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Forschung am Dekanat EIM

Die Forschung aus den Bereichen Elektrotechnik, Informatik und Mathematik vereint institutsübergreifend in den Forschungsthemen Energietechnik, Cyber-Physische-Systeme, Data Science, Medizintechnik sowie Modellierung, Simulation & Optimierung.

Auf übergeordneter Organisationsebene finden sich diese Forschungsthemen in verschiedenen Forschungsschwerpunkten wieder. Außerdem erfolgt eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen in den Forschungsfeldern der TUHH.

 

Forschungsthema Cyber-Physische Systeme

Cyber-Physical Systems (CPS) sind vernetzte informationsverarbeitende Systeme, die mit ihrer umgebenden physischen Umwelt in direkter Wechselwirkung stehen. Über Sensoren nehmen CPS Umgebungsinformationen auf, verarbeiten diese rechnergestützt, und beeinflussen ihre Umwelt über Aktoren wiederum. CPS befinden sich also in einer kontinuierlichen Regelschleife und müssen in vielen Anwendungsgebieten zeitkritische und sicherheitsrelevante Berechnungen tätigen und domänenübergreifend mit anderen technischen Systemen oder dem Menschen kommunizieren.


CPS stellen heutzutage weltweit die Grundlagentechnologie für viele „smarte“ Produkte und Anwendungen dar. So sind sie bspw. unverzichtbar in den Bereichen des Fahrzeug- oder Flugzeugbaus, Industrie 4.0, Medizintechnik, Automatisierungstechnik, Robotik oder Mechatronik.

Die Forschung der TUHH zu Cyber-Physical Systems zeichnet sich dadurch aus, dass sie sämtliche relevanten Aspekte umfasst – von den Sensoren und Aktoren, der Hardware und Vernetzung hinweg über die Software eines CPS bis hin zu deren realen Anwendungen und ihrer Zertifizierung.

► Beiträge des Dekanats EIM (Auswahl): Sichere und zuverlässige Hard- und Software, neuartige Sensorik, Vernetzte und Autonome Systeme, Optimierung von Energieeffizienz und Echtzeitfähigkeit

Beteiligte Institute und Kooperationen:  

► Das Forschungsthema findet sich in folgendem Forschungsschwerpunkt wieder:

► Eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen erfolgt in dem Forschungsfeld:

► Diese Studiengänge greifen Inhalte des Forschungsthemas auf:

Video: Von Hamburg aus ein smartes Shirt für Astronauten entwickeln!
Drahtloser Sensorknoten. Foto: Simon Ripperger
Smart Home
Forschungsthema Data Science

Herausforderung: Von Daten zum Wissen: 

Smarte Geräte sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet und produzieren enorme Datenmengen. In der Praxis stellt sich aber aber die Frage: Welche Daten sind relevant für Anwendungen wie z.B. das Erkennen von Hindernissen beim autonomen Fahren oder die frühzeitige Diagnose oder Vorhersage von Krankheiten? Aus Rohdaten müssen relevante Daten gefiltert und in Informationen gewandelt werden, aus welchen dann Modelle gelernt und Wissen aufgebaut werden kann.


► Beiträge des Dekanats EIM (Auswahl): 

  • Effiziente Speicherung,
  • Kommunikation und Verarbeitung großer Datenvolumen, 
  • mathematische und algorithmische Grundlagen des Maschinellen Lernens, 
  • verteilte Datenhaltung, verteiltes maschinelles Lernen,
  • Maschinelles Lernen zum Lösen Inverser Probleme,
  • Entwicklung von Data Science Anwendungen in den Ingenieurwissenschaften und der Medizintechnik.

► Beteiligte Institute und Kooperationen: 

► Das Forschungsthema findet sich in folgenden Forschungsschwerpunkten wieder:

► Eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen erfolgt in den Forschungsfeldern:

► Diese Studiengänge greifen Inhalte des Forschungsthemas auf:

 

 

Greifen Leicht gemacht! Ausstellung "Mission KI" – Deutsches Museum Bonn. Foto: Deutsches Museum/Lichtenscheidt
Forschungsthema Energietechnik

Eine Welt ohne elektrische Energie ist heute undenkbar, die weltweite Stromerzeugung nimmt ständig zu. Gleichzeitig erwachsen neue Herausforderungen aus der angestrebten Energiewende. Der Ausstieg aus der Kernenergie sowie aus der Kohleverstromung rücken immer näher. Windkraft- und Photovoltaikanlagen gehören inzwischen wie selbstverständlich zu unserem Landschaftsbild. Die Nutzung von Wasserstoff zur Erzeugung von Energie wird in diesem Zusammenhang schon seit geraumer Zeit besonders intensiv erforscht. Voraussetzung für einen positiven Beitrag zum Klimaschutz ist dabei die Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen.

Die Energiesysteme der modernen Welt müssen folglich tiefgreifend umgebaut werden.

► Beiträge des Dekanats EIM (Auswahl): Intelligente elektrische Energienetze (Smart Grids), Integration leistungselektronisch gekoppelter Systeme, Effiziente Bordenergiesysteme für moderne Flugzeuge und Schiffe, Betrieb und Planung für integrierte/sektorengekoppelte Energiesysteme

  • Die Forschung der elektrischen Energietechnik an der TUHH fokussiert die Bewältigung zentraler Herausforderungen, die daraus entstehen. Ziel ist ein optimales systemtechnisches Zusammenwirken von Komponenten und Technologien zur Erzeugung, Übertragung, Speicherung, Verteilung und zum Verbrauch von elektrischer Energie. Die Erforschung zukünftiger elektrische Energienetze terrestrischer sowie bordsystemgebundener Energiesysteme nimmt dabei eine besondere Rolle ein.
  • Die Kompetenzen des Dekanats liegen im Bereich der Modellierung, Optimierung und Betriebsführung von elektrischen Energienetzen und erstrecken sich hierbei besonders auch auf die Anwendung von Informations- und Kommunikationstechnik (IKT), Regelungs- und Automatisierungstechnik sowie Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI).
  • Die Dynamik, Stabilität und Regelung elektrischer Energiesysteme bilden einen besonderen Kompetenzschwerpunkt. Im Vordergrund stehen Systeme mit leistungselektronisch gekoppelten Komponenten und zunehmend sektorengekoppelte Systeme mit mehreren Energieträgern.

► Beteiligte Institute und Kooperationen:

► Das Forschungsthema findet sich in folgendem Forschungsschwerpunkt wieder:

► Eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen erfolgt in den Forschungsfeldern:

► Diese Studiengänge greifen Inhalte des Forschungsthemas auf:

Integrierte Energiesysteme: Planung und Betrieb
Reliable Communications for an Inter Aircraft Network (IntAirNet)
Intelligentes Thermisches Netzwerk (iTherNet)
Stabilität und Netzregelung in Übertragungsnetzen mit leistungselektronisch gekoppelten Betriebsmitteln
Optimal Utilization of Renewable Energies in Low Voltage Distribution Grids (OUREL)
Forschungsthema Medizintechnik

Die moderne Patientenversorgung konnte durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Medizintechnik bereits entscheidend verbessert werden. Krankheiten können heute frühzeitig entdeckt und besser behandelt werden.

Zukünftige Verbesserungen erfordern die Fusion von verschiedenen Fachdisziplinen aus Informatik, Ingenieurwissenschaft, Mathematik und Medizin. Hierbei sind die Kombination von modernen Bildgebungsmethoden und Sensortechnologien mit Verfahren zur Bildverarbeitung und zum maschinellen Lernen sowie die Methoden zur Planung und Unterstützung bei Behandlungsabläufen entscheidende Bausteine.

 

► Beiträge des Dekanats EIM (Auswahl):

  • Entwicklung von medizintechnischen Systemen und Mensch-Maschine-Schnittstellen
  • Multi-dimensionale Bildgebung und Bildverarbeitung
  • Entwicklung von Sensoren und Sensorsystemen
  • Modellierung der elektromagnetischen Felder im Gewebe
  • Sicherheit cyberphysischer medizintechnischer Systeme
  • Methodenentwicklung für den Einsatz von Robotik und Navigation in der Medizin

► Beteiligte Institute und Kooperationen: 

► Das Forschungsthema findet sich in folgenden Forschungsschwerpunkten wieder:

► Eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen erfolgt in dem Forschungsfeld:

► Diese Studiengänge greifen Inhalte des Forschungsthemas auf:

Kollaboratives Robotersystem zur Unterstützung der Nadelplatzierung in kritischen Strukturen.
Video: Von Hamburg aus berührungslos Epilepsie erkennen!
Video: Von Hamburg aus ein smartes Shirt für Astronauten entwickeln!
Forschungsthema Modellierung, Simulation & Optimierung

Viele natur- und ingenieurwissenschaftliche Objekte/Vorgänge können durch mathematische Modelle näherungsweise beschrieben werden. Anhand theoretischer Analysen sowie effizienter numerischer Lösungen dieser meist sehr komplexen Modelle können die Vorgänge der realen Welt dann digital simuliert und somit besser verstanden und ggfs. optimiert werden (z.B. bzgl. Performance, Energieeffizienz, Sicherheit).

► Beiträge des Dekanats EIM (Auswahl)

  • Forschung zu numerischen Methoden in den Ingenieurwissenschaften (digital twin)
  • Approximation und Optimierung komplexer ingenieurwissenschaftlicher Systeme
  • Formale Verifikation sicherheitskritischer Eigenschaften von Hard- und Software                
  • Modellierung und Simulation von Kommunikationskanälen und Übertragung digitaler Daten
  • Theoretische Grundlagen der Informatik und Entwurf effizienter Algorithmen                     
  • Stochastische Modelle für komplexe Netzwerke und zufällige räumliche Strukturen
  • Computerarchitekturen für Machine Learning Accelerators, energy-efficient GPUs 

► Beteiligte Institute und Kooperationen: 

► Das Forschungsthema findet sich in folgenden Forschungsschwerpunkten wieder:

► Eine fachübergreifende Bündelung mit anderen Themen erfolgt in den Forschungsbereich:

► Alle Studiengänge der TUHH greifen Inhalte des Forschungsthemas auf.

Oberflächenstromverteilung auf Flugzeugen aufgrund von HIRF-Beleuchtung (High Intensity Radiated Field).
Modellierung diskreter Hochfrequenzkomponenten für Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsanwendungen.
Magnetfeldverteilung einer kurzen zylindrischen Spule bei niedriger Frequenz für die Magnetresonanztomographie (MRI).

Institute am Dekanat EIM

Elektrotechnik

E-3 Hochfrequenztechnik
Prof. Dr. Alexander Kölpin

E-4 Kommunikationsnetze*
Prof. Dr. Andreas Timm-Giel

E-6 Elektrische Energietechnik
Prof. Dr. Christian Becker

E-7 Mikrosystemtechnik
Prof. Dr. Khiem Trieu

E-8 Nachrichtentechnik
Prof. Dr. Gerhard Bauch

E-9 Integrierte Schaltungen
Vertretungsprofessur Prof. Dr. Bahr

E-12 Optische und Elektronische Materialien
Prof. Dr. Manfred Eich

E-14 Regelungstechnik
Prof. Dr. H. Werner
Prof. Dr. A. Eichler

E-18 Theoretische Elektrotechnik
Prof. Dr. Christian Schuster

 

*interdisziplinär zwischen Elektrotechnik und Informatik

Informatik

Theoretische Informatik

E-11 Algorithms and Complexity
Prof. Dr. Matthias Mnich

E-13 Algebraic Engineering
Prof. Dr. Karl-Heinz Zimmermann

E-25 Quantum Inspired and Quantum Optimization
Prof. Dr. Martin Kliesch

E-EXK6 Theoretische Informatik
Jun.-Prof. Dr. Antoine Mottet

 

Software- und Systemtechnik

E-1 Medizintechnische und Intelligente Systeme*
Prof. Dr. Alexander Schlaefer

E-5 Biomedizinische Bildgebung
Prof. Dr. Tobias Knopp

E-16 Software Systems
Prof. Dr. Sibylle Schupp

E-17 Telematik
Prof. Dr. Volker Turau

E-19 Data Engineering
Prof. Dr. Stefan Schulte

E-21 Data Science Foundations
Prof. Dr. Nihat Ay

E-22 Software Security
Prof. Dr. Riccardo Scandariato

Technische Informatik

E-4 Kommunikationsnetze*
Prof. Dr. Andreas Timm Giel

E-13 Computer Engineering
Prof. Dr. Görschwin Fey

E-13 Eingebettete Systeme
Prof. Dr.  Heiko Falk

E-15 Secure Cyber-Physical Systems
Prof. Dr. Sibylle Fröschle

E-24 Autonomous Cyber-Physical Systems
Prof. Dr. Christian Renner

E-EXK3 Smart Sensors
Jun.-Prof. Dr. Ulf Kulau

E-EXK4 Operating Systems
Jun.-Prof. Dr. Christian Dietrich

E-EXK5 Massively Parallel Systems
Jun.-Prof. Dr. Sohan Lal

 

*interdisziplinär zwischen Elektrotechnik und Informatik

 

 

Mathematik

E-10 Angewandte Mathematik
Prof. Dr. Marko Lindner

E-10 Computational Mathematics
Prof. Dr. Daniel Ruprecht

E-10 Diskrete Mathematik
Prof. Dr. Anusch Taraz

E-10 Numerische Mathematik
Prof. Dr. Sabine Le Borne

E-10 Stochastik
Prof. Dr. Matthias Schulte