Dieses Bild zeigt Mit Laser erzeugte Mikrobohrungen in einer Düse.

Das Forschungsprogramm der Universität Stuttgart

Highlights und Schwerpunkte

Das besondere Forschungsprofil der Universität Stuttgart ist geprägt vom Zusammenspiel der Ingenieur- und Naturwissenschaften mit den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften.

Die Universität Stuttgart mit ihren Schwerpunkten in den Ingenieur- und Naturwissenschaften und deren Zusammenspiel mit den Geistes-, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften ist eine der erfolgreichsten deutschen Forschungsuniversitäten und gehört zur Gruppe der führenden Technischen Universitäten in Deutschland (TU9). Ihre herausragende Stellung als Forschungsuniversität und das breite Spektrum ihrer Fächer macht sie heute zu einer international anerkannten und zukunftsorientierten Stätte von Wissenschaft und Forschung.

Forschungshighlights

Im Forschungsprogramm der Universität Stuttgart ragen die Simulationswissenschaften, die Produktionstechnologien, die Quantentechnologien, die Digital Humanities sowie das Thema Adaptives Bauen als besondere Leuchttürme heraus. Sie sind getragen von Projekten im Rahmen der Exzellenzinitiative, etlichen DFG-Sonderforschungsbereichen und Transregios sowie weiteren großen Projekten anderer Forschungsförderer wie dem BMBF oder der Europäischen Union.

Visualisierungen spielen im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) eine wichtige Rolle.  (c) SimTech/David Ausserhofer
Visualisierungen spielen im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) eine wichtige Rolle.
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Um das Jahr 2000 war die Universität Stuttgart die erste Universität in Deutschland, die Simulationstechniken in ihrer ganzen interdisziplinären Breite erforschte und damit weltweite Ausstrahlung erlangte. Von diesem Glanz hat die Universität bis heute nichts verloren. Im Gegenteil: Der Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) wird bereits in der zweiten Phase der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder gefördert und wird auch in der Ausschreibung für die künftige Exzellenzstrategie zur Förderung der universitären Spitzenforschung eine zentrale Rolle spielen.

In SimTech bündeln über 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher nur isoliert entwickelte Simulationsmodelle und -methoden zu einer ganzheitlichen Systemwissenschaft mit dem Ziel, Computersimulationen leistungsfähiger, Vorhersagen zuverlässiger und Visualisierungen noch präziser zu machen. Mit diesem einzigartigen Ansatz beschreiten die Ingenieure, Mathematiker, Informatiker, Naturwissenschaftler sowie Geistes- und Sozialwissenschaftler gemeinsam neue Wege auf dem Forschungsgebiet der Modellierung komplexer Probleme und der Computersimulation.

Auf neue Möglichkeiten, sehr große Datenmengen zu speichern und zu analysieren – Stichwort Big Data –, ist das Forschungsvorhaben “Data-Integrated Simulation Science” ausgerichtet. Bei dieser Regionalen Forschungsallianz arbeitet die Universität Stuttgart mit der Universität Heidelberg zusammen.

Die Dynamische Simulation von Systemen mit großen Teilchenzahlen steht im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs 716. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler rekonstruieren am Computer das Verhalten von Atomen und Molekülen, um Antworten auf aktuelle wissenschaftliche Fragen zu ermöglichen.

Zahlreiche Institute aus den Bereichen Konstruktions- Produktions- und Fahrzeugtechnik sowie weitere Partner verbinden in Stuttgart ihre Erfahrung und ihr Wissen in praktisch allen Feldern der Fertigungstechnologien. Sie generieren dabei entscheidende Synergieeffekte nicht nur für die Grundlagenforschung und die Lehre, sondern insbesondere auch für industrielle Anwendungen. Beispielhaft genannt seien hier die Bereiche Maschinen- und Anlagenbau, Infrastruktur, Materialkunde, Verfahrenstechnik, Automobilbau, Optik und Medizintechnik.

Der Forschungscampus ARENA2036 (Active Research Environment for the Next Generation) bündelt die in der Region etablierten Kompetenzen in Leichtbau und innovativen Produktionstechnologien. In einem 10.000 Quadratmeter großen Hightech-Zentrum an der Universität Stuttgart entwickeln Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam die Automobilproduktion und das Auto der Zukunft.

Die Graduate School of Excellence advanced Manufacturing Engineering (GSaME) betreibt Nachwuchsförderung im Rahmen eines eigens entwickelten interdisziplinären Promotionsprogramms, das auf zukünftige Fach- und Führungsaufgaben an einer Universität oder in der Industrie ausgerichtet ist. Mit ihrer Forschung leisten die Promovierenden einen Beitrag, um die wissenschaftlichen Grundlagen der Produktionsgestaltung zu erarbeiten, industrielle Produktion in Zeiten von Globalisierung und Digitalisierung zu beherrschen und die Fabriken der Zukunft zu gestalten.

Opto-Elektronischer Messplatz für die Erforschung angewandter Quantentechnologien.
Opto-Elektronischer Messplatz für die Erforschung angewandter Quantentechnologien.

In der Welt der Quantenmechanik ist alles anders, denn im Bereich von wenigen Nanometern sind klassische Vorstellungen von Materie oft nicht mehr richtig. Die Universität Stuttgart gehört zu den Universitäten in Deutschland, die diese Welt an vorderster Stelle weiter zugänglich machen - von der Grundlagenforschung bis hin zur Erschließung technologischer Anwendungen.

So forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Center for Integrated Quantum Science and Technology IQST zum Beispiel an der Verschmelzung von Gasen, Kristallen und Supraflüssigkeiten. Jüngst ist es Forschenden aus dem einzigartigen Verbund der Universitäten Stuttgart und Ulm sowie des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung gelungen, eine Supraflüssigkeit aus Dysprosiumatomen zu erzeugen. Das so genannte „Quanten-Ferrofluid“ ist nicht nur suprafluid, sondern zeigt ähnlich wie das in der klassischen Welt bekannte Ferrofluid erstaunliche magnetische Eigenschaften. Es kann zum Beispiel Tröpfchen bilden, die Millionen mal leichter sind als Helium oder Wassertröpfchen. Die neue Art von Materie könnte den ersten Schritt zu einem Suprakristall markieren, einem räumlich geordneten Material mit supra-fluiden Eigenschaften.

Das Forscherteam von ZAQuant, dem Interdisziplinären Zentrum für Angewandte Quantentechnologie, hat sich zum Ziel gesetzt, neuartige nanophotonische Quantensensoren weiter zu entwickeln und diese Technologie. Die Sensoren sollen dabei jüngst entwickelte Prinzipien der Quantenphysik und der Nanophotonik nutzen und miteinander kombinieren. Dabei ist der am ZAQuant verfolgte Forschungsansatz international einmalig und wird in einem eigens dafür gebauten Forschungsgebäude verfolgt.

Aufbauend auf das IQST hat sich die Allianz für Quanteninnovation der Universitäten Stuttgart und Ulm zum Ziel gesetzt, die Herausforderungen der zweiten Quantenrevolution anzugehen und Wege in die technische Anwendung zu ebnen. Dabei sollen in Ulm erarbeitete Erkenntnisse der Biologie und der Medizin im Zentrum für Angewandte Quantentechnologien ZAQuant in Prototypen umgesetzt werden. Die Vernetzung der breiten Forschungsfelder zielt auf neue Möglichkeiten für Sensorik, Metrologie und Materialforschung.

Der transregionale Sonderforschungsbereich „Kontrollierte Wechselwirkung in maßgeschneiderter Materie“ (CO.CO.MAT) erforscht Phänomene der Quantenphysik, kombiniert Atom- und Festkörperphysik zu neuen Anwendungen und untersucht neuartige Quantenzustände der Materie. Dabei bewegen sich die Wissenschaftler bis in die Grenzgebiete von Physik und Biologie hinein.

Die Digital Humanities wagen einen neuen Blick auf geisteswissenschaftliche Inhalte und erweitern deren Spektrum mithilfe der Informationstechnik – zum Beispiel in der Linguistik: Der Sonderforschungsbereich SFB 732 „Inkrementelle Spezifikation im Kontext“ befasst sich mit Doppel- und Mehrdeutigkeiten in der Sprache und setzt dabei auf eine enge Zusammenarbeit von theoretischer Linguistik und Computerlinguistik.

Das Zentrum für reflektierte Textanalyse (CRETA) forscht an technischen Methoden und Werkzeugen zur Textanalyse im Forschungsbereich der Digital Humanities. Die Methoden sollen fachübergreifend für textanalytische Fragestellungen aus der Literatur-, Sprach-, Geschichts- und Sozialwissenschaft sowie Philosophie erarbeitet und eingesetzt werden.

Das SRC Text Studies betreibt interdisziplinär vernetzte Forschung auf den Gebieten der Textwissenschaften und fokussiert die Schwerpunkte Hermeneutik, Material Studies (im Verbund mit dem Deutschen Literaturarchiv Marbach) und Digital Humanities (gemeinsam mit dem Institut für Maschinelle Sprachverarbeitung der Universität Stuttgart). Das Zentrum hat unter anderem das Projekt „ePoetics“ angestoßen, das eine Auswahl von zwanzig deutschsprachigen Poetiken als digitales Textkorpus aufbereitet und hierzu interaktive Analyse- und Visualisierungswerkzeuge entwickelt.

Last but not least widmet sich der SRF Language and Cognition interdisziplinärer Forschung in den Bereichen Sprachwissenschaft und Kognition. Im Zentrum steht eine im deutschen Sprachraum einmalige Zusammenarbeit zwischen theoretischer Linguistik (Institut für Linguistik) und Computerlinguistik (Institut für Maschinelle Sprachverarbeitung).

Großdemonstrator eines adaptiven Tragwerks in Form einer Holzschale: Die Stuttgart SmartShell. (c) Bosch Rexroth
Großdemonstrator eines adaptiven Tragwerks in Form einer Holzschale: Die Stuttgart SmartShell.

Aktuelle Entwicklungen im Bereich der computerbasierten Modellierung, Simulation und Fertigung bieten der Architektur neuartige Möglichkeiten. Deren Erforschung bilden einen Schwerpunkt, der an die große Forschungstradition der Universität im Feld der Architektur und des Bauingenieurswesen anknüpft und mit modernsten digitalen Methoden und Prozessen interdisziplinär fortführt.

Dies ermöglicht, Prinzipien aus der Natur zu analysieren, sie in ein ingenieurwissenschaftliches Modell zu übertragen und auf die Baukonstruktion und andere Bereiche der Technik anzuwenden. Das Ziel des transregionalen Sonderforschungsbereichs „Biological Design and Integrative Structures“ sind multifunktionale, anpassungsfähige und gleichzeitig ökologisch effiziente Strukturen, die die Grenzen herkömmlicher Baukonstruktionen weit hinter sich lassen. Dabei haben die Wissenschaftler der Universitäten Stuttgart, Freiburg und Tübingen neben der Verbesserung der Leistungsfähigkeit technischer Konstruktionen auch die ökologischen Eigenschaften natürlicher Strukturen im Blick.

Weitere Forschungsaktivitäten zielen darauf ab, Geometrie-, Material- und Bauteileigenschaften so zu verändern, dass Einsparungen beim Einsatz von Material und Energie in bisher nicht erreichbar gehaltenen Größenordnungen möglich werden sollen. Diese werden im Rahmen des neuen Sonderforschungsbereichs „Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen“ künftig noch weiter ausgebaut.

Schematische Darstellung der Forschungsschwerpunkte der Universität Stuttgart.
Schematische Darstellung der Forschungsschwerpunkte der Universität Stuttgart.

Forschungsschwerpunkte

Insgesamt leiten sich aus den Kernkompetenzen der Universität Stuttgart im Grundlagen- und Anwendungsbereich acht interdisziplinäre Forschungsschwerpunkte ab.

Von den acht Forschungsschwerpunkten widmen sich drei vorwiegend der Grundlagenforschung mit methodischen, stofflichen sowie prozess- und systemtechnischen Fragestellungen.

  • Modellierung und Simulationstechnologie
  • Neue Materialien
  • Komplexe Systeme und Kommunikation.

Die Forschungsarbeiten dieser übergreifenden, interdisziplinären Themen stehen in Wechselbeziehung zu den speziellen Schwerpunkten

  • Nachhaltige Energieversorgung und Umwelt
  • Integrierte Produkt- und Produktionsgestaltung
  • Gestaltung und Technologie nachhaltiger Lebensräume sowie
  • Mobilität.

Dazu kommt der Forschungsschwerpunkt

  • Technologiekonzepte, -kontexte und –bewertung.

In diesem werden in enger Zusammenarbeit aller Fachkulturen der Universität die kulturellen und sozialen Rahmenbedingungen für die Entwicklung und Nutzung von Technik sowie deren Wirkungen auf Kultur und Gesellschaft erforscht.

Vision

Hinter dem Zusammenspiel dieser Schwerpunkte steht die Vision, den gesamten Produktentstehungs- und Produktlebenszyklus umfassend zu erforschen. Hierzu gehören auch die ingenieurtechnische Realisierung sowie die Bewertung der Nachhaltigkeit technischer Innovationen.

Kontakt

Dieses Bild zeigt Ertl
Prof. Dr.

Thomas Ertl

Prorektor für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs