Dieses Bild zeigt Mit Laser erzeugte Mikrobohrungen in einer Düse.

Forschungsstärken der Universität Stuttgart

Forschungsprofil und Potenzialbereiche

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

Die Universität Stuttgart mit ihrer Vision „Intelligente Systeme für eine zukunftsfähige Gesellschaft“ und ihrem besondere Profil als „Stuttgarter Weg“ ist eine der erfolgreichsten deutschen Forschungsuniversitäten. Sie will Vorreiter für eine Universität sein, die sich selbst als Intelligentes System versteht und entsprechend handelt. Ihre herausragende Stellung als Forschungsuniversität und das breite Spektrum ihrer Fächer macht sie auch zu einer international anerkannten und zukunftsorientierten Stätte von Wissenschaft und Forschung. Die Universität Stuttgart gehört zur Gruppe der führenden Technischen Universitäten in Deutschland (TU9).

Visualisierungen spielen im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) eine wichtige Rolle.  (c) SimTech/David Ausserhofer
Visualisierungen spielen im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) eine wichtige Rolle.

Profilbereiche

Die Universität Stuttgart hat aktuell fünf Profilbereiche: Architektur und Adaptives Bauen, Digital Humanities, Produktionstechnologien, Quantenwissenschaft, Simulationswissenschaft. Die Profilbereiche stehen für Spitzenforschung und haben einen klaren thematischen Zuschnitt, der ihre multidisziplinäre Zusammensetzung begründet. Durch thematische Wechselwirkungen und personelle Brücken strahlen sie in die gesamte Universität aus. Die Profilbereiche sind getragen von Projekten im Rahmen der Exzellenzstrategie, etlichen DFG-Sonderforschungsbereichen und Transregios sowie weiteren großen Projekten anderer Forschungsförderer wie dem BMBF oder der Europäischen Union.

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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.

Architektur ist von zentraler ökologischer, ökonomischer, sozialer und kultureller Bedeutung. Große Herausforderungen wie rapide Urbanisierung, enormer Baubedarf, immenser Ressourcenverbrauch mit verheerenden Umweltfolgen sowie mangelnde Produktivität im Bauwesen zeigen deutlich, dass neue Ansätze für das Planen und Bauen dringend benötigt werden. Diese Herausforderungen und damit die Schaffung der Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltig gebaute Umwelt werden im Profilbereich Architektur und Adaptives Bauen adressiert. Ihre lange Tradition und internationale Sichtbarkeit als Vorreiter in der Architektur und dem Bauingenieurwesen spiegelt sich in wegweisenden Architekten und Bauingenieuren wie Frei Otto, Jörg Schlaich und Fritz Leonhardt, ikonischen Bauten wie dem Olympiastadion in München, dem als Nobelpreis der Architektur geltenden Pritzker-Preis für Frei Otto (2015) sowie in gegenwärtig zwei Sonderforschungsbereiche (SFB) und dem neuen Excellencluster IntCDC wider. Dies sind nationale Alleinstellungsmerkmale wissenschaftlicher Exzellenz auf diesem Gebiet.

Der Profilbereich baut auf die enge Verbindung von Architektur und Bauingenieurwesen auf, erweitert sie durch Fachrichtungen wie Informatik und Robotik, Produktions- und Systemtechnik sowie Geschichtswissenschaften und Soziologie und führt so die Forschungstradition mit modernsten digitalen Methoden und interdisziplinär ausgerichteten Ansätzen, insbesondere der computerbasierten Modellierung, Simulation und Fertigung, fort. Die einzigartige fachliche Expertise, die interdisziplinäre Zusammenarbeit und die internationale Vernetzung in dem Profilbereich ermöglichen es, naturwissenschaftliche Prinzipien in ingenieurwissenschaftliche Modelle zu übertragen und auf neuartige, besonders leistungsfähige Baukonstruktionen und andere Technologien anzuwenden. Der Profilbereich ergibt sich organisch aus zahlreichen vergangenen und bestehenden Aktivitäten. Er ist mit dem fakultätsübergreifenden Forschungsverbund SRC Architektur: Integratives Design und Adaptives Bauen (ArchIDA), das die disziplinären Forschungsfelder von sieben Fakultäten bündelt, in die universitären Strukturen verankert. Außerdem ist er mit weiteren Profilbereichen durch thematischen und personellen Austausch eng verbunden.

Die Digital Humanities sind eines der jüngsten Forschungsfelder in den Geisteswissenschaften. An der Universität Stuttgart baut der Profilbereich auf eine weithin sichtbare, traditionell starke Geisteswissenschaft auf, was im nationalen Vergleich technischer Universitäten außergewöhnlich ist. Die Digital Humanities bilden eine Brücke zwischen modernen digitalen Forschungsmethoden, Digitalisierungsphänomenen und digital induzierten Transformationen in Kultur und Gesellschaft. Sie wagen einen neuen Blick auf geisteswissenschaftliche Inhalte und erweitern deren Spektrum – zum Beispiel in der Linguistik und Literaturwissenschaft – mithilfe der Informatik.

In der Weiterentwicklung der erfolgreichen Forschungsprojekte, darunter der Sonderforschungsbereich SFB 732 „Inkrementelle Spezifikation im Kontext“ (2006–2018), haben sich Forscherinnen und Forscher der Universitäten in Stuttgart und Tübingen zum Antrag für das Exzellenzcluster "Verstehen verstehen: Sprache und Text" zusammengefunden. Für den Verbund liegt, trotz ausbleibender Förderung, ein exzellentes Gutachten vor. Darin wird vor allem die Genese des Clusters herausgestellt, das sich in einem forschungsorientierten bottom-up-Prozess nicht nur disziplinensondern auch universitätsübergreifend geformt hat. Ebenso wichtig wie einzigartig ist auch die Vernetzung mit den herausragenden Kooperationspartnern und Forschungsinfrastrukturen, allen voran das Deutsche Literaturarchiv in Marbach sowie das Leibniz-Institut für Wissensmedien und die Universität in Tübingen. Die zukunftsweisenden Kooperationen sollen daher, neben den bestehenden Initiativen in diesem Profilbereich, weiter ausgebaut und gestärkt werden. Sie ermöglichen auch vielversprechende Synergien mit den anderen Profilbereichen.

Die Produktionstechnologien gehören zum traditionellen Profil der Universität Stuttgart, tragen seit ihrer Gründung zum industriellen Erfolg des Standorts Stuttgart bei und umfassen einige der ausbildungsstärksten sowie transfer- und kooperationsintensivsten Institute der Universität. Zahlreiche Forscherinnen und Forscher 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 auch für industrielle Anwendungen. Beispielhaft genannt seien Maschinen- und Anlagenbau, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Materialkunde, Verfahrenstechnik sowie Optik und Medizintechnik.

Der Forschungscampus ARENA2036 (Active Research Environment for the Next Generation) ist eine einzigartige Einrichtung und bündelt die in der Region etablierten Kompetenzen in Leichtbau und innovativen Produktionstechnologien. In dem 10.000 m2 großen Hightech-Zentrum entwickeln Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam die Integration von Cyber-Simulation und Fertigung in der Produktionstechnik. Weitere Projekte und Aktivitäten sind konstitutiv für den Profilbereich Produktionstechnologien. Mit der Antragsskizze für ein Exzellenzcluster Software Defined Manufacturing – Methoden, Architekturen und Anwendungen zur automatischen Definition der Produktion durch Software konnte noch nicht an den Erfolg der Graduate School of Excellence advanced Manufacturing Engineering (GSaME) in der Exzellenzinitiative angeknüpft werden. Die sehr positive Entwicklung der Produktionstechnologien in Richtung intelligente Systeme soll weitergetrieben werden, um das in diesem Bereich besonders ausgeprägte Potenzial zur zwischen Grundlagenforschung und Anwendungsorientierung auszuschöpfen und Beiträge zur Optimierung des Innovationszyklus zu leisten. Hierfür haben sich die beteiligten Bereiche gezielt zu einem großen Produktionstechnischen Zentrum (PZS) zusammengeschlossen.

Opto-Elektronischer Messplatz für die Erforschung angewandter Quantentechnologien. (c)
Opto-Elektronischer Messplatz für die Erforschung angewandter Quantentechnologien.

Quantentechnologien sind ein neues Paradigma in einem weiten Bereich von Anwendungen und die Quantenwissenschaft eines der vielversprechendsten und zukunftsweisendsten Felder der Grundlagenforschung überhaupt. Die Universität Stuttgart gehört zu den Universitäten in Deutschland, die in diesem Bereich international ausgewiesen und besonders sichtbar sind. Neben der Exzellenz der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sticht das breite Forschungsspektrum von der Grundlagenforschung bis hin zur Erschließung technologischer Anwendungen im internationalen Wettbewerbsumfeld hervor.

Quantenwissenschaften sind ein Gebiet der theoretischen und experimentellen Physik und Chemie sowie Elektrotechnik, das von der Universität Stuttgart mit hohen Investitionen in Infrastruktur und Forschungsverbünde gefördert wird. Um weitere Anwendungsbereiche zu erschließen und die thematische Breite im Bereich der Grundlagenforschung zu erweitern, hat die Universität Stuttgart mit der Universität Ulm und dem MPI für Festkörperforschung 2014 das Center for Integrated Quantum Science and Technology IQST als Zentrum für grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung in den Quantenwissenschaften gegründet. Das IQST hat weltweit Kooperationen mit Industrieunternehmen etabliert und umfängliche Mittel für hochmoderne Forschungsinfrastrukturen akquiriert. Aufbauend auf den vielen erfolgreichen Projekten in diesem Bereich haben Forscherinnen und Forscher der Universitäten in Stuttgart und Ulm den Antrag für ein Exzellenzcluster (EXC) Quantenwissenschaften von den Grundlagen zur Anwendung: Entwicklung von Quanteninstrumenten der Zukunft (TQuant) erarbeitet. Das visionäre Ziel von TQuant besteht darin, die medizinische Bildgebung und Diagnostik zu revolutionieren, indem die Technologie der Quantensensorik unter Verwendung neuartiger robuster Quantensysteme vorangetrieben wird. Auch wenn die spektakulären Anwendungsperspektiven der Quantentechnologien von einer EXC-Förderung beflügelt worden wären, greifen die geplanten Investitionen der Universität die in dem positiven Gutachten als besonders riskant herausgehobenen Forschungsansätze im Profilbereich Quantenwissenschaft auf.

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.

 

Simulationstechniken haben ihren Ursprung im 20. Jahrhundert. Maßgebliche Beiträge, wie die Mitentwicklung der Finite-Elemente-Methode durch John Argyris, sind an der Universität Stuttgart entstanden und mit ihrem Namen verbunden. Die Universität Stuttgart ist eine der wenigen Hochschulen in Deutschland, die Simulationstechniken bereits seit mehr als 40 Jahren in ihrer ganzen fachlichen Breite erforscht und systematisch in die Nachwuchsbildung integriert.

Die weltweite Ausstrahlung konnte mit dem Exzellenzcluster (EXC) 310 Simulation Technology (SimTech) seit 2007 und seiner Verlängerung 2012 nochmals deutlich gesteigert werden. In SimTech unter dem Dach des Stuttgarter Zentrums für Simulationswissenschaft (SC SimTech), der bislang ersten internen Verbundstruktur mit fakultätsähnlichen Aufgaben und Rechten, bündeln über 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher isoliert entwickelte Simulationsmodelle und -methoden zu einer umfassenden Systemwissenschaft. Dabei ist es Ziel, Simulationen leistungsfähiger, Vorhersagen präziser und Entscheidungen zuverlässiger zu machen. Mit diesem einzigartigen Ansatz beschreiten die Forschenden aus allen Fachkulturen der Universität neue Wege auf dem Gebiet der Modellierung und Simulation komplexer Probleme und tragen zu wissenschaftlichen Herausforderungen mit weitreichenden gesellschaftlichen Implikationen bei: von digitalen Menschmodellen über komplexe Umweltsysteme bis hin zu virtuellen Prototypen. Der Profilbereich wird durch zahlreiche weitere Projekte kontinuierlich ausgebaut.

Der neue Exzellenzcluster EXC 2075 Daten-integrierte Simulationswissenschaft (SimTech) schreibt die Erfolgsgeschichte fort. Mit dem neuen Paradigma der daten-integrierten Simulation positioniert er sich zwischen den bisher getrennten Bereichen Simulation Science und Data Science. Die Universität Stuttgart gilt als eine der wenigen Einrichtungen, die diese Bereiche mit disziplinärer Tiefe und interdisziplinärer Breite sowie den notwendigen Forschungsinfrastrukturen verbinden kann.

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.

Potenzialbereiche

Die Universität Stuttgart hat zwei Potenzialbereiche in der Forschung identifiziert, die sie in den nächsten Jahren mit Exzellenzmitteln und Eigenleistungen ausbauen und mittel- bis langfristig auf das Spitzenniveau der Profilbereiche heben möchte: Autonomous Systems sowie Biomedical Systems.

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Mit dem Potenzialbereich Autonomous Systems möchte die Universität ihre Forschungskapazität im Umfeld cyber-physischer Systeme und intelligenter Dinge stärken. Die Forschung am Standort zu komplexen Netzwerken von realen Maschinen und Geräten und ihrer physischen und virtuellen Umgebung, die sich als Verbund autonom und intelligent selbst regeln, und dabei besonders auch die Spitzenforschung in der Partnerschaft im Cyber Valley werden durch den Potenzialbereich zusammengeführt und ausgebaut.

Die Universität Stuttgart verfolgt bereits erfolgreich den Transfer aus Biologie zu biomedizinischen Anwendungen. Der Bereich Biomedical Systems soll diese Forschungen mit den ausgewiesenen Ingenieur-, Computer- und Quantenwissenschaften zusammenzuführen um den zunehmend personalisierten und automatisierten Diagnoseverfahren gerecht zu werden. Dies wird in Kooperation mit den Lebens- und Medizinwissenschaften der Nachbaruniversitäten, insbesondere dem Universitätsklinikum Tübingen, umgesetzt.

Kontakt

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Prof. Dr.

Jan Knippers

Prorektor für Forschung