Mit unseren zwei Exzellenzclustern zeigen wir, dass wir nicht nur in einer der forschungsintensivsten Region Europas beheimatet sind, sondern dass wir Spitzenforschung als Technische Universität vorantreiben. Im Verbund mit unseren Partnern finden wir gemeinsam Lösungen für relevante Fragen der Gegenwart.
Unsere Exzellenzcluster ‚QuantumFrontiers‘ und ‚SE²A – Sustainable and Energy Efficient Aviation‘ gestalten mit ihren Forschungen auf unterschiedliche Weise eine nachhaltigere Welt von morgen mit. Mit Grundlagenforschungen ermöglichen sie, langfristig Ressourcen zu schonen und übernehmen Verantwortung für unsere Gesellschaft und die nachfolgenden Generationen.
Mit der Förderung der beiden Exzellenzcluster durch die Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder können wir in unserer Spitzenforschung auf hohem Niveau forschen und mit neuen Freiräumen arbeiten.
Ist es möglich den Luftverkehr zukünftig nachhaltig und effizient zu gestalten? Und wie kann es gelingen, dass stetiges Wachstum und Umweltverträglichkeit sich nicht ausschließen?
Die Zukunft der Luftfahrt wird in der Forschung des Exzellenzclusters SE²A ganzheitlich neu gedacht – von der Infrastruktur der Flughäfen bis hin zum Design der Flugzeuge selbst: Senkung von Emissionen, Verringerung der Lärmbelastung, Recyclingfähigkeit von Lufttransportsystemen sowie ein angepasstes Luftverkehrs-Management sind nur einige Punkte, die für die Grundlagenforschung des Clusters von Bedeutung sind.
Im Jahr 2050 sollen erste Flugzeuge nach neuen Standards im Flugverkehr integriert sein. Eine Herausforderung, die nur in einem eng zusammenarbeitenden Forschungsverbund zu meistern ist. Bei SE²A forschen Wissenschaftler*innen aus Luftfahrtforschung, Elektrotechnik, Energieforschung und Design gemeinsam an einem Ziel. Dabei erstreckt sich die wissenschaftliche Zusammenarbeit über Universitäten in Deutschland, den Niederlanden und Frankreich.
Wie präzise lässt sich die Welt aus weiten Entfernungen studieren? Kann man Klimawandel, schwarze Löcher oder den Fluss der Zeit noch genauer beobachten? Ist es wirklich möglich, die Grenze des Messbaren noch weiter zu verschieben?
Die Forschenden von QuantumFrontiers nutzen Quanteneffekte, um globale Wasserressourcen vom Weltraum aus zu überwachen, Gravitationswellen zu erforschen und die präzisesten Uhren der Welt zu entwickeln. Sie verbinden Nanotechnik und Quantenphysik für sensibelste Messungen. Mit ihren Erkenntnissen erweitern sie das grundlegende Verständnis von der Natur und bringen Anwendungen im kleinsten und größten Maßstab voran.
Der Erfolg von QuantumFrontiers beruht auf der Exzellenz und der langjährigen Kooperation von Wissenschaftler*innen und Institutionen, die gemeinsam metrologische Kernthemen voranbringen. Die drei antragstellenden Partnerinstitutionen sind neben der Technischen Universität Braunschweig, die Leibniz Universität Hannover (LUH) und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).
Durch technologische Entwicklungen wie Cloud Computing und dem Internet der Dinge ist in den letzten zwei Jahrzehnten die digitale Gesellschaft entstanden. In ihr sind wir schon jetzt von Myriaden vernetzter digitaler Geräte umgeben und zukünftige Entwicklungen wie autonome Fahrzeuge, Kryptowährungen und intelligente medizinische Implantate werden das Leben noch einschneidender verändern. In diesem Zuge ist die Cyber-Sicherheit zu einer zentralen gesellschaftlichen Fragestellung geworden, wobei sich die Art der Bedrohung während der letzten Jahre drastisch verändert hat. Viele der heutigen IT-Angriffe werden von großskaligen Angreifern, insbesondere von staatlichen Organisationen, ausgeführt. Staatliche Widersacher sind besonders besorgniserregend, da sie langfristig agieren und über erhebliche technische Fähigkeiten und Ressourcen verfügen. Wie aus den nahezu wöchentlich bekannt werdenden Vorfällen ersichtlich, sind heutige Sicherheitslösungen gegen solche Angreifer in hohem Maße unzureichend. Gegenmaßnahmen gegen diese mächtigsten Angreifer liegen im Fokus des CaSa-Antrags. Sie versprechen zugleich auch Schutz gegen schwächere Widersacher, beispielsweise Cyber-Kriminelle, die aus finanziellen Gründen handeln. Um sowohl die Scientific Community grundlegend zu beeinflussen, als auch die Sicherheit praktischer Systeme langfristig zu verbessern, stehen bei CaSa Forschungsfragestellungen im Fokus, die für Schutzmaßnahmen gegen großskalige Angreifer von zentraler Bedeutung sind und auch high-risk/high-gain Problemstellungen in neuen Gebieten umfassen. Die Forschung verfolgt einen stark interdisziplinären Ansatz, bei der neben technischen Fragestellungen das Zusammenspiel von menschlichem Verhalten und IT-Sicherheit untersucht wird. Die Forschungsergebnisse werden bezüglich ihrer Praktikabilität in ausgewählten Anwendungsbereichen der intelligenten Produktion, Logistik und E-Health evaluiert werden. Der holistische Ansatz von CaSa ist international einzigartig und birgt Potential für wissenschaftliche Durchbrüche, durch die nachhaltige Sicherheit gegen großskalige Angreifer möglich sein wird. Der Exzellenzcluster wird auch weltweit als Vorbild für gesamtheitliche Cybersicherheitsforschung dienen, bei der Spitzenwissenschaft, Interdisziplinarität und Anwendungen integriert sind. CaSa wird am Horst Görtz Institut für IT-Sicherheit beheimatet sein. Es gilt international als eine der führenden Forschungsstätten, hat Europas größtes Ausbildungsprogramm für IT-Sicherheit, verfügt über umfangreiche Netzwerke in Wissenschaft und Praxis und hat zahlreiche erfolgreiche Start-Ups auf dem Gebiet der Cyber-Sicherheit hervorgebracht. In CaSa werden Forschende aus den Gebieten der Informatik, Kryptografie, Elektrotechnik, Mathematik und Psychologie in einer europaweit einmaligen Konstellation zusammenarbeiten. Zudem ist das PI-Team das einzige mit drei ERC-Preisträgern auf dem Gebiet der Cyber-Sicherheit und kann auf langjährige Kooperationen zurückblicken.
Ansprechpartner der TU Braunschweig: Prof. Dr. Martin Johns – Institut für Anwendungssicherheit
Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
Der Exzellenzcluster PhoenixD ist eine breit angelegte Initiative, um Design und Herstellung von Präzisionsoptik neu zu definieren. Sie beruht auf der Verwebung von Optikdesign, Optiksimulation und modernen Produktionsmethoden zu einer einzigen integrierten Plattform, mit der individuelle und hochfunktionelle präzisionsoptische Systeme entworfen und hergestellt werden. Heute beruhen Herstellung und Betrieb solcher Systeme auf komplexen mehrstufigen und häufig auf Handarbeit und mühevoller Justage beruhenden Prozessen. Die damit verbundenen hohen Kosten verhindern den massenhaften Einsatz in den Lebenswissenschaften, der Produktionstechnik, der Sensorik und im täglichen Leben. In der letzten Dekade hat sich die Produktionstechnik deutlich verändert. Die Schlagworte "Industrie 4.0" und "Additive Fertigung" beschreiben den Wandel hin zu IT-vernetzter Produktion und individualisierter Fertigung zu geringen Kosten. Zeitgleich haben sich durch die Fortschritte in der Computertechnologie und der künstlichen Intelligenz die Simulationskapazitäten vervielfacht und sind mittlerweile ein nicht mehr wegzudenkender Baustein im Vorfeld und bei moderner Produktion. Genau jetzt ist die Zeit, Simulation und moderne Produktion zusammen auf die Präzision optischer Systeme zu übertragen; das markiert einen Paradigmenwechsel in Optikdesign, -simulation und -herstellung. PhoenixD beantwortet die wissenschaftliche Leitfrage, wie zukünftige Optiksysteme unter Abwägung der notwendigen Präzision, dem Grad der Integration, der Individualität des Ressourcenverbrauchs und der Kosten produziert werden können. Dieser ganzheitliche Ansatz von PhoenixD liefert ganz neue individuelle Lösungen für vielfältige gesellschaftliche Probleme. PhoenixD ist eine disziplinübergreifende Initiative zwischen Maschinenbau, Physik, Elektrotechnik, Informatik und Chemie. Sie vereint erstklassige Optik, Produktionstechnik, Simulations- und Materialkompetenz. Im letzten DFG-Förderatlas schnitt die Physik/Optik der Leibniz Universität Hannover deutschlandweit auf dem ersten Platz ab, die Produktionstechnik im Maschinenbau auf Platz zwei. Außerdem haben die hauptverantwortlichen Wissenschaftler*innen bereits in einer Vielzahl gemeinsamer Projekte ihren Willen und ihre Fähigkeit zur Zusammenarbeit bewiesen. PhoenixD wird an der Leibniz Universität Hannover als quervernetzte Struktur mit eigenem Fakultätsstatus angesiedelt, wird einen eigenen Masterstudiengang und eine eigene Graduiertenschule gestalten; acht neue Professuren werden allein für PhoenixD zur dauerhaften Verstetigung des Konsortiums eingerichtet. Ein speziell für PhoenixD eingerichtetes Gebäude soll im Laufe der Clusterlaufzeit entstehen und ein international einzigartiges Kompetenzzentrum beherbergen, das durch exzellente Forschung und Lehre Strahlkraft für Firmengründungen, Industriekooperationen und die gesamte Gesellschaft entwickelt.
Ansprechpartner der TU Braunschweig: Prof. Dr.-Ing. Marcus Magnor – Institut für Computergraphik, Prof. Dr. Andreas Waag – Institut für Halbleitertechnik
Antragstellende Institution: Leibniz Universität Hannover