaltiges Futtermittel in der Fischzucht. So soll Fischmehl ersetzt, sollen organische Reststoffe sinnvoll verwertet werden. Neben den ökologischen Vorteilen ergeben sich durch das Vorzeigeprojekt und den realen Usecase natürlich auch wirtschaftliche Vorteile, von denen die drei Startups profitieren.

Drei Ansätze, ein gemeinsamer Nenner

Es ist eine Kooperation im Namen der Kreislaufwirtschaft, die ohne den NOI Techpark nie zustande gekommen wäre. „Am NOI Techpark konnte diese Synergie organisch entstehen“, fasst Kinsect-CEO Giacomo Benassi zusammen. „Dank der Zusammenarbeit im selben Ökosystem konnten wir viel schneller Vertrauen zueinander aufbauen.“ Der NOI Techpark ermöglicht damit nicht nur grenzüberschreitende, sondern auch branchenübergreifende Vernetzungen, die Startups entscheidend weiterbringen.

Und so wurlt es weiter am NOI Techpark. Jedes Jahr kommen neue Startups zur NOI-Community dazu. Für den Herbst-Batch kann man sich noch bis zum 5. Oktober bewerben – vielleicht entsteht daraus bald die nächste erfolgreiche grenzüberschreitende Startup-Kooperation.

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