Leitung: Prof. Nima Shokri

Laufzeit: Start Oktober 2025

Bahnbrechende Fortschritte in der Computertechnologie haben zur Entwicklung neuer Generationen von Erdsystemmodellen geführt, die detaillierte Informationen darüber liefern, wie unser Planet lokal auf die fortschreitende globale Erwärmung reagieren könnte, und dies mit einer bisher unerreichten räumlichen und zeitlichen Auflösung von 1 km bzw. wenigen Minuten. Diese enormen Klimadaten sind von unschätzbarem Wert, wenn sie von Ingenieuren genutzt werden können, um technischen Lösungen für die Herausforderungen von morgen zu entwickeln, indem sie die Klimadaten in ihre Konstruktionen, Lösungen und Verfahren integrieren. Genau diese Idee ist die treibende Kraft für die Einrichtung des Graduiertenkollegs (GRK) zum Thema "Climate-informed Engineering" (CIE): Ein aufstrebendes interdisziplinäres Forschungsfeld, das aktuelle Klimainformationen in die Ingenieurausbildung einbindet. Im Rahmen des GRKs entsteht ein strukturierter Ausbildungsrahmen, mit einem breiten Spektrum an Fortbildungsmaßnahmen, um die Ausbildung und Förderung von Nachwuchsforschern zu unterstützen, mit dem Ziel zukünftige klimaangepasste technische Lösungen zu entwickeln. Durch die aktive Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M), das weltweit führend bei der Entwicklung von Klimamodellen ist, integrieren wir eine neue Generation von Klimamodellen in unsere Ausbildung. Darüber hinaus plant das GRK ein gemeinsames Doktorandenprogramm zwischen der TUHH und dem United Nations University Institute for Water, Environment and Health (UNU-INWEH). Die Promovierenden profitieren dabei vom Austausch mit renommierten Expertinnen und Experten der UNU und der Vereinten Nationen (UN). Die Sustainable Development Goals der UN stehen dabei im Mittelpunkt des vorgeschlagenen GRKs. Das GRK verbindet klassische Ingenieurwissenschaften mit innovativen Ansätzen. Neue Materialien, Prozesse und Prognosefähigkeiten werden entwickelt, und dienen Menschen, Unternehmen und Ökosysteme im Angesicht des Klimawandels. Das GRK wird drei Hauptforschungsbereiche umfassen: CIE für die bebaute Umwelt, CIE für Verfahrenstechnik und CIE für nachhaltiges Ressourcen- und Umweltmanagement. In der ersten Förderphase sind zehn Projekte geplant, die ein breites Themenspektrum abdecken - vom Einfluss des Klimas auf nachwachsende Rohstoffe über die Lebensmitteltechnologie bis hin zur Entwicklung neuartiger Materialien für die Latentwärmespeicherung. Die Projekte werden das Innen- und Außenklima auf der Basis von Internet-of-Things-Technologien verknüpfen und Prognosefähigkeiten für die Wasser- und Ernährungssicherheit entwickeln. Alle leitenden Wissenschaftler und Promovierende vereint das gemeinsame Ziel, neuartige Klimainformationen für die Strategieentwicklung zur Eindämmung des Klimawandels zu nutzen. Dieses interdisziplinäre GRK ist das erste seiner Art. Es ermöglicht Ingenieuren Infrastrukturen zu planen und neue Materialien und Prozesse auf der Grundlage von Klimainformationen zu entwickeln. (Quelle: DFG GEPRIS)

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Görschwin Fey

Laufzeit: seit 2024

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Heute wird fast jedes technische System digital gesteuert. Solche digital gesteuerten Systeme verfügen über zahlreiche funktional unterschiedlich interagierende Subsysteme, Systemebenen und Verbindungen zu anderen Systemen. Viele Probleme, die während ihres Designs und Betriebs auftreten, sind auf eingeschränktes Verständnis und daraus resultierende Unstimmigkeiten an ihren Schnittstellen zurückzuführen. Um solche Irrtümer zu vermeiden, sind gegenseitige Erklärungen für verständliches Verhalten gegenüber anderen Systemen, Designern, Entwicklern und Betreibern erforderlich. Von Entwerfenden kann nicht erwartet werden, dass sie alle Komponenten eines Cyber-Physical Systems (CPS) und der Umgebung vollständig verstehen. Dennoch benötigen beispielsweise Softwareentwicklerinnen nachvollziehbare Erklärungen zu Erwartungen und Garantien eines physischen Prozesses, der direkt oder indirekt mit dem Programm interagiert. In einer idealen modellbasierten Designwelt wäre dies alles, in geeigneten Designspezifikationen verfügbar. Realistisch gesehen sind diese jedoch punktuell und auf Präzision ausgerichtet und erfordern als Ergänzung verständliche Erklärungen. Das Graduiertenkolleg CAUSE geht diese Probleme an, indem es digital gesteuerte Systeme für Entwicklung, Nutzung und andere Systeme selbsterklärend gestaltet. Während der Begriff „Erklärung“ in Bezug auf Verstehen, Denken und Arguemntieren in vielen Disziplinen intensiv diskutiert wurden, stellen wir eine Definition für unsere Sicht bereit, die zu unseren Formalismen passt: Eine Erklärung ist eine Information, die von einem (selbsterklärenden) System einem Adresssystem rechtzeitig bereitgestellt wird; die Erklärung ermöglicht es dem Adresssystem, Konsequenzen aus Entscheidungen oder Wissensinkonsistenzen aufzudecken, die andernfalls unzugänglich bleiben; anhand der Erklärung kann das Adresssystem diese Schlussfolgerungen ziehen, ohne alle Einzelheiten der Interaktion zu kennen. CAUSE konzentriert sich auf die technischen, logischen und algorithmischen Grundlagen von Selbsterklärungsfähigkeiten und deren Integration in die System-Engineering-Methodik auf allen Abstraktionsebenen, die für den Entwurf digitaler Systeme relevant sind. Mit der Verfügbarkeit eines umfassenden Demonstrators zur Erporbung von Theorien und Methoden ist CAUSE einzigartig. CAUSE umfasst drei Institutionen, die ein Konsortium bilden, das sich mit Hardware, Software und Systemen sowie theoretischen Grundlagen, Entwicklungsmethoden und praktischen Anwendungen auskennt. In CAUSE durchdringen Doktorandinnen und Doktoranden die Forschung zu neuartigen Systemdesignkonzepten, die eine Selbsterklärung ermöglichen. Sie werden wissenschaftlich Unabhängig und erwerben zeitgemäße Fähigkeiten zur verteilten Teamarbeit, zur Arbeit in unterschiedlichen Kooperationskontexten, zur Anpassung an unterschiedliche Wissenshintergründe und zur intensiven technischen Kommunikation. (Quelle: DFG GEPRIS)

Sprecher für die TUHH: Prof. Carsten Gertz

Laufzeit: seit 2022

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Im Angesicht von Städtewachstum, Klimawandel und Ressourcenausbeutung – und aktuell verstärkt durch die Corona-Pandemie – gilt für die Zukunft der Stadt ein absoluter Imperativ: Handelt! Städte haben sich dabei zu entscheidenden Orten entwickelt, an denen Zukunftspfade entworfen, prognostiziert, gestaltet und offen ausgehandelt werden. Das vorgeschlagene Graduiertenkolleg befasst sich mit auf den gebauten Raum ausgerichteten Aktivitäten, entlang derer ExpertInnen und administrative AkteurInnen versuchen, auf die erwarteten Bedrohungen und Risiken für Stadtgesellschaften zu reagieren. Diese Aktivitäten werden als „urban future-making“ bezeichnet. Die zentrale Frage ist, wie (oder ob) reflexives und verantwortliches Handeln bezogen auf die zukünftige Gestaltung der städtischen Umwelt unter aktuellen Bedingungen möglich ist, d.h. angesichts multipler Krisenlagen, die Unsicherheiten erhöhen und professionelle Routinen und etablierte Ansätze in Frage stellen. Das Vorhaben betrachtet dabei insbesondere die Gruppe der bau- und planungsbezogenen Professionellen. Solche Urban Future-Makers sind in Behörden, in privaten Unternehmen, aber auch im Non-Profit-Bereich und in zivilgesellschaftlichen Initiativen zu finden.„Urban future-making“ – so die Ausgangsthese – wird wesentlich von zwei Spannungsfeldern geprägt. Das erste ist zeitlich: Zukünftige Herausforderungen verlangen grundlegenden Wandel, während die Gegenwart fordert, die bestehende Substanz der Stadt in den Blick zu nehmen. Das zweite Spannungsfeld bezieht sich auf räumliche Maßstabsebenen: Die Dringlichkeit zu handeln impliziert die Orientierung an multiplen globalen Interdependenzen. Die gebaute Stadt ist dagegen räumlich verankert und lokal. Vor dem Hintergrund dieser Spannungsfelder wird das Kolleg auf die gebaute Umwelt ausgerichtete Strategien und Interventionen untersuchen. Diese beziehen sich auf die Bereiche Mobilität, Energieversorgung und Materialeinsatz, in denen die Dringlichkeit umfassender Veränderungen besonders sichtbar ist. Das Vorhaben bringt WissenschaftlerInnen und DoktorandInnen aus den Sozialwissenschaften und aus bau- und planungsbezogenen Wissenschaften zusammen und ermöglicht interdisziplinäre Wissensproduktion für Stadtzukünfte. Im Austausch zwischen reflexionsorientierter und lösungsorientierter Forschung soll die Frage, wie Professionelle handeln könnten oder sollten, in einem systematischen Dialog mit empirischen Einsichten in das tatsächliche Handeln dieser Professionellen diskutiert werden. (Quelle: DFG GEPRIS)