Forschungsprofil

Die digitale Transformation und elektronische Systeme bilden die Grundlage für nahezu alle sozialen, gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und technischen Innovationen im 21. Jahrhundert. Die Technische Fakultät hat hier einen ihrer Forschungsschwerpunkte und schafft zum einen die notwendigen ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen und treibt zum anderen entsprechende Anwendungen voran, u.a. im Bereich von eingebetteten, cyber-physikalischen und mechatronischen Systemen.

Digitalisierung erfordert immer komplexere und leistungsfähigere Elektroniksysteme. Wissenschaftler/innen der Technische Fakultät decken dabei das gesamte Forschungsspektrum von elektronischen Bauelementen über Schaltungstechnik bis hin zu höchstintegrierten elektronischen Schaltungen und Technologien ab. Dabei ermöglicht das deutschlandweit einzigartige Leistungszentrum Elektroniksysteme (LZE) eine langfristig angelegte strategische Partnerschaft von FAU, den Fraunhofer-Instituten IIS und ISSB sowie Industrieunternehmen, exzellente Forschung und Lehre mit schneller Umsetzung in neue Produkte.

Neue Methoden zur effizienten Darstellung, Verarbeitung und Übertragung von Daten sind für die digitale Transformation essentiell. In diesem Bereich, speziell bei der digitalen Übertragung und der Audio- und Videosignalverarbeitung (Home of MP3) gehören die Forschenden der Technische Fakultät weltweit zur Spitzengruppe. In der Forschung wird auch der Bedeutung der künstlichen Intelligenz beim Entwurf von Elektroniksystemen, der Produktion im Maschinenbau und in der Biomedizin immer stärker Rechnung getragen. Einen weiteren Beitrag zur digitalen Transformation leisten unsere Wissenschaftler/innen auf dem Gebiet digitaler Werkzeuge und Methoden am Objekt (Bild, Skulptur, Artefakt) für die Geisteswissenschaften. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Germanischen Nationalmuseum.

Aufbauend auf den genannten hard- und softwareseitigen Grundlagen ist die rechnergestützte Modellbildung und Simulation komplexer Systeme von außerordentlicher Bedeutung. An der Technischen Fakultät werden zu verschiedensten Fragestellungen skalenübergreifende Simulationen, beginnend mit der Wechselwirkung einzelner Atome über Bauteile bis hin zu Prozessketten, durchgeführt. Entwicklungsziele sind hierbei z. B. die Konzeption neuer Materialen mit maßgeschneiderten Eigenschaften sowie die Optimierung und Effizienzsteigerung von Verfahren und Prozessen. Dabei kommen Methoden des wissenschaftlichen Hochleistungsrechnens zum Einsatz.

Umwelt- und Klimaschutz zählen zu den größten Herausforderungen an unsere Zivilisation im 21. Jahrhundert. Das Ziel der menschlichen Entwicklung muss das Erreichen einer globalen Nachhaltigkeit sein, um somit die Zukunft auf unseren einmaligen Planeten lebenswert zu gestalten. Dazu müssen jedoch technische Wertschöpfungsketten und Stoffkreisläufe neu gedacht werden, und dabei insbesondere Energiebereitstellung und –verbrauch als wesentlicher Klimafaktor stets intensiv berücksichtigt werden. Insbesondere die technischen Herausforderungen der Energiewende von der Erzeugung erneuerbarer Energie, der effektiven Umwandlung und Speicherung, sowie dem Transport und der Einspeisung in industrielle Prozesse sind zentrale Forschungsschwerpunkte der Technischen Fakultät und seiner Departments.

Die Bandbreite der Kompetenzen reicht hier von der Entwicklung von Grundmaterialien (z. B. SiC), Bauelementen und Integrationstechnologien bis hin zur Entwicklung komplexer leistungselektronischer Systeme für die Elektromobilität und die elektrische Energieversorgung gemeinsam mit den Forschenden der beiden Fraunhofer-Institute IIS und IISB am Leistungszentrum Elektroniksysteme (LZE). Am Energie Campus Nürnberg (EnCN) werden geschlossene erneuerbare Energieketten durch die Kombination von Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, verschiedener Energiespeichertechnologien, effizienten Verbrauchersystemen und intelligentem Energiemanagement entwickelt. In Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN) werden in einem interdisziplinären Ansatz insbesondere die Herstellung Erneuerbarer Energie über druckbare Photovoltaik, die Umwandlung in chemische Energie mittels Elektrolyse und Brennstoffzellen, sowie die skalierbare Speicherung in flüssigen Wasserstoffspeicher (LOHC) beforscht. In der Informatik befassen sich zudem unsere Wissenschaftler/innen mit der Digitalisierung des Energiesystems als wesentlicher Enabler zur Erreichung dieser Ziele, mit Themen zu Datenanalytik, Steueralgorithmen (auch basierend auf maschinellen Lernverfahren), sowie Simulation und Optimierung von sektorengekoppelten intelligenten Energiesystemen.

Mit diesem breiten Spektrum an verbundenen Forschungsansätzen und vielem mehr trägt die Technische Fakultät wesentlich zur Lösung der großen und akuten Herausforderungen in den Bereichen Umwelt, Klima und Energie bei.

Neue Materialien und die damit verbundenen Prozesstechnologien bilden die Basis für zukünftige industrielle Innovationen, insbesondere in den Bereichen der nachhaltigen Energieversorgung, der Medizin und der Mobilität. Die hoch interdisziplinären Forschungsaktivitäten der Technischen Fakultät widmen sich der Entwicklung von Funktions- und Strukturmaterialien, wobei alle Längenskalen vom Atom bzw. Molekül bis zum fertigen Bauteil betrachtet werden. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Gestaltung und Untersuchung von Grenz- und Oberflächen gelegt. Der Brückenschlag vom Molekül- bzw. Legierungsdesign über funktionale Partikelsysteme bis zur Gestaltung von Bauteilen erfordert neue Forschungsansätze, die in der Lage sind, viele Längen- und Zeitskalen abzudecken. Dies betrifft Struktur-, Eigenschafts- und Prozessanalytik, Material- und Prozesssimulation sowie relevante Prozess- und Fertigungstechnologien. Innovative Methoden und Prozesse aus den Bereichen der kombinatorischen Materialforschung, der multikriteriellen Optimierung, des Hochleistungsrechnens, der künstlichen Intelligenz und des 3D-Druckens für die Entdeckung neuer Materialien und der dazu gehörenden Prozesse nehmen dabei eine zunehmend wichtige Rolle ein.

Der Forschungsschwerpunkt Medizintechnik ist angesichts der demographischen Entwicklung von größter gesellschaftlicher Relevanz. Er ist an der FAU in ein hervorragendes Forschungsumfeld integriert. Der Gesundheitssektor wird zunehmend konsequent digitalisiert mit dem Ziel, Lebensqualität zu verbessern und Kosten im Gesundheitswesen zu senken. Wissenschaftler/innen der FAU haben grundlegende Beiträge zu Themen der Medizinischen Bildanalyse, Biomaterialien, Digital Health, Medizinrobotik, Bioinformatik, Sensoren, personalisierter Therapie und Künstliche Intelligenz in der Medizin geleistet. Über 90 Professor/innen und Dozierende sind auf diesem Gebiet an unserer Universität tätig und seit Gründung des Zentralinstitutes für Medizintechnik (ZiMT) im Jahr 2009 in diesem institutionellen Rahmen konzentriert. Die enge Zusammenarbeit mit Siemens Healthineers, dem Universitätsklinikum Erlangen, den Fraunhofer-Instituten, dem Medical Valley EMN und weiteren zahlreichen Unternehmen in der Europäischen Metropolregion Nürnberg fördert den effizienten Technologietransfer. Dabei werden insbesondere der zunehmenden Komplexität und der Interdisziplinarität an der Schnittstelle von Technik, Naturwissenschaft, Entrepreneurship und Medizin Rechnung getragen.

Das 21. Jahrhundert wird als das Jahrhundert des Photons bezeichnet, denn die im internationalen Sprachgebrauch als Photonik bezeichneten optischen Technologien gelten als eine der Schlüssel-technologien der nächsten Jahrzehnte in Bereichen wie Energie, Industrie oder Medizin. Aufgrund des Querschnittcharakters der Themen sind viele der Forschungsarbeiten nur durch lehrstuhl- und departmentübergreifende Kooperationen möglich. Die daraus resultierende Stärke der inneruniversitären Forschung wird durch eine Vielzahl an Drittmittelprojekten sowohl im grundlagenorientierten (z. B. DFG) als auch im anwendungsnahen Bereich (z. B. BMBF) belegt. Dabei tragen Einrichtungen wie die „Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies“ einerseits zu einer Vernetzung innerhalb der Fakultät bei, darüber hinaus bieten sie aber auch in Deutschland teils einzigartige Möglichkeiten.

Neben den wissenschaftlichen Aktivitäten ist der Forschungsschwerpunkt durch den Elitestudiengang „Advanced Optical Technologies“ sowie die „Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies“ auch im Bereich der Lehre und Nachwuchsförderung hervorragend aufgestellt. Durch die Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Instituten und dem Bayerischen Laserzentrum besteht weiterhin eine starke anwendungsorientierte Vernetzung in die Industrie. Durch Kooperationen mit dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts ist auch eine enge Anbindung an die außeruniversitäre Grundlagenforschung auf dem Bereich der Optik sichergestellt.

Die Forschung auf dem Gebiet der Optische Technologien hat an der FAU und der Technischen Fakultät eine lange Tradition. Aktuelle Forschungsarbeiten befassen sich u. a. mit modernen Bildgebungsverfahren, laserbasierten additiven Fertigungsfahren, optischer Messtechnik für Verbrennungsprozesse und Nanomaterialien, Computational Optics und der Anwendung der Optik und Photonik in der Medizin.

• Biomedical Imgging and Sensing
• Health Data Science
• Medical Robotics

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department AIBE finden Sie auf der Webseite des Departments.

• Neue Materialien und Prozesse
• Prozesse der Energietechnik
• Partikeltechnologie
• Funktionale Grenzflächen
• Biotechnologie
• Optische Technologien

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department CBI finden Sie auf der Webseite des Departments.

• Autonomietechnologien
• Elektrische Energietechnik
• Elektronische Systeme
• Informations- und Kommunikationstechnik

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department EEI finden Sie auf der Webseite des Departments.

• Artificial Intelligence
• Daten, Modellierung und Simulation
• Embedded Systems Engineering
• Foundations of Computing
• High Performance Computing
• IT-Sicherheit
• Visual Computing

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department INF finden Sie auf der Webseite des Departments.

• Neue Materialien und Prozesse (z.B. Leichtbau, Strukturkunststoffe, tribologische Schichten)
• Informations- und Kommunikationstechnik (z.B. Wissensmanagement, künstliche Intelligenz für die Produktentwicklung und Produktionstechnik)
• Mechatronik und Produktionstechnik (z.B. Additive Fertigung, Elektronikproduktion)
• Optische Technologien (z.B. Lasertechnologie, Messtechnik)
• Medizintechnik (z.B. Biomechanik, Bionik)
• Querschnittsthema Modellierung/Simulation/Optimierung (z.B. nachhaltige Produkt- und Prozessentwicklung, Finite-Elemente-Simulation, dynamische Simulation)

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department MB finden Sie auf der Webseite des Departments.

• Nachhaltige Materialien und Prozesse
• Multiskalenmodellierung und –charakterisierung
• Hochleistungsmaterialien für Mobilität, Energie und Life Sciences

Weitere Informationen zu den Forschungsschwerpunkten des Department WW finden Sie auf der Webseite des Departments.