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Ursprung des Universums und Erkenntnisfähige technische Systeme

13.10.2006 - (idw) Technische Universität München

Zwei TUM-Exzellenzcluster bewilligt:
TUM als forschungsstarke Universität bestätigt Wie haben die vier Fundamentalkräfte der Natur die Entstehung des Universums beeinflusst, und wie haben sich die heute bekannten Elemente im Universum angereichert? Wie erkennen und lernen technische Systeme, und wie reagieren sie zuverlässig auf Überraschungen?

Diese anspruchsvollen wissenschaftlichen Fragestellungen stehen im Zentrum der beiden von der TUM geführten Exzellenzcluster, die sich heute im Rahmen der bundesweiten Exzellenzinitiative durchgesetzt haben. "Die Gutachter haben den beiden Projekten unter der Sprecherschaft unserer Professoren Stefan Paul (Physik) bzw. Martin Buss (Elektrotechnik und Informationstechnik) eine internationale Spitzenstellung bescheinigt", so TU-Präsident Prof. Herrmann zur Entscheidung des gemeinsamen Bewilligungsausschusses der Deutschen Forschungsgemeinschaft und des Wissenschaftsrats.

Hierzu im Einzelnen:

Exzellenzcluster "Fundamentalphysik: Ursprung und Struktur des Universums"

In diesem Exzellenzcluster erforschen Astrophysiker, Kern- und Teilchenphysiker gemeinsam einige der bedeutendsten, ungelösten Fragen der modernen Wissenschaft: die innerste Struktur von Materie, Raum und Zeit; die Natur der Fundamentalkräfte; und die Struktur, Geometrie und Zusammensetzung des Universums. Das Projekt hat sein Zentrum in Garching, einem der größten und aktivsten Zentren der Welt im Bereich der fundamentalen Physik und Astrophysik. Wissenschaftler des Clusters beteiligen sich aktiv in internationalen Kollaborationen am Bau der größten, weltweit einzigartigen wissenschaftlichen Einrichtungen der Astro- und Teilchenphysik, um damit den verborgenen physikalischen Eigenschaften des Kosmos auf die Spur zu kommen.
Mit raffinierten Experimenten, astronomischen Beobachtungen, aufwendigen numerischen Simulationen und neuen theoretischen Modellen werden fundamentale Schlüsselfragen der Physik untersucht, die die kleinsten Skalen mit den größten Skalen des Kosmos verbinden. Die Eigenschaften der Kräfte und der Materie bei extrem hohen Energien und extrem kleinen Abständen werden Einblicke in den Ursprung und die Vereinheitlichung der 4 Fundamentalkräfte der Natur liefern. Diese wiederum bestimmen die frühe Entwicklung des Universums. Der im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik rätselhafte Überschuss an Materie im Vergleich zur Antimaterie im Universum wird untersucht werden. Man wird nach Hinweisen für Supersymmetrie suchen, der derzeit aussichtsreichste Kandidat für eine Erweiterung des Standardmodells. Die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie werden erforscht, die die Masse und Expansion des Universums dominieren.

Auf einer noch fundamentaleren Ebene werden Clusterwissenschaftler neue Theorien der Quantengravitation studieren, um mögliche Zusammenhänge zwischen der dunklen Energie, der Entstehung der Masse und der Struktur von Raum und Zeit zu entdecken. Die Entstehung von schwarzen Löchern und die Elementanreicherung des Universums werden untersucht. 10 neu gegründete Nachwuchsgruppen werden in einem speziell für das Cluster vorgesehenen Bürogebäude arbeiten, das gleichzeitig das Herz des Clusters bildet. In diesem Wissenschaftszentrum ist auch die Clusteradministration angesiedelt, sowie Wissenschaftler aus dem Pool der strategischen Partner und weitere eingeladene Gäste. Dieses Cluster bietet jungen Nachwuchswissenschaftlern die einmalige Gelegenheit zum Aufbau einer erfolgreichen Karriere in einem der interessantesten interdisziplinären Gebiete der modernen Grundlagenforschung.

Exzellenz-Cluster "Kognition für technische Systeme" (CoTeSys)

Dieser Exzellenzcluster untersucht Kognition für technische Systeme wie beispielsweise Fahrzeuge, Roboter und Fabriken. Kognitive technische Systeme sind mit künstlichen Sensoren und Aktuatoren ausgestattet, integriert und eingebettet in physikalische Systeme, und agieren in physikalischen Umgebungen. Sie unterscheiden sich von anderen technischen Systemen, indem sie kognitiv handeln und kognitive Fähigkeiten haben. Kognitives Handeln umfasst überlegtes und gewohnheitsmäßiges Verhalten, das langfristige Ziele verfolgt. Durch ihre kognitiven Fähigkeiten, wie z.B. Wahrnehmung, Überlegung, Lernen und Planen, werden technische Systeme zu Systemen, die "wissen, was sie tun". Dies bedeutet, dass diese Systeme in der Lage sind, die optimal geeignete Handlung in einer gegebenen Situation auszuwählen, wobei Wissen über die aktuelle Umgebung und ihre eigenen Fähigkeiten verarbeitet wird. Durch kognitive Fähigkeiten verbessern sich Zuverlässigkeit, Flexibilität, Anpassbarkeit und Leistungsfähigkeit der Systeme. Es wird leichter sein, mit ihnen zu interagieren und kooperieren.

CoTeSys vereint Forschungskompetenz in Neurowissenschaften, Naturwissenschaften, Ingenieurswesen, Informatik und Geisteswissenschaften der Technischen Universität München (TUM), der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU), der Universität der Bundeswehr (UBM), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie (MPI) um Informationsverarbeitungsprozesse, die für kognitive technische Systeme benötigt werden, zu entwerfen, zu implementieren und zu analysieren. Grundlagenforschung in den Bereichen Neurobiologie, Neurowissenschaften und kognitive Wissenschaften bilden die Grundlage für neuartige Ingenieurs- und Informatikansätze für "künstliche" Kognition. Sie werden in Human Factors Studies untersucht und ausgewertet. Eine Besonderheit von CoTeSys ist, dass theoretische Forschungsergebnisse direkt als Hardware-Experimente umgesetzt werden. Drei Anschauungs-Szenarios werden hierbei verfolgt: kognitive Flug- und Fahrzeuge, kognitive humanoide Roboter und kognitive Fabriken. Diese komplexen Demonstratoren dienen nicht nur dazu, Konzepte auf Richtigkeit und Anwendbarkeit zu überprüfen, sondern sie zeigen den aktuellen Stand des Clusters auf und überwachen den Fortschritt.

CoTeSys realisiert kognitive Fähigkeiten und legt den Fokus auf technische Systeme. Mit technischen Systemen als wichtigstem Anwendungsgebiet wird eine innovative Schlüsseltechnologie erforscht, die für die deutsche HighTech-Industrie von entscheidender Bedeutung ist. Die Kooperation zwischen Disziplinen und Institutionen schafft Synergien, die Münchens führende Stellung in Forschung, Lehre und Technologie weiter ausbaut.


Die Nachhaltigkeit des Clusters wird durch ein neues Lehrkonzept sichergestellt, das neue Bachelor- und Masterstudiengänge sowie Ferienakademien für Doktoranden umfasst. Diese Maßnahmen zur Ausbildung und weiteren Qualifikation sind darauf ausgerichtet, Studenten und junge Wissenschaftler am Standort zu fördern, sowie Forscher exzellenter Einrichtungen weltweit nach München zu bringen.

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