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Einrichtungen und Programme

Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen eigenständig oder im Verbund mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen. Zahlreiche Projekte – nachdem sie ein competitives Antragsverfahren durchlaufen haben – werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) oder durch Programme der Europäischen Union (EU) finanziell gefördert.

  • KoksAgglomeration - Agglomerationsverhalten von stationären Wirbelschichten bei der Vergasung biogener Brennstoffe mit niedrigschmelzenden Aschen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2020 - 31.12.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/dfg-projekt-koksagglomeration/
    Das DFG-geförderte Projekt „KoksAgglomeration“ beschäftigt sich mit der Agglomerationsneigung biogener Brennstoffe bzw. deren Aschen in Wirbelschichtvergasern. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Restkoks, der sich während des Betriebs in der Brennkammer anreichert.

    Die Arbeiten zielen darauf ab,

    • die Zuverlässigkeit der Erkennung des Agglomerationsbeginns durch eine hochfrequente Auswertung von Druckschwankungen zu erhöhen und damit die veränderte Agglomerationsneigung von Wirbelschichten bei der Vergasung (im Vergleich zum Verbrennung) mit hohen Koksanteilen experimentell zu untersuchen;
    • die Entstehung von Agglomeraten einzelner mit flüssigen Schmelzfilmen und Kokspartikeln bedeckter Bettmaterialpartikel bei Kollisionsereignissen mittels der Lattice-Boltzmann Methode zu simulieren, um daraus temperaturabhängig Kriterien für die Agglomerationsneigung auf Einzelkornskala abzuleiten.

    Schließlich sollen die experimentellen Erkenntnisse und das Simulationsmodell dazu dienen, die tatsächlich zugrundeliegenden Mechanismen der Agglomerationsbildung, insbesondere des Kokseinflusses bei der thermischen Wirbelschichtvergasung zu identifizieren. Durch Simulationen großer Partikelkollektive sollen die in den Simulationen gewonnenen Agglomerationskriterien überprüft und mit dem realen Verhalten im Vergasungswirbelschichten abgeglichen werden.

  • mHealth tOol for parkinsOn’s disease training and rehabilitation at Patient’s home
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.02.2018 - 31.01.2019
    Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
    URL: http://hoop.lst.tfo.upm.es/
    The HOOP project aims to:

    1)       Develop of a universal platform to train PD patients. Parkinson’s disease (PD) patients

    repeatedly report great disparities in access to, and quality of, the full range of

    Parkinson’s disease services. This represents a social risk for them in terms of access to

    medical specialists, caregivers or medical therapy. The value of therapy services in PD

    has outlined the importance of having access to these interventions from an early

    stage of the disease. A solution which improves the delivery of training to PD patients,

    and represents an opportunity to enroll and follow-up, personalized physical therapy

    programs at home are important for promoting patient’s long-term engagement and

    self-management of their own health.

    2)       Improve the quality of life of PD patients through the platform. In addition to the

    benefits provided to Parkinson’s patients and according to recent studies showing that

    in 2016 a 39,3% of the population in Europe is over 50 years old, which means that

    there will be an increase in the mobility and fragility issues due to the aging. In this

    sense, it is very important to promote systems and solutions that encourage healthy

    living habits with the aim of improving the quality of life.

    3)       Provide a final product available and ready for market u p-take. During 2017, HOOP is

    being developed from a research laboratory prototype to a semi-commercial product.

    Various exploitation plans are being investigated and several potential target markets

    related to Parkinson’s disease have shown interest in our product. This means that

    HOOP is a mature project, which is close to achieving commercialisation. However, in

    order to achieve the latest and most important goals of the project, a commercial

    version of the prototype must be finalised, tested and validated. Moreover, the

    possibility to extend the target markets would increase the added value of the

    product.

  • Ganganalyse bei geriatrischen Patienten mittels mobiler Sensorsysteme und maschinellem Lernen zur Prädiktion des Sturzrisikos
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.01.2018 - 15.01.2021
    Mittelgeber: Industrie
    Walking is a key element of human mobility and independence. For persons aged 70 or above, the number of falls per year increases drastically. Physiological consequences are bone fractures, traumas or death. In conjunction with psychological consequences, such as post-fall anxiety, falls lead to a decreased quality of life. Most falls could be prevented if an early detection of fall risk was available, thus maintaining a high quality of life.

    This project will focus on assessing gait in geriatric patients using sensor-based gait analysis. Inertial sensors will be used to measure risk-of-fall related gait parameters for geriatric patients at hospitals of AGAPLESION gAG (AGAPLESION DIAKONIEKLINIKUM HAMBURG and AGAPLESION MARKUS KRANKENHAUS in Frankfurt am Main). The acquired data will be processed at the Machine Learning and Data Analytics Lab of FAU. The machine-learning algorithms that will be developed, will help to improve diagnostics and to measure therapeutic success.

     

  • Dezentrale Organisation von zukünftigen Energiesystemen basierend auf der Kombination von Blockchains und dem zellularen Ansatz
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://zentrum-digitalisierung.bayern/initiativen-fuer-die-wissenschaft/graduate-program/graduate-fellowships/
    Das Ziel des Projekts ist es ein Energieinformationssystem zu designen, welches dezentral und lokal (teil-)autonom funktioniert sowie eine beliebig skalierbare Anzahl an Akteuren integrieren kann. Durch eine Dezentralisierung der Systemverantwortung soll es ein stabiles Energiesystem auf der Basis von erneuerbaren Energien und Speichern ermöglichen.

    Der Lösungsansatz basiert auf einer Kombination des zellularen Ansatzes und der Blockchain Technologie. Die vernetzte IT Infrastruktur kann genutzt werden um durch variable Preise das Stromnetz auf allen Ebenen zu stabilisieren. Darüber hinaus kann virtuelles Trägheitsmoment generiert werden, welches die zunehmend reduzierten rotierenden Massen im System ersetzen kann, sowie automatisiertes Engpassmanagement durch Förderung eines lokalen Ausgleiches von Einspeisung und Nachfrage betrieben werden.

  • Sturzrisiko-Erkennung beim Parkinson-Syndrom durch intelligente Ganganalyse
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Die Fähigkeit zu gehen gehört zur Natur des Menschen. Eine Einschränkung dieser Fähigkeit verringert die Mobilität, die Unabhängigkeit und die damit verbundene Lebensqualität einer Person. Gleichzeitig stellen Stürze im Zusammenhang mit Gehstörungen die Hauptursache von leichten sowie schweren Verletzungen in der älteren Bevölkerung dar. Dabei können schwerste Verletzungen wie z.B. ein Hüftbruch oder ein Schädeltrauma entstehen oder im schlimmsten Fall sogar zum Tod führen. Ein erhöhtes Sturzrisiko ist ein Hauptsymptom des Parkinson Syndroms, das die betroffenen Patienten in ihrer Unabhängikeit und Mobilität beeinträchtigt.

    Zur Zeit existieren noch keine validierten medizintechnischen Lösungen um ein individuelles, steigendes Sturzrisiko noch vor dem ersten Sturz einer Person zu bestimmen. Deshalb werden wir Algorithmen erforschen, die das Sturzrisiko auf der Basis von speziellen Gangmustern - erfasst durch im Schuh integrierte Inertialsensoren - vorhersagen können. Die Daten zur Auswertung spezieller Gangmuster im Zusammenhang mit einem erhöhten Sturzrisiko werden dabei mithilfe eines kontinuierlichen Langzeit-Monitoring-Systems gewonnen.

    Um dieses Ziel zu erreichen werden wir drei Strategien in der Forschungs- und Entwicklungsphase verfolgen:

    1. Verwendung von speziellen Sensoren, die Gangdaten mit einer hohen biomechanischen Auflösung aufzeichnen können
    2. Entwicklung und Evaluation von Algorithmen zur Auswertung der Gangmuster mithilfe maschinellen Lernens
    3. Digitales „Biobanking“ von klinisch relevanten Gangmustern für eine individualisierte Bestimmung des Sturzrisikos

    Das Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Algorithmen auf Basis maschinellen Lernens zu erforschen, um das Sturzrisiko von Parkinson-Patienten mithilfe von kontunierlichen Gangdaten zu bestimmen. Da bestehende Algorithmen und Gangtests in der klinischen Forschung meist auf einzelne Anwendungen beschränkt sind, werden wir neue Algorithmen für ein kontinuierliches Ganganalysesystem erforschen, das mit hoher Zuverlässigkeit krankheitsspezifische Gangveränderungen erkennen wird.

    Gleichzeitig arbeiten wir an einem klinischen Verständnis und validierten Daten für eine individualisierte Anwendung, was für eine spätere Medizinproduktzulassung sowie für ökonomisch relevante Technologie-Anwendungen in der Gesundheitsversorgung notwendig ist.

  • Projektbeschreibung SKmB – Schlafkur mit Begleitanalyse
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.12.2017 - 30.09.2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Durch das Projekt Schlafkur mit Begleitanalyse soll eine große Lücke im Markt geschlossen und Bürgern mit Schlafschwierigkeiten eine zugängliche, effektive und digital unterstützte Perspektive geboten werden. Laut des Gesundheitsreports 2017 der DAK Gesundheit schlafen 80 % der Erwerbstätigen in Deutschland schlecht. Jeder zehnte Arbeitnehmer leidet unter Schlafstörungen. Damit wären in Bayern über 1,5 Millionen Menschen betroffen.

    Wir evaluieren und bewerten wissenschaftlich die Kombination einer intelligenten Schlafinterventionstechnologie zur Schlafunterstützung, einen intelligenten Sensor zur Schlafdiagnostik und ein individualisiertes, IT-gestütztes Interventionsprogramm für jeden Teilnehmer mit Schlafproblemen, so dass eine effiziente Prävention mit einem niederschwelligen Angebot als neues Produkt der digitalen Gesundheitswirtschaft in Bayern angeboten werden kann.

    Die Zielgruppe, die wir mit diesem Projekt ansprechen wollen, liegt vor allem bei erwerbstätigen 30-65 jährigen Personen, die unter nicht-organischen Schlafstörungen leiden. Denn es gibt viele Arten von nicht-organischen Schlafstörungen: von schweren, langjährigen Insomnien über Schlafstörungen in den Wechseljahren bis hin zu leichten, wiederkehrenden Ein- oder/und Durchschlafproblemen. In der Regel ist dies nicht kombiniert mit dem Vorliegen einer eigentlichen Schlaferkrankung. Trotz erheblichem Leidensdruck fehlt eine entsprechende (Selbst-)Wahrnehmung und Einsicht, bedingt auch durch eine geringe gesellschaftliche Anerkennung der Schlafstörungen und einer fehlenden Diagnose der Volkskrankheit „Insomnie“, so dass die leichten bis mäßigen Einschränkungen von den Patienten nicht der entsprechenden ärztlichen oder psychologischen Behandlung zugeführt werden. Daher spricht dieses Projekt den erheblichen Leidensdruck an, und hat zum Ziel, diesen betroffenen Menschen niederschwellig helfen zu können. Um den Leidensdruck zu mindern, die Lebensqualität zu steigern und mittelfristig zu verhindern, dass es zu einer Chronifizierung der Schlafstörung kommt, stellen wir den Patienten ein individuelles und professionelles Coaching zur Seite, um wieder einen erholsamen und ruhigen Schlaf zu erlangen.

  • Open source vulnerability tool
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2017 - 01.12.2020
    Mittelgeber: Industrie
  • Softwarecampus 2.0
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2017 - 30.09.2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Green Belt ML@Operations - Maschinelle Lernverfahren für spezifische Anwendungsfälle in Produktion und Qualität
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2017 - 31.10.2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Die Digitalisierung birgt große Potenziale zur Steigerung der Ressourceneffizienz industrieller Produktionsprozesse. Durch Technologien im Kontext von Industrie 4.0 können produktionsnahe Daten kurzzyklisch erfasst und aggregiert werden. In Anbetracht der dadurch zunehmenden Datenkomplexität und des Datenvolumens stehen Mitarbeiter jedoch vor der Herausforderung, diese Daten zu analysieren und zu interpretieren sowie die Nachhaltigkeit der eingeleiteten Maßnahmen zu bewerten, wobei die kognitiven Fähigkeiten oft an ihre Grenzen stoßen.

    Verfahren des Maschinellen Lernens (ML) können hier neue Formen der Arbeitsteilung zwischen Maschinen bzw. Software als Entscheidungsvorbereiter und Mitarbeitern als Problemlöser zu ermöglichen. In der industriellen Praxis werden ML-Verfahren meist situativ und von Experten entwickelt eingesetzt, so dass der Aufwand entsprechend hoch ist. Des Weiteren verfügen kleine und mittlere Unternehmen (kmU) häufig nur über wenig Ressourcen und Expertise, um diese Potenziale zu nutzen.

    Ziel dieses Projektes ist es, ein Qualifizierungskonzept zu entwickeln und durchzuführen, um den Kenntnisstand bzgl. ML-Verfahren von Mitarbeitern in Produktions- und Qualitätsbereich sowie von Studierenden mit den genannten Schwerpunkten gezielt zu erweitern. Die Teilnehmer entscheiden sich dabei entweder für die Spezialisierungsrichtung "Produktion" oder "Qualität". Jede Spezialisierungsrichtung besteht aus vier praxisorientierten Anwendungsfällen, in denen die Teilnehmer geeignete ML-Verfahren kennenlernen und in konkreten individuellen Projekten mit ca. 10 Wochen Dauer anwenden. Die Anwendungsphase wird von der wissenschaftlichen Leitung des Projekts individuell gecoacht. Die Anwendungsfälle orientieren sich an bestehenden Geschäftsprozessen und Problemstellungen in der Industrie zum Qualitätsmanagement und zur Optimierung von Produktionsprozessen, wodurch ein einfacher Transfer und eine hohe Akzeptanz auf industrieller Seite sichergestellt werden soll. 

  • Atomlagenabscheidung von Dotierstoffquellen für die Dotierung von Halbleiterstrukturen - Charakterisierung und Modellierung der Drive-In Prozesse
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 02.10.2017 - 30.09.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das wissenschaftliche Programm des Antrags beinhaltet die Zielsetzung, ergänzend zu Atomlagenabscheidungsprozessen für Boroxid und Antimonoxid, solche für phosphorhaltige Schichten zu entwickeln. Zudem sind für instabile dotierstoffhaltige Schichten geeignete Verfahren zur ihrer Stabilisierung zu finden und zu analysieren. Die abgeschiedenen Schichten sollen als Dotierstoffquelle für Silicium zur Erzeugung ultraflacher und homogen dotierter pn-Übergänge, insbesondere bei dreidimensionalen Topographien, verwendet werden. Über diese experimentellen Arbeiten hinaus sollen die abgeschiedenen Schichten charakterisiert und die Diffusionsprozesse im Silicium und in der Oxidphase untersucht und damit die Dotierprozesse modelliert werden.
  • BioWasteStirling - Konstruktion und Dauerlaufverhalten von Wirbelschichtfeuerungen für die KWK mit Stirlingmotoren
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: BioWasteStirling – Verstromung von biogenen Reststoffen mit einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor
    Laufzeit: 01.09.2017 - 31.08.2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/bmwi-projekt-biowastestirling/
    Die angestrebte Dezentralisierung der Strom- und Wärmeerzeugung in Deutschland erfordert die Entwicklung und den Ausbau effizienter kleinskaliger Lösungen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Im Rahmen der Forschungsarbeiten am EVT wurde bereits ein wirbelschichtgefeuerter Stirlingmotor als Laboranlage aufgebaut und grundlegende Labortests durchgeführt.

    Das Projekt „BioWasteStirling“ greift dieses Konzept auf und hat zum Ziel ein hocheffizientes und brennstoffflexibles Mini-KWK-System, bestehend aus einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor, zu entwickeln und dieses im Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel in einem Feldtest zu erproben.

    Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen – nämlich deren Brennstoffflexibilität – erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen im Feldtest demonstriert werden.

    Darüber hinaus findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung von Horizontalzyklonen in Hinblick auf die Staubemissionen statt.

     

  • Query Optimisation and Near-Data Processing on Reconfigurable SoCs for Big Data Analysis
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 2037 - Scalable Data Management for Future Hardware
    Laufzeit: 28.08.2017 - 28.08.2020
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: https://www.dfg-spp2037.de/me943-9/
    Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Hardware und Optimierungstechniken für die skalierbare, leistungsfähige Verarbeitung von Big Data bereitzustellen. Wir zielen insbesondere auf große Datenmengen mit flexiblen Schemata (zeilenorientierte, spaltenorientierte, dokumentenorientierte, irreguläre und/oder nicht-indexierte Daten) sowie auf Datenströme, wie sie in der Click-Stream-Analyse, in Unternehmensquellen wie E-Mails, Software-Logs und Diskussionsforum-Archiven sowie in Sensoren im IoT und Industrie 4.0 zu finden sind. In diesem Bereich untersucht das Projekt das Potenzial hardwarekonfigurierbarer, FPGA-basierter SoCs für die datennahe Verarbeitung, bei denen Berechnungen direkt bei den Datenquellen stattfinden. Basierend auf FPGA-Technologie und insbesondere der dynamischen Rekonfiguration werden wir eine generische Architektur mit dem Namen ReProVide für die kostengünstige Verarbeitung von Datenbankanfragen vorschlagen.

    Die Konzepte sollen die Integration von FPGA-basierter Beschleunigern in verfügbare SQL-, NoSQL- und In-Memory-Datenbanksystemen sowie Stream Processing Frameworks ermöglichen. Unser Ziel ist es hierbei, flüchtige und nichtflüchtige Daten direkt an ReProVide Knotenpunkte anzuschließen, die nicht nur bereinigte und integrierte Datensätze enthalten, sondern auch zur temporären oder persistenten Speicherung ungereinigter Daten aus neuen Datenquellen und Datenströmen verwendet werden können. Unser FPGA-basierter SoC

    • verwendet Hardware-Rekonfiguration zur Anpassung von Datenpfaden und Beschleunigern, um verschiedene OLAP- und Data-Mining-Operatoren auf Daten aus solchen heterogenen Datenquellen verarbeiten zu können,

    • Managementtechniken zur Generierung lokaler Metadaten, Indizes und Statistiken dieser Datenquellen, um optimierten Datenverarbeitung zu ermöglichen, und

    • bietet schema-on-read-Fähigkeiten für das Datenbank-Management-System (DBMS), das auf den SoC zugreift.

    Während die Unterstützung unregelmäßiger Daten (z. B. Graphenverarbeitung) nicht im Fokus unserer Forschung steht, forschen wir an einer generischen Entwurfsmethodik, die Erweiterbarkeit durch benutzerdefinierte Funktionen und Datenschemata ermöglicht.

     

    Die Integration solcher Architekturen, die mit ihrem eigenen lokalen Optimierer ins DBMS integriert sind, erfordert neuartige Techniken zur globalen Abfrageoptimierung, die auf Konzepten basieren, die aus verteilten und Multi-Database-Systemen bekannt sind. Während der lokale Optimierer Statistiken seiner lokalen Daten erstellt, muss der globale Optimierer auf diese Daten und Informationen der Near-Data-Beschleuniger zugreifen. Anhand dieser Daten entscheidet die globale Abfrageoptimierung dann, welche Operationen auf den ReProVide SoCs berechnet werden und welche nicht. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Optimierer über genügend Wissen verfügt, um ReProVide in der Abfrageverarbeitung einzusetzen, wann immer es einen Nutzen gibt. Dies erfordert funktionales Wissen (welche Daten und welche Operatoren sind verfügbar) sowie nicht funktionales Wissen (z. B. Kostenschätzungen für die Operatoren). In diesem Projekt soll eine erweiterbare Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden, über die der globale Optimierer die zu bearbeitende Query dem ReProVide-System übergeben und das Query-Ergebnis entgegennehmen kann. Darüber hinaus soll aber auch der bidirektionale Austausch von Hinweisen zur Verbesserung der jeweiligen Optimierung ermöglicht werden.

  • Aspektorientierte Echtzeitsystemarchitekturen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2017 - 30.09.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://www4.cs.fau.de/Research/AORTA/
    Das Ziel von AORTA ist die Verbesserung der Vorhersagbarkeit von dynamischen, gemischt-kritischen Echtzeitsystemen durch die Extraktion kritischer Pfade, deren Transformation in statische Äquivalente sowie einer zeitgesteuerten Ausführung. Da diese im Vergleich mit ereignisgesteuerten Abläufen jedoch zum Brachliegen von Ressourcen neigt, soll das grundsätzlich optimistische Ausführungsmodell gemischt-kritischer Echtzeitsysteme beibehalten werden und nur im Notfall eine Umschaltung in den statischen Ablauf erfolgen. Damit einher geht die Generalisierung der Ergebnisse der ersten Förderphase auf dynamische Echtzeitsystemarchitekturen und hier insbesondere auf gemischt-kritische Systeme mit komplexen Abhängigkeitsmustern. Untersuchungsgegenstand des Vorhabens sind dabei Echtzeit-Linux-Varianten sowie die Domäne der Steuerungs- und Regelungsanwendungen.Den Schwerpunkt der Projektfortsetzung bilden die Abhängigkeiten zwischen kritischen und nicht-kritischen Ausführungspfaden. Diese potentiellen Problemstellen liegen auf allen Ebenen des Systems: in der Anwendung beispielsweise durch eine Verquickung von nicht-kritischen Komfort- und kritischen Steuerungsfunktionen und einer damit einhergehenden Kopplung. Ebenso im Betriebssystem, zum Beispiel durch Puffer für gemeinsam genutzte Kommunikationsstapel. Diese oft wünschenswerten Kopplungen führen in dynamischen Systemen zu einer Vielzahl von möglichen Ausführungspfaden und damit zu einer dramatischen Überapproximation der entsprechenden maximalen Ausführungszeit beziehungsweise Antwortzeit. Die garantierte Einhaltung von Zeitschranken geht daher typischerweise mit einem Verlust der auszeichnenden Effizienz dynamischer Echtzeitsysteme einher. Die Realisierung des Projektziels und damit die Wiederherstellung eines verifizierbaren Zeitverhaltens mit harten Garantien für den kritischen Anwendungskern zur Laufzeit fokussiert auf drei Arbeitsschwerpunkte: Analyse, Maßschneiderung und Mechanismen.Das Vorhaben geht von existierendem Wissen zum Entwurf von gemischt-kritischen Systemen mit harten Zeitgarantien aus. Es trifft die Grundannahme, dass kritische Ausführungspfade eine inhärent deterministische Struktur aufweisen und sich insbesondere deren dynamische Kopplungen mit unkritischen Pfaden auf statische Äquivalente abbilden lassen. Hinterfragt wird im Speziellen die Fähigkeit zur Einhaltung harter Zeitgarantien für sicherheitskritische Regelungs- und Steuerungsanwendungen mit einfachen Kommunikationsmustern auf Echtzeit Linux-Varianten sowie die Anwendbarkeit von Konzepten und Techniken zur statischen Analyse, Maßschneiderung und Ablaufplanung aus der ersten Projektphase zu diesem Zweck. Ebenfalls hinterfragt wird im Allgemeinen die Kopplung von Echtzeitsystemarchitektur, Ablaufplanung und Abhängigkeiten in gemischt-kritischen Echtzeitsystemen und darauf aufbauend die generelle Eignung der Entwurfskonzepte von Echtzeit-Linux für einen Wechsel der Echtzeitparadigmen zur Laufzeit.
  • Evaluation of processing routes for magneto-electrical devices for medical application
    (FAU Funds)
    Laufzeit: 01.07.2017 - 01.07.2020
  • Orbit - Auslegung, Konstruktion und Simulation eines Rieselbettreaktors für die biologische Methanisierung
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamsiche microbielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas-Anlagen
    Laufzeit: 01.07.2017 - 30.06.2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/orbit/
    Stromgewinnung aus erneuerbaren Quellen ist ein wichtiger Teil der Energiewende und des Klimaschutzes. Doch mit der Erzeugung von grünem Strom entsteht die Herausforderung wachsenden Speicherbedarfes. Ein möglicher Speicherweg ist die Speicherung des Stromes mittels Elektrolyse zu Wasserstoff (Power-to-Gas) mit Aufwertung zu einspeisefähigem Methan. Damit kann die gesamte Erdgasinfrastruktur zum Speichern des „grünen Methans“ genutzt werden. ORBIT betrachtet die gesamte Prozesskette der Speicherung mit dem Schwerpunkt der Methanisierung. Diese geschieht über den innovativen Ansatz der biologischen Methanisierung.

    Die biologische Methanisierung funktioniert mit Hilfe von Mikroorganismen, sogenannte Archaeen. Die Archaeen produzieren als Stoffwechselprodukt über die Methanogenese Methan. Diese leben in der Flüssigphase bei moderaten Bedingungen (T=30-110°C) und Drücken ab 1 bar unter anaeroben Bedingungen. Deshalb muss der Reaktor sauerstofffrei sein und die Edukte Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Lösung gebracht werden. Dabei ist insbesondere die Lösung der Gase Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid der limitierende Faktor der biologische Methanisierung, weshalb im Projekt Orbit ein Rieselbettreaktor gebaut wird.

    Dafür wird ein speziell für die Anforderung und in ganzheitlicher Betrachtung zwischen Biologie, Verfahrenstechnik und Anlagenbau ein 50-Liter-Rieselbettreaktor konzipiertt und aufgebaut. Dieser wird hydrodynamisch getestet und optimiert und mit speziell selektierten Mikroorganismenstämmen betrieben. Erst als Forschungsreaktor und in der Endphase Testweise im Realbetrieb am Power-to-Gas Standort Ibbenbüren.

  • Autonomous Cranes
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2017 - 30.06.2020
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Optimierungsbasierte Entwurfsmethodik in der frühen Phase der mechatronischen Produktentwicklung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2017 - 30.06.2021
    Mittelgeber: Europäische Union (EU)
  • Entwicklung hochfester und schadenstoleranter Diamantlaminat-Beschichtungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 07.06.2017 - 06.06.2020
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Grundlegende Mechanismen und Modellierung der Mikrostrukturausbildung bei der strahlbasierten additiven Fertigung im Pulverbett
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 06.06.2017 - 05.06.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die strahlbasierte additive Fertigung (AF) von Metallen im Pulverbett bietet nicht nur die Möglichkeit, komplexe, individualisierte Bauteile aus Hochleistungswerkstoffen herzustellen, sondern eröffnet darüber hinaus auch das Potenzial, die lokalen Materialeigenschaften durch geschickte Prozessführung einzustellen. Durch Variation der Erstarrungsbedingungen ist es möglich, die Größenskala der Mikrostruktur zu verändern. Darüber hinaus deuten aktuelle Forschungsergebnisse darauf hin, dass auch die Textur des Bauteils durch die Prozessführung einstellbar ist. Dadurch eröffnen sich ganz neue Perspektiven hinsichtlich der Optimierung von Leichtbauteilen, da nicht nur die Topologie, sondern auch die Textur des Materials lokal den Lasten angepasst werden könnte. Um diese Texturausbildung zu verstehen und gezielt zu beeinflussen, muss der hochdynamische Nichtgleichgewichts-Erstarrungsprozess (Kornwachstum, Kornselektion und Keimbildung) grundlegend verstanden werden. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass vor allen Dingen die Mechanismen der Keimbildung für die extremen Bedingungen der AF unzureichend geklärt sind und mit klassischen Modellen nicht abgebildet werden können.Ziel dieses Antrages ist es, die Mechanismen der Mikrostrukturausbildung, insbesondere der Keimbildung unter den speziellen Erstarrungsbedingungen, zu identifizieren, grundlegend zu verstehen und physikalisch zu modellieren. Dieses Modell soll in eine bereits bestehende, an unserem Lehrstuhl entwickelte Software integriert werden. Die Erstellung und Verifikation des Modells erfolgt experimentell, anhand von additiv gefertigten IN718 Proben. Am Projektende soll ein Modell vorliegen, welches die numerische Vorhersage der Erstarrungsstruktur, Kornstruktur und Texturentwicklung bei der strahlbasierten AF im Pulverbett erlaubt.Das Projekt erweitert die von uns entwickelte Software zur Simulation der Konsolidierung bei strahlbasierter AF im Pulverbett. Die Software beinhaltet eine Lattice Boltzmann Methode zur Abbildung der Hydro- und Thermodynamik während des Schmelzens und Erstarrens. An diese Methode ist ein zellularer Automat gekoppelt, der die Ausbildung der Kornstruktur während des Erstarrens modelliert, ohne bisherige Berücksichtigung der Keimbildung. Der hier von uns verfolgte neue theoretische Ansatz besteht darin, neben dem Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront, erstmals auch Information über das in der vorhergehenden Schicht erzeugte Gefüge (Orientierung, Abstand der Zellen/Dendriten, Segregationen) und die lokale Zusammensetzung der Schmelze direkt an der Grenzfläche zur neu entstehenden Schicht zu berücksichtigen. Es soll untersucht werden, wie Richtungswechsel der Erstarrungsfront in Kombination mit vorliegenden Segregationen im rasch erschmolzenen Material (Gedächtnis der Schmelze) durch lokale Unterkühlung Keimbildung induzieren können. Diese Erkenntnisse werden dann mathematisch im Modell für die Keimbildung umgesetzt.
  • Wearables im Sport
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.06.2017 - 01.06.2020
    In diesem Projekt werden Wearables für den Sportbereich und die Rehabilitation nach Sportverletzungen entwickelt. Sie dienen der Trainingssteuerung und Auswertung.
  • Leistungsanalyse in Mannschaftssportarten
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2017 - 01.06.2020
    Mittelgeber: Industrie
    Leistungsanalyse in Mannschaftssportarten ist ein aufstrebendes Feld in der Sportinformatik. Durch die Aufzeichnung von Positionsdaten in Europas Top-Ligen ist eine große Datenmenge zur Analyse mit Methoden aus den Bereichen des maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung möglich. 

    In diesem Forschungsprojekt wird mit Hilfe von Positions- und Intertialsensordaten sowohl die individuelle, spielerspezifische Leistung und Trainingsbelastung ermittelt als auch das taktische Verhalten der Mannschaft analysiert.

  • Domänenspezifische Programmierung und zielplattformbewusste Compiler-Infrastruktur für Algorithmen auf unstrukturierten Gittern
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2017 - 31.03.2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/highpermeshes
    Ziel des Projektes HighPerMeshes ist die Entwicklung eines in der Praxis einsetzbaren domänenspezifischen Frameworks zur effizienten, parallelen und skalierenden Implementierung iterativer Algorithmen auf unstrukturierten Gittern. Simulationssoftware im Zeitbereich, die in diese Gruppe fällt, wird in den letzten Jahren sowohl im wissenschaftlichen als auch im industriellen Umfeld vermehrt eingesetzt und ergänzt bzw. verdrängt vergleichbare Methoden auf regulären Gittern. Um in der rechnergestützten Forschung und industriellen Entwicklung den Anwendungsbereich dieser Methoden voranzutreiben, zum Beispiel von der Analyse eines statischen Systems hin zur Optimierung von Parametern, wird immer mehr Rechenleistung benötigt. Dazu können hochskalierende Systeme mit vielen parallelen Rechenknoten mit modernen Prozessorarchitekturen wie Manycore-CPUs, Graphikprozessoren oder FPGAs beitragen. Im Gegensatz zur Domäne der regulären Gitter gibt es für Entwicklerinnen und -entwickler natur- und ingenieurwissenschaftlicher Simulationsprogramme mit unstrukturierten Gittern bisher keine einfach zu nutzenden, produktiven und damit praxistauglichen Entwicklungswerkzeuge, um moderne Rechnersysteme effizient zu erschließen.

    Mit den Ergebnissen des Projekts HighPerMeshes können existierende, in einer Hochsprache geschriebene Quelltexte von Anwenderinnen und Anwendern mit moderatem Aufwand durch domänenspezifische Bibliotheks- und Sprachelemente ergänzt werden. Unsere optimierende Compiler-Infrastruktur nutzt dann Domänenwissen, um eine hochparallelisierte und effiziente Ausführung auf allen relevanten modernen Hardwarearchitekturen, auch in heterogenen Systemen, zu ermöglichen. Damit bietet das Projekt für eine Vielzahl an HPC-Entwicklerinnen und -Entwicklern aus Wissenschaft und Industrie einen einfachen und nachhaltigen Pfad zur skalierenden Nutzung aktueller und zukünftiger Zielarchitekturen.

    Die Entwicklung setzt bewusst auf Standards und Open-Source-Technologien, um von Weiterentwicklungen zu profitieren und eine langfristige Nutzung sicherzustellen. Die darauf aufbauende Compiler-Infrastruktur wird mit der Veröffentlichung der Projektergebnisse als Open-Source-Projekt frei zugänglich gemacht. Mit den am Projekt beteiligten Personen zur Anwendungsentwicklung, sowie weiteren Nutzerinnen und Nutzern an den beteiligten Rechenzentren wird der Grundstein für eine nachhaltige Gemeinschaft für die Weiterentwicklung und Pflege der Projektergebnisse gelegt.

  • Genaue Bestimmung von binären Gasdiffusionskoeffizienten unter Verwendung von laser-optischen Messmethoden und molekulardynamischen Simulationen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2017 - 31.03.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Hauptziel des beantragten Forschungsprojekts ist die genaue Bestimmung von binären Diffusionskoeffizienten in binären Gasgemischen unter Verwendung von experimentellen und theoretischen Methoden. Dabei sollen für die Systeme Methan-Kohlenstoffdioxid und Methan-Propan die laser-optischen Messtechniken dynamische Lichtstreuung (DLS) und holografische Interferometrie ‒ letztere angewandt an einer Loschmidt Zelle (HILC) ‒ sowie molekular-dynamische (MD) Simulationen eingesetzt werden. Um die MD Simulation hinsichtlich der Vorhersage von Diffusionskoeffizienten derartiger Gemische zu verbessern, soll die Methode durch die Verwendung neuartiger, gemischspezifischer Kraftfelder weiterentwickelt werden. Diese sollen von Dr. Robert Hellmann von der Universität Rostock in einem parallel beantragten Forschungsprojekt aus hochgenauen ab initio-Quantenberechnungen für den Fall der Nulldichte abgeleitet werden. Zur Validierung der Resultate aus den MD Simulationen sind die mittels HILC und DLS bestimmten Fickschen binären Diffusionskoeffizienten erforderlich. Während die HILC den binären Diffusionskoeffizienten für verdünnte Gase geringer Dichte liefert, wird diese Transportgröße mithilfe von DLS im dichten hydrodynamischen Regime im makroskopischen thermodynamischen Gleichgewicht ermittelt. Die Experimente sollen einen Kenntnisgewinn über den diffusiven Stofftransport für einen weiten Dichtebereich liefern, wobei Messunsicherheiten von weniger als 1% angestrebt werden. Die mittels HILC gewonnenen Daten sollen ferner mit von Dr. Hellmann theoretisch ermittelten binären Diffusionskoeffizienten verglichen werden, um seine Berechnungen im Bereich der Nulldichte zu validieren. Dr. Hellmann soll dann die theoretischen Daten verwenden, um geeignete Kraftfelder für die von uns über einen weiten Dichtebereich in der Gasphase durchgeführten MD Simulationen zu entwickeln. Auf Basis dieser Kraftfelder soll eine verlässlichere Vorhersage von Diffusionskoeffizienten durch MD Simulationen ermöglicht werden, indem – ähnlich wie bei der DLS – mikroskopische Fluktuationen hinsichtlich der resultierenden Transportkoeffizienten analysiert werden. Dafür sind unabhängige Berechnungen der Selbstdiffusionskoeffizienten der Mischungskomponenten im Reinstoff und im Gemisch sowie des Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizienten und des thermodynamischen Faktors durchzuführen. Aus der Kombination der beiden zuletzt genannten Größen kann der Ficksche binäre Diffusionskoeffizient vorhergesagt werden, der mit den experimentellen Resultaten zu vergleichen ist. Zudem kann aus der Entkopplung des molekularen Diffusionsprozesses in den MD Simulationen geprüft werden, wie die verschiedenen Stofftransportkoeffizienten miteinander verknüpft sind und mit bekannten Vorhersagen übereinstimmen. Die simulierten Diffusionsdaten, die auf Basis der neu entwickelten Kraftfelder für die Reinstoffe und die spezifischen Gemische erhalten werden, sollen mit jenen Werten verglichen werden, die aus der Anwendung von typischen Reinstoff-Kraftfeldern aus der Literatur resultieren. Dies soll aufzeigen, ob insbesondere die Anwendung von paarspezifischen Kraftfeldern eine genauere Berechnung von Diffusionskoeffizienten erlaubt und wie gut die simulierten Daten mit jenen übereinstimmen, die aus Quantenberechnungen bei Nulldichte und aus den Experimenten über einen weiten Dichtebereich erzielt werden.
  • Erweiterung des Potenzials des selektiven Elektronenstrahlschmelzens durch eine verbesserte Elektronenstrahltechnologie
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2017 - 01.04.2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Ziel dieses Projektes ist es, die Einschränkungen der bisherigen Elektronenstrahlkanone und eingeschränkten Prozesskontrolle zu überwinden, um damit einen großen Entwicklungsschritt in dieser Technologie zu vollziehen. Dazu ist geplant, die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 (diese wird geopfert) durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzen. Auf dem Markt sind Kanonen mit sehr viel höherer Leistung bei gleichbleibend guter Strahlqualität vorhanden, deren Strahlkalibrierung automatisch erfolgt und welche mit einem Rückstreuelektronendetektor ausgestattet sind, mit dem im Prozess nach dem Prinzip des Rasterelektronenmikroskops Bilder aufgenommen werden können.

    Die gesamte Steuerung der Anlage musste hardwareseitig neu aufgebaut werden. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone mit Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automatischer Strahlkalibrierung ausgerüstet.

  • Approximate Computing on FPGAs
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 13.03.2017 - 13.03.2020
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/aconfpga
    The goal of our research is a) to investigate novel approximate arithmetic algorithms and their optimization towards FPGA implementation, b) to study new error metrics and a calculus for error propagation of networks of approximate arithmetic modules and c) to investigate novel optimization techniques for design space exploration and synthesis of optimal approximate multi-output Boolean functions for FPGAs.

     

  • Algorithmen für kombinatorische Probleme
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 13.03.2017 - 13.03.2020
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/alkop/
    Man vermutet, dass NP-vollständige Probleme nicht in Polynomzeit gelöst werden können. Trotzdem müssen für Eingaben solcher Probleme zulässige Lösungen – oft unter Verzicht auf Optimalität, aber möglichst gut – berechnet werden, solange sie nur schnell erhalten werden. Beim Entwurf schneller und guter derartiger Algorithmen für kombinatorische Optimierungsprobleme setzt man häufig auf randomisierte und aus Approximationsalgorithmen. Bei letzteren ist es oft eine ganz große Herausforderung, die Qualität der erzielten Lösung in Beziehung zur optimalen Lösung, deren Wert ja unbekannt ist, zu setzen.
    Ein weiterer wichtiger Aspekt eines Approximationsalgorithmus ist der, für diesen Algorithmus Eingaben anzugeben, sog. Zeugen, bei denen er Ausgaben erzeugt, die sehr weit weg von optimalen Lösung sind. Insbesondere im Gebiet der Approximationsalgorithmen für das sog. Rundreiseproblem gibt es eine Reihe von Heuristiken, bei denen die Lücken zwischen Leistungsgarantien und Zeugen sehr groß sind. In diesem Forschungsbereich wollen wir gute Zeugen gegen einiger dieser Heuristiken entwerfen.
    Im Bereich der randomisierten Verfahren untersuchen wir sog. Random-Walk-basierte Algorithmen für das NP-vollständige Erfüllbarkeitsproblem.
  • Selbstadaption für zeitschrittbasierte Simulationstechniken auf heterogenen HPC-Systemen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2017 - 29.02.2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Das Forschungsprojekt SeASiTe stellt sich der Aufgabe, eine systematische Untersuchung von Selbstadaption für zeitschrittbasierte Simulationstechniken auf heterogenen HPC-Systemen durchzuführen. Das Ziel ist der Entwurf und die Bereitstellung des Prototypen eines Werkzeugkastens, mit dessen Hilfe Programmierer ihre Anwendungen mit effizienten Selbstadaptionstechniken ausstatten können. Der Ansatz beinhaltet die Selbstadaption sowohl hinsichtlich relevanter System- und Programmparameter als auch möglicher Programmtransformationen.
    Die Optimierung der Programmausführung für mehrere nicht-funktionale Ziele (z.B. Laufzeit oder Energieverbrauch) soll auf einer Performance-Modellierung zur Eingrenzung des Suchraums effizienter Programmvarianten aufbauen. Anwendungsunabhängige Methoden und Strategien zur Selbstadaption sollen in einem Autotuning-Navigator gekapselt werden.
     

    Das Erlanger Teilprojekt beschäftigt sich zunächst mit der modellbasierten Verständnis von Autotuning-Verfahren für reguläre Simulationsalgorithmen am Beispiel verschiedener gängiger Stencilklassen. Dabeisollen mit Hilfe erweiterter Performancemodelle strukturierte Richtlinien und Empfehlungen für den Autotuning-Prozess bzgl. relevanter Code-Transformationen und der Beschränkung des Suchraums für Optimierungsparameter erstellt und für den Autotuning-Navigator exemplarisch aufbereitet werden.
    Der zweite Schwerpunkt der Arbeiten besteht in der Erweiterung bestehender analytischer
    Performancemodelle und Software-Werkzeuge auf neue Rechnerarchitekturen und der Integration in den Autotuning-Navigator. Darüber hinaus betreut der Erlanger Gruppe den Demonstrator für Stencil-Codes.
    Die Gruppe wirkt weiters an der Auslegung des AT-Navigators und der Definition von Schnittstellen mit.
     

  • Innovationslabor für Wearable and Ubiquitous Computing
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2017 - 28.02.2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/innovation-lab-for-wearable-and-ubiquitous-computing/
    Das Innovationslabor für Wearable und Ubiquitos Computing ist ein vom Zentrum Digitalisierung Bayern (ZD.B) gefördertes Projekt. Ziel dieses Projektes ist die Durchführung einer Lehrveranstaltung, in welcher Studierende unter Anwendung von agilen Entwicklungsmethoden (Scrum) innovative Prototypen im Bereich Wearable und Ubiquitous Computing entwickeln. Die Projektideen stammen dabei aus drei verschiedenen Quellen: von den Studierenden selbst, von Wissenschaftlern oder von externen Industriepartnern.
  • RADiation and reliability challenges for electronics used in Space, Avionics, on the Ground and at Accelerators
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: RADSAGA
    Laufzeit: 01.03.2017 - 28.02.2021
    Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)
    Reliability and radiation damage issues have a long and important history in the domain of satellites and space missions. Qualification standards were established and expertise was built up in space agencies (ESA), supporting institutes and organizations (CNES, DLR, etc.) as well as universities and specialized companies. During recent years, radiation concerns are gaining attention also in aviation, automotive, medical and other industrial sectors due to the growing ubiquit…
  • Integration und Verbindung von eng gekoppelten Prozessorfeldern (T01)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.03.2017 - 29.02.2020
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de
    Ziel dieses Transferprojekts ist die Analyse von massiv parallelen Beschleunigerarchitekturen, insbesondere von eng gekoppelten Prozessorfeldern (sog. TCPAs) und deren Integration in eine hochmoderne kommerzielle Mikrocontroller-Architektur, wie Infineons AURIX oder ARMs Cortex-A-Prozessorserie. Konkrete Forschungsfragen, die im gemeinsamen Interesse beider Projektpartner bearbeitet werden sollen, umfassen die Untersuchung von geeigneten Kopplungstechniken unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Rechenleistungen und Bandbreiten beider Subsysteme. Insbesondere sollen hier neue Cache-basierte Kopplungstechniken untersucht und das integrierte System prototypisiert und bezüglich folgender Eigenschaften anhand ausgewählter Anwendungen aus dem Bereich von Fahrerassistenzsystemen evaluiert werden: Energieeffizienz, Flächenkosten und Vorhersagbarkeit des zeitlichen Verhaltens sowie von Ablauf- und Ausfallsicherheit.
  • Innovative berührungslose Überwachung von Vitalparametern
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: GUARDIAN_FAU
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
  • Computational Thinking in der Grundschule - Was und wie arbeiten Informatiker?
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Es geht in diesem Projekt darum, Informatik, die über die „klassischen“ und offensichtlich digitalen Geräte hinausgeht, als unmittelbare Lebenswirklichkeit erfahrbar und bewusst zu machen. Die Schülerinnen und Schüler sollen nicht vorrangig programmieren, sondern ein erstes Verständnis für die fundamentalen Prinzipien, Konzepte und Problemlösungen in der Informatik entwickeln. Zusätzlich sollen auch erste praktische (Programmier-)Erfahrungen gesammelt werden. Langfristiges Ziel ist, dass Grundschulkinder verantwortungsvoll, selbstsicher und kreativ Informatik anwenden und mit ihr umgehen können.

    Vorbilder für die Entwicklung einer Unterrichtseinheit im Bereich „Computational Thinking“ sind Länder, wie z.B. England oder Australien, die bereits Curricula oder Unterrichtsvorschläge ab Klasse 1 vorgelegt haben. Dazu wurde eine kleine Unterrichtseinheit entworfen unter Titel  „WAS und WIE arbeiten Informatiker?“, die sieben Unterrichtseinheiten umfasst (mit je ca. 60 – 70 Minuten). Die Kompetenzentwicklung der Kinder aus ca. drei dritten Klassen soll dabei evaluiert werden.

  • Charakterisierung von Nanofluiden
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
  • Prozessorientierte Dienststruktur für Perfomance Engineering von wissenschaftlicher Software an deutschen HPC-Zentren
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://blogs.fau.de/prope/
    Das Projekt ProPE hat zum Ziel eine nachhaltige und strukturierte Anwenderunterstützung bei der effizienten Programmierung und Nutzung moderner Hochleistungsrechner prototypisch als übergreifendes Angebot mehrerer Tier-2/3 HPC-Zentren mit verteilten Kompetenzen zu implementieren.Im Mittelpunkt steht zunächst Weiterentwicklung, prozessorientierte Formalisierung und Verbreitung eines strukturierten Performance Engineering (PE) Prozesses. Der PE-Prozess bildet die Basis für eine zielgerichtete, strukturierte Optimierung und Parallelisierung wissenschaftlicher Simulationssoftware. Rechenintensive Teile einer Anwendung werden dabei in einem iterativen Zyklus analysiert und optimiert/parallelisiert: Basierend auf einer Code-/Algorithmenanalyse wird in Verbindung mit einer Hardwareanalyse der Zielplattform eine Hypothese für den performancelimitierenden Faktor durch Performancemuster und Performancemodelle gewonnen. Diese wird durch Performancemessungen validiert oder iterativ angepasst. Nach der erfolgreichen Identifizierung des performancelimitierenden Faktors werden geeignete Codeänderungen durchgeführt und der Prozess beginnt von neuem. Die Tiefe des PE-Prozesses kann der Komplexität des Problems und der Erfahrung des HPC-Analysten angepasst werden. ProPE wird diesen bisher von Experten auf prototypischem Niveau angewandten Prozess formalisieren, in verschiedenen Problemkreisen (Einzelprozessor-/Knotenperformance, verteilt parallele Programmierung und IO-intensive Probleme) einsetzen und auf unterschiedlichem Abstraktionsniveau sowohl HPC-Analysten als auch Anwendungsprogrammierern durch gemeinsame Projekte, Weiterbildung und Webdokumentation zugänglich machen. Der zweite Projektschwerpunkt sieht die Integration des PE-Prozesses in eine verteilte IT-Struktur vor, in der die Zentren eigene thematische Beratungsschwerpunkte einbringen. Abläufe, Dokumentation und PE Prozesse bei Beratungsprojekten werden abgestimmt und soweit möglich vereinheitlicht. Ziel ist es das gesamte, über die ProPE-Partner verteilte Beratungsangebot überregional einheitlich zugänglich zu machen. Gleichzeitig wird die Grundlage gelegt, laufende Beratungsprojekte effizient und schnell zwischen den Zentren zu migrieren. Im Zuge der systemseitigen Identifizierung von Programmen mit niedriger Hardwareeffizienz, der Charakterisierung laufender Applikationen sowie der Quantifizierung des Performancefortschritts wird eine einfach handhabbare Leistungsanalysesoftware für moderne Clustersysteme implementiert. Diese ist auf die speziellen Anforderungen des PE-Prozesses ausgerichtet und für einfache Installation und Nutzung durch Tier-2/3 Zentren konzipiert. Im Rahmen von nicht geförderten assoziierten Partnern integriert sich ProPE in die HPC-Versorgungspyramide und bietet den Wissenschaftlern neben Codeoptimierung und Parallelisierung auch einen Ansprechpartner für PE auf algorithmischer Seite.
  • EnCN TP SP 3 - Dynamisches Verhalten von Power-to-Gas und Power-to-Liquid Synthesen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg – Teilprojekt Große Speicher
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-spei
    Der Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Teilprojekt Große Speicher (Second Generation Fuels) wird die Speicherung von Wärme und Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien über lange Zeiträume untersucht.

    Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT)  wird hierfür ein neuartiges Reaktorkonzept entwickelt und experimentell untersucht. Dieses Konzept ist für den dynamischen Betrieb in Power-to-Gas Anwendungen optimiert.

  • Schutz vor Reverse-Engineering und Fehlerinjektionsangriffen durch dynamische Hardware-Rekonfiguration
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Physikalische Sicherheit durch dynamische Hardware-Rekonfiguration
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    URL: http://www.secrec.de
    Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) stellen eine effiziente Plattform für kryptographische Hardwareimplementierungen mit vielen Vorteilen dar. Jedoch muss jede sicherheitskritische und auf einem FPGA implementierte Schaltung sowohl gegen (a) Seitenkanalanalyse, (b) Fehlerinjektionsangriffe als auch gegen (c) Reverse-Engineering geschützt werden, um gegen jeglichen physikalischen Angreifer gewappnet zu sein. Daher werden in diesem Vorhaben Verfahren entwickelt, die die Fähigkeit der dynamischen Rekonfiguration des FPGAs einsetzen, um wirksame Schutzmechanismen gegen die genannten Angriffsklassen zu entwickeln. Dieses Gesamtvorhaben wird dabei das grundsätzliche Problem lösen, dass kryptographische Hardwareimplementierungen nur als statische Schaltungen vorliegen, die sich von einem Angreifer strukturell leicht charakterisieren lassen.
    Speziell in diesem Teilvorhaben fokussiert sich die Forschung auf die Konzeption und Entwicklung von Gegenmaßnahmen für die Angriffsklassen (b) und (c) unter Laborbedingungen.

    In SecRec arbeiten drei renommierte Forschungseinrichtungen und Universitäten, ein langjährig ausgewiesenes KMU und ein weltweit führender Technologiekonzern zusammen, um gemeinsam neuartige Ansätze für Sicherheitsimplementierungen in Hardware zu entwickeln, die mittels dynamischer Rekonfiguration Schutz gegen verschiedene physikalische Angriffsklassen bieten können. Dieses Teilvorhaben bearbeitet hierbei zwei Klassen von Rekonfigurationstechniken zur Prävention von Fehlerinjektionsangriffen und Reverse-Engineering. Die lokale Rekonfiguration, die den Austausch der Konfiguration spezieller FPGA-Elemente untersucht, sowie die partiell dynamische Rekonfiguration, die ganze Schaltungsbereiche im FPGA zur Laufzeit austauschen kann. Die Entwicklung entsprechend resistenter Schaltungen umfasst eine Bedrohungsanalyse, Konzeption und Implementation von Gegenmaßnahmen sowie Evaluation und Demonstration der Schutzwirkung.

  • 3C-SiC Hetero-epitaxiALLy grown on silicon compliancE substrates and 3C-SiC substrates for sustaiNable wide-band-Gap powEr devices
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: CHALLENGE
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2020
    Mittelgeber: Leadership in Enabling & Industrial Technologies (LEIT)
    Silicon carbide presents a high breakdown field (2-4 MV/cm) and a high energy band gap (2.3–3.2 eV), largely higher than for silicon. Within this frame, the cubic polytype of SiC (3C-SiC) is the only one that can be grown on a host substrate with the huge opportunity to grow only the silicon carbide thickness required for the targeted application. The possible growth on silicon substrate has remained for long period a real advantage in terms of scalability regarding the redu…
  • EnCN 2 TP SP1-1 Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit reversiblen HP-ORC-Systemen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg – Teilprojekt Große Speicher
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-spei
    Der Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Teilprojekt Große Speicher (Second Generation Fuels) wird die Speicherung von Wärme und Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien über lange Zeiträume untersucht.

    Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT)  wird hierfür ein neuartiges Reaktorkonzept entwickelt und experimentell untersucht. Dieses Konzept ist für den dynamischen Betrieb in Power-to-Gas Anwendungen optimiert.

  • Metaprogrammierung für Beschleunigerarchitekturen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    In Metacca wird das AnyDSL Framework zu einer homogenen Programmierumgebung für
    heterogene Ein- und Mehrknoten-Systeme ausgebaut. Hierbei wird die UdS den Compiler und das Typsystem von AnyDSL erweitern, um dem Programmierer das produktive Programmieren von Beschleunigern zu ermöglichen. Darauf aufbauend wird der LSS geeignete Abstraktionen für die Verteilung und Synchronisation auf Ein- und Mehrknoten-Rechnern in Form einer DSL in AnyDSL entwickeln. Alle Komponenten werden durch Performance Modelle (RRZE) unterstützt
    Eine Laufzeitumgebung mit eingebautem Performance-Profiling kümmert sich um Resourcenverwaltung und Systemkonfiguration. Das entstandene Framework wird anhand zweier Anwendungen, Ray-Tracing (DFKI) und Bioinformatik (JGU), evaluiert.
    Als Zielplattformen dienen Einzelknoten und Cluster mit mehreren Beschleunigern (CPUs, GPUs, Xeon Phi).

     

    Die Universität Erlangen-Nürnberg ist hauptverantwortlich für die Unterstützung von verteilter
    Programmierung (LSS) sowie für die Entwicklung und Umsetzung von unterstützenden Performance-Modellen sowie einer integrierten Profiling Komponente (RRZE). In beiden Teilbereichen wird zu Beginn eine Anforderungsanalyse durchgeführt um weitere Schritte zu planen und mit den Partnern abzustimmen.
    Der LSS wird im ersten Jahr die Verteilung der Datenstrukturen umsetzen. Im weiteren Verlauf wird sich die Arbeit auf die Umsetzung von Synchronisationsmechanismen konzentrieren. Im letzten Jahr werden Codetransformationen entworfen, um die Konzepte für Verteilung und Synchronisation in AnyDSL auf die gewählten Anwendungen anzupassen. Das RRZE wird in einem ersten Schritt das kerncraft Framework in die partielle Auswertung integrieren. Hierbei wird kerncraft erweitert um aktuelle Beschleunigerarchitekturen sowie Modelle für die Distributed-Memory-Parallelisierung zu unterstützen. In zwei weiteren Paketen wird eine Ressourcenverwaltung und eine auf LIKWID basierende Profiling Komponente umgesetzt

  • Biomechanische Simulation zur Rekonstruktion und Synthese von menschlicher Bewegung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2019
    Mittelgeber: Industrie
    In this project, we investigate musculoskeletal modeling and simulation to analyze and understand human movement and performance. Our objective is to reconstruct human motion from measurement data for example for medical assessments or to predict human responses for virtual product development.

     

    Reconstruction of Human Motion: Biomechanical analysis using wearable systems

    Inertial sensor systems provide the possibility of cheap gait analysis in everyday life.  One major challenge is to achieve a high quality gait analysis based on noisy sensor measurements. Moreover, inertial sensors can only quantify human joint kinematics and are not able to measure joint kinetics as performed in gait laboratories. Existing systems are based on an integration of the inertial sensor data for estimating human poses. This error-prone integration can be avoided using a computer simulation of a biomechanical model that tracks the measured sensor signals. Furthermore, such a model can give insight into joint kinetics, muscle control and other gait-related parameters such as stride length, stride time and ground-reaction force. 

     

    Synthesis of Human Motion: Predictive biomechanical simulation for design applications

    Sports and medical products such as running shoes, bandages or prostheses should support and improve our movement. But, how to derive optimal design parameters? The conventional process of prototyping and testing is often time-consuming, expensive, hazardous or even not realizable. Our purpose is to avoid prototyping and testing by virtual product development to derive optimal design parameters. We investigate biomechanical simulation to predict the influence of design parameters on human movement and performance.

  • EnCN TP 2 - Spitzenlastfähige Hochtemperatur-Speicher
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg – Teilprojekt Große Speicher
    Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-spei
    Der Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Teilprojekt Große Speicher (Second Generation Fuels) wird die Speicherung von Wärme und Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien über lange Zeiträume untersucht.

    Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT)  wird hierfür ein neuartiges Reaktorkonzept entwickelt und experimentell untersucht. Dieses Konzept ist für den dynamischen Betrieb in Power-to-Gas Anwendungen optimiert.

  • DAAD Reisekostenbeihilfe - Eingeladener Vortrag auf dem Workshop “{Symmetry, Logic, Computation}” des Simons Institutes in Berkeley CA, USA
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 07.11.2016 - 10.11.2016
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
  • Softwarebasierte Härtungsmaßnahmen für mobile Applikationen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2016 - 31.10.2019
    Mittelgeber: Industrie
  • Fachübergreifende Digitale Bildung – Kompetenzen für das Unterrichten in der digitalen Gesellschaft
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.11.2016 - 01.10.2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    Ziel des Projekts Digi4All ist die Konzeption, Ausgestaltung und Implementierung eines Online-gestützten Studienangebots zur Digitalen Bildung für Lehramtsstudierende aller Fächer und Schularten. Das Projekt greift die Ziele der Zukunftsstrategie der Bayerischen Staatsregierung zum Thema „Digitale Bildung in Schule, Hochschule und Kultur“, des KMK-Schwer­punkt­themas „Bildung in der digitalen Welt“, der Digitalen Strategie 2025 des BMWi und des neuen FAU-Leitbild-Konzepts „Digitalisierung in der Lehrerbildung“ auf. Durch ein innovatives Blended-Learning-Lehr-Lern-Angebot soll ein Beitrag geleistet werden, digitale Bildung in den Lehreramtsstudiengängen aller Fächer zu verankern.
  • SEBM process development for UN3S for the fabrication of inlet guide vane (IGV) blades
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 30.09.2019
    Mittelgeber: Industrie
  • Erstellung eines Handbuchs zur Open-Source-Governance des Auftragggebers
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 30.09.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Aufbau und Erweiterung von Strukturen und Prozessen zur Entwicklung von Inner Source
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 30.09.2017
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Messung und Auswertung von Patch-Flow (Fluss von Änderungen an Source Code) innerhalb von Siemens Healthcare DI
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 30.09.2017
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Traceable three-dimensional nanometrology
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Traceable three-dimensional nanometrology
    Laufzeit: 01.10.2016 - 30.09.2019
    Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
    URL: https://www.ptb.de/emrp/15sib09-home.html
    The overall goal of this project is to meet current and future requirements for traceable 3 dimensional (3D) metrology at the nanometre level with measurement uncertainties below 1 nm. To achieve this requires new routes for traceability, further developments of existing instruments and validated 3D measurement procedures. Additionally, new calibration artefacts must be developed and made available to industry as traceable reference standards to enable valid comparison of fabrication and measurement results, and establish a robust basis for design of objects with traceable nanoscale dimensions and tolerances.
    Scanning Probe Microscopes (SPMs) available in national metrology institutes (NMIs) have low uncertainties, are traceable to the SI-metre and significantly outperform commercial SPMs in accuracy. However, there is a large gap between SPMs and the rest of 3D metrology. Conventional 3D metrology is based on coordinate measuring machines (CMMs) that have been significantly improved in recent decades e.g. micro CMMs, therefore they can reach almost nanometre level uncertainties. SPM technology has the potential to offer even lower uncertainties. However, the measuring principle, measurand definitions and current written standards are still very far from what could be used for 3D measurements, which explains the use of the term 2.5D for SPM techniques. The aim of the project is to further develop SPM instrumentation, measurement procedures, data interpretation and reference materials to bridge this gap, as proper understanding of probe-sample interactions is crucial for the reduction of measurement uncertainty.
  • Conti Source Phase 1
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 31.12.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Spinodal entmischende Glaskeramik mit maßgeschneiderten porösen, thermischen und dielektrischen Eigenschaften
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2016 - 01.10.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Im Projekt wird ein neuartiges glasskeramisches Material entwickelt, das nach einem nasschemischen Ätzvorgang eine definierte, nanoskalige Porosität aufweisen soll. Die Materialzusammensetzung wird dabei derartig gewählt, dass bei einer bestimmten Annealing-Temperatur eine spinodale Entmischung auftritt, bei der eine zusätzliche, selektiv ätzbare Phase entsteht. Das Material wird im Foliengießverfahren verarbeitet. Dazu wird die Materialmischung als Suspension aufbereitet und in eine bestimmte Foliendicke gegossen.Die geometrische Form und Größe der entstehenden Phase hängt hauptsächlich von der Temperaturbehandlung ab, ebenso die Homogenität der Verteilung. Als potentielle Gläser stehen einige zur Verfügung, die auf die Eignung für diesen Prozess in Erlangen untersucht werden. Nach dem Sintern wird die neu entstandene Phase selektiv nasschemisch herausgeätzt, wodurch ein maßgeschneiderter Porositätsgrad eingestellt werden kann.Entsprechend des Porositätsgrades und der Porengröße wird eine geeignete Dünnfilmmetallisierung entwickelt, die die Poren überdeckt und zum Beispiel als Heizerelement geeignet ist. Dementsprechend wird die Metallisierung auf ihre elektrischen Eigenschaften, sowie ihrer Langzeitstabilität untersucht.Als Demonstrator wird ein Pirani-Drucksensorelement aufgebaut, mit dem die niedrige thermische Leitfähigkeit des entwickelten Materials gezeigt werden soll. Des Weiteren wird die Permittivität des Materials untersucht, die ebenfalls eine wichtige Eigenschaft poröser, dielektrischer Materialien ist.
  • Selektives Elektronenstrahlschmelzen von katalytisch aktiven Materialien auf Kupfer-Basis
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.09.2016 - 31.08.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Als Raney-Kupfer wird ein Katalysator bezeichnet der aus Kupferlegierungen hergestellt wird, die mindestens eine unedlere Spezies als Kupfer (z.B. Zink) enthalten. Nach einer schmelzmetallurgischen Herstellung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit kann das unedlere Element durch einen Auslaugungsprozess entfernt werden. Zurück bleibt eine nanoporöse Kupferoberfläche.

    Im Raney-Kupfer-Projekt soll eine solche katalytisch aktivierbare Kupferbasislegierung im Prozess des selektiven Elektronenstrahlschmelzens (SEBM) verarbeitet werden. Das Ziel ist es dabei die hohen realisierbaren Abkühlgeschwindigkeiten und die geometrische Freiheit des SEBM-Prozesses dazu zu verwenden periodische zellulare Katalysatorstrukturen zu fertigen. Diese Strukturen werden dann mittels einer nasschemischen Laugung in eine nanoporöse, katalytisch aktive Oberfläche überführt und für die Methanol-Synthese eingesetzt. Im Gegensatz zu den bisher gefertigten zellularen metallischen Trägerstrukturen bedarf es im Fall der Raney-Kupfer-Strukturen keiner zusätzlichen Tauchbeschichtung mit aktiven Spezies wie z.B. Palladium.

  • European Training for Coordinate Metrology 4.0
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: European Training for Coordinate Metrology 4.0
    Laufzeit: 01.09.2016 - 31.08.2019
    Mittelgeber: Programm für Lebenslanges Lernen / Erasmus
  • Adaptive Approximate Computing in FPGA-basierter Bildverarbeitung
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 24.08.2016 - 31.12.2017
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/adaptac
    Das Entwurfsparadigma des ungenauen Rechnens zielt darauf ab, Ungenauigkeit bei der Berechnung gegen Verbesserungen bezüglich Performanz, Ressourcenverbrauch und Leistungs- bzw. Energieaufnahme einzutauschen, indem die Fähigkeit vieler Anwendungen genutzt wird eine gewissen Qualitätsverlust zu tolerieren, wie beispielsweise in der Multimediasignalverarbeitung.

    Da die Auswirkungen bestimmter Approximationsgrade auf die wahrgenommene Qualität sowohl von den Eingangsdaten als auch der Anwendungsumgebung und den Nutzerpräferenzen abhängen, sollen in diesem Projekt Konzepte eines selbst-adaptiven Bild- bzw. Videoverarbeitungssystems untersucht werden, welches mit partieller Hardware-Rekonfiguration dynamisch Operatoren unterschiedlicher Genauigkeit austauschen kann.

  • Entwicklung eines Information Management Systems zur automatisierten Qualitätskontrolle in der Radio-Onkologie
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.08.2016 - 14.08.2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Die Radio-Onkologie hat in den letzten Jahren einen deutlichen
    technologischen Aufschwung erfahren. Dies führte zu einer erheblichen
    Zunahme der Komplexität und damit einhergehend einer massiven Ausweitung
    der Datenmenge. In der Folge gab es mehrere folgenschwere Serien von
    Unfällen, mit zum Teil tödlichem Ausgang. Bislang werden allerdings im
    Qualitätsmanagement nur wenige Schritte des Strahlentherapie-Workflows
    automatisch betrachtet.
    Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines integrierten, umfassenden
    Qualitätsmanagement-Informationssystems zur Fehlervermeidung. Basierend
    auf Qualitätsindizes bildet es den Workflow in der Radio-Onkologie
    umfassend ab, arbeitet im Hintergrund und erfordert eine
    Anwenderinteraktion nur im Fehlerfall. Mögliche Fehlerfälle werden
    mittels Data Mining, Benchmarking und maschinellem Lernen sowie durch
    Modelle zur pro-aktiven Generierung von Voraussagen und Unterstützung
    der Entscheidungsunterstützung vorausschauend erkannt. Ultimatives Ziel
    ist daher nicht das Fehlermanagement sondern die pro-aktive
    Fehlervermeidung.
  • FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2016 - 31.07.2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/flexsofc/
    Die Kopplung von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) und Biomassevergasersystemen ist ein hochintegrativer Ansatz für die dezentrale Bereitstellung von Strom und Wärme. Dabei wird energiereiches biogenes Gas mit einem hohen elektr. Wirkungsgrad (bis zu 50 %) elektrochemisch umgesetzt. Die hohe Arbeitstemperatur an der Nickelanode der Brennstoffzelle (850 °C) begünstigt zusätzlich die Reformierung von langkettigen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Teeren, die sonst üblicherweise aufwendig abgetrennt werden müssten.

    In vorangegangenen Projekten stellte sich heraus, dass die schwankende biogene Gasqualität problematisch für den Betrieb der Brennstoffzelle sein kann. Unterschreitet das Gas einen gewissen Brennwert, so steigt die Brennstoffausnutzung innerhalb des Brennstoffzellenstacks unzulässig an. Die Folge sind lokale Reoxidationserscheinungen an der Nickelanode, welche die Zelle nachhaltig schädigen. Aufgrund dieser Problematik wurden bisherige SOFC Dauertests mit Holzgas stets mit sehr geringen Brennstoffausnutzungen (30 %) betrieben. Die sichere Realisierung eines höheren Brennstoffausnutzungsgrad führt zu einer deutlich höheren Leistungsdichte und damit zu einem wirtschaftlicheren Betrieb.

    Im vom BMWi seit August 2016 geförderten Projekt FlexSOFC wird eine Möglichkeit untersucht, kritische Betriebszustände online zu identifizieren. Ein speziell entwickelter Leistungswechselrichter des Kooperationspartners NOVUM Engineering GmbH ermöglicht die rauscharme Aufzeichnung von Impedanzspektren während des SOFC-Betriebs. Aus den Impedanzspektrogrammen lassen sich Kenngrößen ableiten, die den momentanen Zellzustand beschreiben.

    Ein am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bestehender 1 kW Stackprüfstand wird im Laufe des Projekts so umgerüstet, dass synthetische Holzgasschwankungen impedanzdiagnostisch erfasst und regelungstechnisch entgegengewirkt werden können.

  • Versuchsaufbau zur Anwendung der Dynamischen Lichtstreuung unter homodynen und heterodynen Messbedingungen sowie unter einem Streulichtwinkel von 90°
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2016 - 31.12.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Digital Vision Trainer
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2016 - 31.07.2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines digitalen, visuell-perzeptiven Lernsystems (D-VPL) mit Gestensteuerung und telemedizinischer Anbindung an Augenärzte für sehbehinderte Senioren, zur Demenzprophylaxe und für Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma. Die Nutzer werden per Gestensteuerung auf bewegte Formen reagieren, die in einer virtuellen Realität oder auf einem Stereo-Bildschirm präsentiert werden. Durch Kombination von D-VPL und Gestensteuerung (motorische Interaktion) wird ein Dual-Task-Training erreicht, und durch die telemedizinische Anbindung werden Anwendungen in ärztlichen Einrichtungen, Seniorenresidenzen sowie Reha-Zentren ermöglicht.
  • 3D-Objekterkennung in einer von mehreren Kameras beobachteten Szene
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2016 - 30.06.2019
    Mittelgeber: Industrie
  • Charakterisierung von Mikroemulsionen mittels Dynamischer Lichtstreuung (DLS) und Ramanspektroskopie
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Polyurethan-Nanoschaum aus Treibmittel-basierten Mikroemulsionen zur Hochleistungswärmedämmung
    Laufzeit: 01.07.2016 - 30.06.2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Polyurethanschäume vereinen schon heute eine geringe Wärmeleitfähigkeit (λ ~ 20 mW/m*K) mit optimalen mechanischen Eigenschaften. Weiterhin besteht eine gut entwickelte industrielle Infrastruktur, um die Herstell-verfahren für Polyurethan(PU)-Rohstoffe (Polyole und Isocyanate) vergleichsweise preisgünstig zu halten. Im Gegensatz zu den meisten etablierten Wärmedämmmaterialien weist PU weiteres Innovationspotential für eine wesentliche Reduktion der effektiven Wärmeleitfähigkeit auf. Im Projekt soll ein neuer Ansatz verfolgt werden, um den λ-Wert von PU-Schäumen auf deutlich unter 15 mW/m*K zu senken.

    Ziel dieses Teilvorhabens ist der Erkenntnisgewinn über die Struktur und Zusammensetzung der zur Herstellung von PU-Schäumen dienenden Mikroemulsionen.

  • Modellgestützte Auswertung von Diffusionsexperimenten an binären Gasgemischen in einer Loschmidt-Zelle
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2016 - 30.11.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Öl-Kältemittel-Gemische: Benetzungsverhalten und Grenzflächenspannung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2016 - 01.06.2019
    Mittelgeber: Stiftungen
  • Dünnschicht-Transistoren mit einer neuartigen Architektur für Hochfrequenzschaltungen und Systeme
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1796: High Frequency Flexible Bendable Electronics for Wireless Communication Systems (FFLexCom)
    Laufzeit: 01.06.2016 - 30.05.2019
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    In aktuellen Dünnschichttransistoren (Thin-Film Transistors, TFTs) werden Source- und Drainkontakte einheitlich oberhalb oder unterhalb des Halbleiters angebracht. Die Kontaktierung auf gegenüberliegenden Seiten in Alternating Contact TFTs (ACTFTs) ermöglicht neue Freiheitsgrade für Bauelementeoptimierung und -einsatz. Dieses Projekt zielt speziell auf Möglichkeiten zur kostengünstigen Realisierung von Kurzkanal-ACTFTs für den Einsatz in RF-Schaltungen ab.Mit den beiden Lehrstühlen für Elektronische Bauelemente sowie Technische Elektronik der FAU Erlangen-Nürnberg arbeiten zwei ausgewiesene Einrichtungen der Halbleiterelektronik und RF-Schaltungstechnik gemeinsam an der integrierten Entwicklung von RF-ACTFTs und daraus abgeleiteten Schaltungen und Systemen. Auf Basis von Metalloxid-TFTs werden Bauelementphysik, RF-Verhalten und neue Schaltungsansätze erforscht und neue Perspektiven für dünne, flexible Anwendungen in Industrie-, Consumer- sowie textiler/tragbarer Elektronik aufgezeigt.
  • Metrology for additively manufactured medical implants
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Metrology for additively manufactured medical implants
    Laufzeit: 01.06.2016 - 31.05.2019
    Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
    URL: https://www.euramet.org/research-innovation/search-research-projects/details/?eurametCtcp_project_show%5Bproject%5D=1422&euramet
    Additive manufacturing (AM) offers an effective solution in the medical sector. It enables the production, on demand, of customised implants which match the patient’s anatomy, with grafts that promote bone growth, as well as surgical guides that help the surgeons. The objective of this project is to provide a comprehensive basis to enable the safe use of medical AM products. Therefore, within this project off-the-shelf medical devices, patient specific guides and implants manufactured from patient image or numerical model will be qualified. This will guarantee their reliability to notified bodies and facilitate acceptance of AM in the medical sector.
  • SustainableGas – Szenarien für den Ausbau Erneuerbarer Gase im Wäme- und Strommarkt, Teilvorhaben: Akzeptanz und Potentiale
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SustainableGas – Szenarien für den Ausbau Erneuerbarer Gase im Wäme- und Strommarkt
    Laufzeit: 01.06.2016 - 30.11.2018
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/energiesysteme-energiewirtschaft/sustainable-gas/
    Die Wärmeversorgung der BRD basiert derzeit zu etwa 50 % auf der Nutzung fossilen Erdgases. Erneuerbare Energien tragen nur mit ca. 11 % zur Wärmeversorgung bei. Für das Erreichen der Klimaschutzziele ist eine schnelle Transformation des Wärmemarktes hin zu hohen Anteilen Erneuerbarer Energien unabdingbar. Auch für die Gewährleistung langfristiger Preisstabilität und Versorgungssicherheit für die gasbasierte Wärmeversorgung ist ein Strukturwandel der Gasversorgung essentiell.

    Den hohen Unsicherheiten der konventionellen Erdgasversorgung stehen zahlreiche technische Entwicklungen gegenüber, die eine Erzeugung von Erdgassubstituten aus Erneuerbaren Energien zum Ziel haben:

    • „Biomethan“ durch die Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität

    • Erdgaserzeugung durch Methanisierung von Synthesegas aus thermochemischer Konversion holzartiger Biomasse („Substitute Natural Gas“)

    • Regenerative Wasserstofferzeugung („Power-to-Hydrogen“) sowie dessen Umsetzung in synthetisches Erdgas („Power-to-Gas“).

    Zusammen mit dem Lehrstuhl für Kommunikationswissenschaften der FAU Erlangen-Nürnberg und dem Department für Geographie der LMU München werden mögliche Strategien für eine umweltverträgliche Nutzung Erneuerbarer Energien zur Erdgassubstitution für den Wärme- und Strommarkt erarbeitet. Ziel ist eine umfassende interdisziplinäre Evaluierung der derzeit publizierten Prozessketten hinsichtlich

    • verfügbarer Potentiale und Kosten

    • ihrer ökologischen Bewertung sowie

    • deren Akzeptanz in Bevölkerung und Energiewirtschaft.

    Grundlage für die Bewertung der Prozessketten ist eine agentenbasierte Simulation unterschiedlicher Ausbauszenarien bis ins Jahr 2050. Die agentenbasierte und systemdynamische Modellierung ermöglicht die Berücksichtigung von Rückkopplungen einzelner Agenten untereinander auf unterschiedlichen Systemebenen.

  • Stationäre digitale Brust-Tomosynthese für Brustkrebs Vorsorgeuntersuchung - Simulation
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2016 - 31.05.2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
  • Entwicklung adaptiver Algorithmen in funkbasierten Lokalisierungssystemen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.05.2016 - 31.03.2017
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/EAAFLS/
    Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung adaptiver Algorithmen für den Einsatz in Funklokalisierungssystemen. Im Rahmen dieses Projekts werden drei wesentliche Themen bearbeitet:

    Automatisierte Konfiguration der Ereignis-Detektoren. In vorangegangenen Forschungsprojekten wurden die Grundlagen zur Analyse verrauschter Sensordatenströme gelegt. Allerdings bestand hierbei noch das Problem, dass Ereignis-Detektoren aufwändig und genau parametrisiert werden müssen,  zufriedenstellende Ergebnisse zu produzieren. Dieses Arbeitspaket betrachtet Möglichkeiten einer automatisierten Konfiguration der Ereignis-Detektoren auf Basis vorhandener Ereignis- und Sensordatenströme.
    In 2016 wurden erste Konzepte untersucht, um aus einer Vielzahl vorhandener Spieldaten die optimale Konfiguration der Ereignis-Detektoren zu bestimmen. Dabei wurden in einer Fußballanwendungen Spiele und Spielszenen durch Sportwissenschaftler manuell annotiert (z.B. Spieler A tritt Ball mit linkem Fuß zum Zeitpunkt t). Diese manuell annotierten Spielszenen sollen später zur Optimierung der Parameter in der Hierarchie von Ereignisdetektoren herangezogen werden.

    Evaluierung von Methoden und Techniken des maschinellen Lernens für Anwendungen zur Lokalisierung. In vorhergehenden Forschungsprojekten wurden bereits erste Algorithmen des maschinellen Lernens im Kontext funkbasierter Lokalisierungssysteme entwickelt (z.B. evolutionäre Algorithmen zur Bestimmung von Antennenpositionen und -ausrichtungen). Im Rahmen dieses Arbeitspakets werden weitere Ansätze untersucht, um Lokalisierungssysteme durch derartige Methoden zu unterstützen.
    Im Jahr 2016 wurden erste Ansätze evaluiert, um Teile der Positionsrechnung laufzeitbasierter Funklokalisierungssysteme durch Methoden des maschinellen Lernens zu ersetzen. Bislang werden die Rohdaten solcher Systeme durch eine Signalverarbeitungskette (Analog-Digital-Wandlung, Ankunftszeitbestimmung, Kalman-Filterung, Bewegungsanalyse) zu einer Position verrechnet. Dies erfordert einen vergleichsweise hohen Installations- und Konfigurationsaufwand für die Inbetriebnahme eines Lokalisierungssystems in der Zielumgebung und für die Zielanwendung.

    Evaluierung bildgebender Verfahren zur Unterstützung funkbasierter Lokalisierungssysteme. Funkbasierte Lokalisierungssysteme können ihre Stärken gegenüber Kamera-basierten Lokalisierungssystemen immer dann ausspielen, wenn es zu Verdeckungen von Objekten kommen kann. Im Gegenzug haben Funkbasierte Systeme Probleme mit metallischen Aufbauten/Oberflächen, da die Funkwellen an metallischen Oberflächen reflektiert werden und damit über mehrere Pfade an den Empfangsantennen empfangen werden. In diesem Arbeitspaket sollen Algorithmen für eine Bild-basierte Ortungskomponente entwickelt werden, um Funk-Lokalisierungssysteme bei der Positionsrechnung zu unterstützen.
    In 2016 wurde damit begonnen zwei unterschiedliche Systeme zu entwickeln: CNNLok, ein System zur kamerabasierten Eigenlokalisierung von Objekten (sog. inside-out tracking), sowie InfraLok ein System zur Lokalisierung mir Kameras in der Infrastruktur (sog. outside-in tracking) auf Infrarot-Basis. CNNLok nutzt ein Convolutional Neural Network, trainiert auf einer Vielzahl von in der Zielumgebung erstellter Kamerabilder. Das Netzwerk liefert anschließend zu einem aktuellen Kamerabild die Position der Kamera (bzw. des Objektes) im Raum. InfraLok detektiert Infrarot-LEDs über ein Multi-Kamerasystem und ermittelt deren Position im Raum.

     

  • Fokusabstandsmodulierter fasergekoppelter Konfokalsensor für die Oberflächenmesstechnik
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2016 - 30.04.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
                                      Die Miniaturisierung und Mikrostrukturierung komplexer Bauteile und die damit einhergehend immer enger werdenden Fertigungstoleranzen stellen die Messtechnik vor neue Herausforderungen. Mit speziellen Mikro- und Nanokoordinatenmesssystemen ist es heute bereits möglich hochgenaue, dreidimensionale Relativbewegungen zwischen Sensor und Messobjekt in Bereichen von einigen Millimetern und mit Auflösungen im Nanometer- oder Sub-Nanometerbereich zu realisieren. Jedoch besteht noch Bedarf an hochgenauen Sensoren zur Antastung der Messobjekte, die solchen herausfordernden Messaufgaben gewachsen sind.Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Erarbeitung der Grundlagen, die Entwicklung und Untersuchung eines robusten, genauen, hochfrequent fokusabstandsmodulierten, konfokalen Punktsensors sowie dessen Integration und Validierung in einem Nanokoordinatenmesssystem. Durch eine innovative Kombination einer fasergekoppelten konfokalen Beleuchtung und Detektion, einer einstellbaren, akustisch getrieben Gradientenindex-Flüssigkeitslinse (TAG-Linse) zur Modulation des Fokusabstandes und einer für die Konfokalmikroskopie neuartigen Signalauswertung mit Lock-In-Verstärker soll für den Stage-Scanning-Betrieb des Nanokoordinatenmesssystems eine signifikante Steigerung der Genauigkeit und Reduktion der Messunsicherheit und der Messzeit unter Beibehaltung der bekannten Vorteile des konfokalen Messprinzips ermöglicht werden.                             
  • Analyse der Wachstumskinetik während der Hochtemperatur-Kristallzüchtung von SiC unter Anwendung der Computertomographie zur in-situ 3D Visualisierung der Wachstumsphasengrenze
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2016 - 30.04.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Vorhaben befasst sich mit Analyse der Wachstumskinetik von einkristallinem Siliziumkarbid bei ca. 2200 °C und bezieht dabei in-situ Messdaten der Form der Phasengrenze ein, die mithilfe der 3D Computertomographie erfasst werden. Ziel sind die Ableitung eines semi-quantitativen Modells für das laterale Überwachsen von Kristalldefekten und die Aufweitung des einkristallinen Bereichs während der Hochtemperatur Gasphasenzüchtung. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die genaue Kenntnis der Position und Größe der Wachstumsfacette, der Krümmung der facettennahen Kristalloberfläche sowie deren zeitliche Veränderung während des Kristallwachstumsprozesses. Die Modellbildung bezieht dabei quantitativ die Übersättigung der Gasphase vor der Phasengrenze und den totalen Massentransportfluss ein. Die Visualisierung der Wachstumsphasengrenze erfolgt unter Anwendung der in-situ 3D Computertomographie, welche im stark gestörten Messumfeld des Kristallisationsprozesses methodisch in wesentlichen Punkten angepasst werden muss. Ziel ist es, die Form der Wachstums-Phasengrenze (Krümmung, Facettenbildung) als auch die Veränderungen im Quellenmaterial (Verbrauch, lokale Um-Sublimation, Fremdphasen) und im Züchtungstiegel (Zersetzung, Materialumwandlung) dreidimensional mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 75 µm sichtbar zu machen. Besonderes Augenmerk gilt dabei den thermischen Randbedingungen mit bis zu ca. 2700 °C als heißestem Bereich in der Kristallzüchtungsanlage. Das Forschungsprojekt bezieht sich konkret auf das hexagonale Hableitermaterial Siliziumkarbid; es ist aber zu erwarten, dass die gefundenen Ergebnisse allgemein von großem Wert für das Forschungsgebiet der Kristallzüchtung sein werden. Die grundsätzliche Machbarkeit des Vorhabens wurde in Vorarbeiten gezeigt, die bereits den rudimentären experimentellen Aufbau als Kombination aus Kristallzüchtungsreaktor, Röntgenquelle und Detektor umfassten. Die Messdaten für die 3D Rekonstruktion des wachsenden Kristalls und seiner Umgebung wurden durch kontinuierliches Drehen des inneren Aufbaus der Kristallzüchtungsanlage um dessen axiale Drehachse gewonnen. Die Form der Kristallwachstumsphasengrenze, die Morphologie des Quellenmaterials und die Veränderungen des Tiegelmaterials konnten damit erstmals 3-dimensional bei über 2200 °C erfasst werden. Die Messergebnisse weisen allerdings deutliche Artefakte und Fehler auf, die im vorliegenden Projekt durch eine angepasste experimentelle Messmethode und neu entwickelte Algorithmen zur Datenauswertung adressiert werden sollen.
  • DevCon-App
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • SW Agents in automotive embedded controller network
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Mobile Robot Framework
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • DoIP wireshark Plugin
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Condition Monitoring and Pay Per Use for a flexible transportation system
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Hybridanwendung für Mobilgeräte zur HW-Ansteuerung über Bluetooth Smart/BLE
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Lehrprojekt: ARCH: OPOSSO
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Gaining deep account insights with cognitive services
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 11.04.2016 - 15.07.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Aufbau und Erweiterung von Strukturen und Prozessen zur Entwicklung von Inner Source
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 30.09.2016
    Mittelgeber: Siemens AG
  • CVD-Diamant gegen Aluminiumverschleiß
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 31.03.2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
  • Ladungskompensation in 4H-Siliciumkarbid - Simulation, Modellbildung und experimentelle Verifizierung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 31.03.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Für Leistungshalbleiterbauelemente in Silicium kommen Bauelementstrukturen mit Ladungskompensation zwischen p- und n-dotierten Halbleitergebieten zur Anwendung. Diese Strukturen erlauben die Realisierung von unipolaren Bauelementen mit hohen Sperrspannungen im Sperrbetrieb und gleichzeitig niedrigen Widerständen im Flussbetrieb. Erste in Siliciumkarbid realisierte Halbleiterbauelemente mit Ladungskompensationsstrukturen orientieren sich bei der Auslegung entweder an theoretischen Berechnungen, wie sie für die gut beherrschte Siliciumtechnologie Anwendung finden, oder rein auf nicht-empirischen Versuchsreihen. Dadurch wird ein geeigneter Aufbau der Kompensationsstrukturen entweder mit geringem Kompensationsgrad oder nur iterativ durch Versuche erreicht.Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, die Grundlagen zur Realisierung von Ladungskompensationsstrukturen mit hohem Kompensationsgrad auf Siliciumkarbid zu legen und daran eine systematische Untersuchung hinsichtlich elektrischer Eigenschaften und dem Einfluss physikalischer Effekte durchzuführen. Dabei werden insbesondere der Einfluss der unvollständigen Aktivierung und Ionisierung der Dotierstoffe in SiC sowie der Oberflächenpassivierung auf den Kompensationsgrad, die Durchbruchspannung und den Driftwiderstand untersucht. Hiermit werden bestehende Simulationsmodelle präzisiert und eine analytische Beschreibung dieser Ladungskompensationsstrukturen ermittelt, welche nicht (wie bei Siliciumbauelementen) auf einer vollständig beherrschten Halbleitertechnologie beruhen. Mit Hilfe einer analytischen Modellierung auf Grundlage von Ladungskompensationsstrukturen in Silicium als Ausgangspunkt und unter Berücksichtigung unvollständiger Aktivierung der Dotierstoffe werden sowohl eine Modellbildung durchgeführt als auch zweidimensionale TCAD-Simulationen für laterale Ladungskompenationsstrukturen in Siliciumkarbid implementiert. Die Herstellung von lateralen Teststrukturen und deren elektrische Charakterisierung erlaubt die Präzisierung und Erweiterung der zugrunde liegenden Simulationsmodelle auf Basis der Messergebnisse. Diese Modelle werden dann zur Übertragung und Verifizierung der Ergebnisse auf laterale Leistungstransistoren in SiC. Ferner erfolgt die Durchführung dynamischer Schaltvorgänge zur Untersuchung des Einflusses physikalischer Effekte wie unvollständiger Ionisierung der Dotierstoffatome hinsichtlich elektrischer Eigenschaften (z.B. Lawinendurchbruch) in Ladungskompensationsstrukturen. Abschließend erfolgt die Realisierung vertikaler Ladungskompensationsstrukturen zur Validierung des gesamten wissenschaftlichen Ansatzes.Die im Forschungsvorhaben erzielten Erkenntnisse werden die Herstellung von lateralen und vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen auf 4H-SiC durch die Bereitstellung akkurater physikalischer Modelle zur Ladungskompensation vereinfachen.
  • Charakterisierung der molekularen Diffusion in Flüssigkeiten mit gelösten Gasen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 31.03.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das beantragte Forschungsprojekt soll einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis der molekularen Diffusion in binären Systemen bestehend aus Flüssigkeiten und gelösten Gasen leisten. Zur Charakterisierung des molekularen Diffusionsprozesses sollen sowohl die dynamische Lichtstreuung (DLS) als auch molekulardynamische (MD) Simulationen für systematisch ausgewählte Gas-Flüssig-Systeme zur Anwendung kommen. Bei der Untersuchung von entsprechenden Gemischen im makroskopischen thermodynamischen Gleichgewicht analysieren beide Methoden mikroskopische Fluktuationen, deren zeitliches Verhalten durch die Transportgrößen Selbstdiffusionskoeffizient, Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizient und binärer Diffusionskoeffizient bestimmt werden. Die mittels DLS aus dem Bulkvolumen der Fluide ermittelten binären Diffusionskoeffizienten dienen als wichtige Stütze zur Bewertung der Ergebnisse aus den MD-Simulationen. Umgekehrt kann die Bestimmung von Diffusionskoeffizienten mittels MD-Simulationen die Interpretation der DLS-Daten durch den Einblick in die molekulare Fluidstruktur unterstützen. Für einen umfassenden Kenntnisgewinn über die molekulare Diffusion von in Flüssigkeiten gelösten Gasen sollen vielversprechende Stoffkombinationen über einen weiten Temperatur- und Konzentrationsbereich untersucht werden. Die ausgewählten Gemische zeichnen sich durch stark variierende molekulare Größen und Wechselwirkungen der Komponenten aus und decken einen breiten Bereich an Gemischviskositäten ab. Die DLS-Experimente und MD-Simulationen sollen nicht nur eine zuverlässige Datenbasis an Transportkoeffizienten für derartige Systeme schaffen, sondern vor allem zur Analyse des Einflusses der physikalischen Eigenschaften der Komponenten auf die molekulare Diffusion in den Gemischen herangezogen werden. Um die Leistungsfähigkeit der MD-Simulation bezüglich der Vorhersage von binären Diffusionskoeffizienten durch Vergleich mit den experimentell bestimmten Daten überprüfen zu können, sind unabhängige Berechnungen des Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizienten und des thermodynamischen Faktors durchzuführen. Dadurch lässt sich zusätzlich für die ausgewählten Systeme untersuchen, wie die verschiedenen Diffusionskoeffizienten miteinander verknüpft sind. Zudem sollen die aus den DLS-Experimenten und MD-Simulationen gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung einer in der Ingenieurspraxis einfach anwendbaren Vorhersagemethode für den binären Diffusionskoeffizienten in Gemischen aus Flüssigkeiten mit gelösten Gasen beitragen.
  • jLAMS
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 31.10.2017
    Mittelgeber: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
    Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforderung dar. Es sollen neue experimentelle Umgebungen genutzt werden, die die Beobachtung der Entstehung der Mikrostruktur eines Werkstoffes unter Bedingungen, wie sie bei der additiven Fertigung vorliegen, erlauben. Zugang zu dieser Beschleuniger basierten experimentellen Umgebung erlaubt der Kompetenzanker DESY-FAU-HZG, ein Verbund von FAU mit den Helmholtz-Zentren DESY und HZG.
  • Bestimmung von Stoffdaten für alternative Isoliergase
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2016 - 31.03.2017
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Gemischbildungsverhalten Bio-Ethanol-haltiger Kraftstoffe unter dieselrelevanten Bedingungen Teilvorhaben 1: Gemischbildung Qualitativ
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Gemischbildungsverhalten Bio-Ethanol-haltiger Kraftstoffe unter dieselrelevanten Bedingungen
    Laufzeit: 01.03.2016 - 28.02.2018
    Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
  • Development of content adaptive screen sharing coding
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 05.02.2016 - 28.02.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Machbarkeitsstudie: WGM Resonator
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 04.02.2016 - 28.02.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Diffusionskoeffizienten von Kältemittel-Öl-Gemischen aus der Dynamischen Lichtstreuung (DLS)
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.01.2016 - 15.09.2016
    Mittelgeber: Stiftungen
  • Forschungsinfrastruktur
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Druckbare weichmagnetische Polymere für leistungselektronische Anwendungen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 01.01.2019
    Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird der Einsatz von druckbaren weichmagnetischen Polymeren (Soft Magnetic Compounds, SMC) in leistungselektronischen Systemen untersucht. Diese Materialien können z.B. als Kernmaterial für Filterspulen eingesetzt werden und bieten die Möglichkeit, eine freiformbare Kerngeometrie, ähnlich wie beim Spritzgussverfahren, herzustellen. Dadurch soll der zur Verfügung stehende Bauraum für die induktive Komponente optimal ausgenutzt werden. Die Arbeiten umfassen die Herstellung von Ringkernproben aus druckfähigen SMC mit verschiedenen weichmagnetischen Pulvern (z.B. Mangan-Zink-Ferrit oder Ferrit-Kupfer-Niob-Silicium-Bor), die unterschiedliche Hauptpartikelgrößen aufweisen. Dabei wird auf den Einfluss der Hauptpartikelgröße und derer Dichteverteilung im Pulver eingegangen. Um die Ringkernproben mit hoher Genauigkeit hinsichtlich z.B. der Verlustleistung, der Permeabilität und des Sättigungsverhaltens in Abhängigkeit der Frequenz zu charakterisieren, wurde am Lehrstuhl ein neuer Messplatz konzipiert und aufgebaut. Aufbauend auf den Messergebnissen sollen die theoretischen Grundlagen überprüft, Simulationsmodelle zur Vorhersage der Permeabilität von SMCs erstellt und neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.
  • Modellierung, Entwurf, und Implementierung eines molekularen Kommunikationssystems
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 30.04.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • TP 3: Bestimmung der Messunsicherheit und systematischen Gestaltabweichungen für eine funktionsorientierte Toleranzvergabe
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.05.2019
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
  • TP 2: Fuzzy-arithmetische Modellierung von Prozessen mir unsicheren Parametern
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
    Laufzeit: 01.01.2016 - 28.02.2019
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
  • Kognitive Verfahren zum Verlustleistungsmanagement in Endgeräten des Mobilfunks
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/cognipower
    Ziel dieses Projektes ist die Erforschung des Einsatzes kognitiver Methoden zum Verlustleistungsmanagement mobiler Endgeräte bei sich dynamisch ändernden Funkumgebungen und Benutzerverhalten. Ziel dabei ist es, einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Energieverbrauch der Plattform und für den Anwender zur Verfügung stehender Dienstgüte zu finden.

    Viele moderne mobile Applikationen sind heutzutage als Cloud-Anwendungen konzipiert, so dass leistungsfähige Kommunikationssysteme benötigt werden, um die benötigten Datenübertragungsraten zu realisieren. Obwohl bereits leistungsfähige Datenübertragungsprotokolle, z.B. LTE, zur Verfügung stehen, ist das Leistungsmanagement innerhalb eines Endgerätes bislang wenig an das Verhalten des Benutzers und der Umgebung angepasst. Durch den Einsatz kognitiver Verfahren soll es möglich werden, einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Energieverbrauch und für die Anwendung zur Verfügung stehender Qualität zu finden. In diesem Projekt sollen neben dynamischen Anpassungen des Leistungsmanagements an die momentane Funkumgebung auch prädiktiv Nutzungen und Umgebungseigenschaften in unmittelbarer Zukunft bestimmt werden.

  • Software-Wasserzeichen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 01.01.2019
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/SoftWater/
    Unter Software-Wasserzeichnen versteht man das Verstecken von ausgewählten Merkmalen in Programme, um sie entweder zu identifizieren oder zu authentifizieren. Das ist nützlich im Rahmen der Bekämpfung von Software-Piraterie, aber auch um die richtige Nutzung von Open-Source Projekten (wie zum Beispiel unter der GNU Lizenz stehende Projekte) zu überprüfen. Die bisherigen Ansätze gehen davon aus, dass das Wasserzeichen bei der Entwicklung des Codes hinzugefügt wird und benötigen somit das Verständnis und den Beitrag der Programmierer für den Einbettungsprozess. Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, ein Wasserzeichen-Framework zu entwickeln, dessen Verfahren automatisiert beim Übersetzen des Programms Wasserzeichen hinzufügen, auch für existierende Programme. Als ersten Ansatz untersuchen wir eine Wasserzeichenmethode, die auf einer symbolischen Ausführung und anschließender Funktionsynthese basiert.

    Im Jahr 2017 wurden dazu verschiedene Funktionssynthese-Methoden untersucht, um zu ermitteln, welche sich für unsere Ansatz eignen würden.

  • Skalenübergreifende Modellierung - von der Quanten- zur Kontinuumsmechanik. Ein Finite-Elemente Ansatz.
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 30.09.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Dieser Antrag befasst sich mit einem gekoppelten Quantenmechanik (QM) - Kontinuumsmechanik (KM) - Ansatz zur Analyse elektro-elastischer Probleme. Trotz der Anstrengungen, die bereits unternommen wurden um die verschiedenen Modelle zur Beschreibung des Verhaltens von Materie zusammenzuführen, gibt es noch offene Fragen, die weiterer Klärung bedürfen. Zunächst gilt es einen effizienten, auf Finiten Elementen (FE) basierenden Lösungsansatz für die Kohn-Sham (KS) Gleichungen im Rahmen der Dichte-Funktional Theorie (DFT) weiter zu entwickeln. Die Hauptaugenmerke liegen hierbei auf der Wahl eines Fehlerschätzers als Grundlage einer h-adaptiven Netzverfeinerung fuer nicht-lokale pseudo-potentiale, der Netzanpassung während der Strukturoptimierung und der Formulierung der Deformationsabbildung. Derzeit existiert keine open-source Implementierung eines DFT-Ansatzes auf Basis einer FE-Modellierung die über eine hp-adaptive Netzanpassung verfügt. Eine Kontrolle der Randbedingungen und die Möglichkeit einer adaptiven Netzverfeinerung ist jedoch unabkömmlich, um eine erfolgreiche Kopplung zwischen KM und QM zu ermöglichen. Eine DFT-Formulierung, die auf der Verwendung von FE basiert zeichnet sich insbesondere durch eine Vollständigkeit der Basis, die Möglichkeit der Netzverfeinerung sowie guter Polarizationseigenschaften als unmittelbare Folge der Gebietsunterteilung aus. Weiterhin werden die Feldgrößen der QM in direkten Bezug zu den entsprechenden Feldgrößen der KM gesetzt (z.B. Verschiebungen, Deformationsgradient, Piola-Spannungen, Polarisation etc.). Dies wird durch eine Mittelung in der Referenzkonfiguration erreicht. Hierzu muss eine vollständige Lösung der KS Gleichungen für die gewählte FE Basis vorliegen. Dieses Vorgehen soll an einem repräsentativen numerischen Beispiel - der Biegung eines Kohlenstoffnanoröhrchens - validiert werden. Im Bereich der KM soll eine um Oberflächeneffekte erweiterte Modellierung verwendet werden, um den Einfluss der Oberfläche auf das Verhalten des Kontinuums abzubilden. Obwohl diese Effekte bereits Gegenstand intensiver theoretischer Untersuchungen sind, wurde bisher noch kein Versuch unternommen diese Ansätze auch an numerischen Beispielen zu validieren. Abschließend soll ein gekoppelter QM-KM Ansatz vorgeschlagen werden. Die Kopplung selbst soll hierbei gestaffelt erfolgen, d.h. die QM und KM Probleme werden iterativ gelöst und tauschen Informationen untereinander aus. Als Test-Problem soll hierbei die Rissausbreitung in einer Graphene-Schicht dienen. Als Fernziel des Projektes soll eine Anwendung des gekoppelten Ansatzes auf Probleme im Gebiet der Elektro-Elastizität erfolgen. Nach meinem Kenntnisstand ist keine der verfügbaren QM-KM Kopplungen in der Lage, Probleme im Gebiet der Elektro-Elastizität zu lösen.
  • Präzise Simulation von Festkörperverstärker
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Laser mit kurzen und ultrakurzen Pulsen werden in vielen technischen Anwendungen benötigt. Aktuell wird insbesondere an der Entwicklung leistungsstarker Ultrakurzpulslaser geforscht, weil diese insbesondere in der Automobilindustrie von bedeutendem Interesse sind. Da die Weiterentwicklung von Laserresonatoren an technische Grenzen stößt, geraten Laserverstärkern immer mehr in den Fokus der Forschung zur Entwicklung von neuartigen Lasern. Die Simulation von Laserverstärkern ist ein wichtiges Werkzeug um die Entwicklungen neuer Laserqellen zu ermöglichen und zu unterstützen. Der Grund hierfür sind die komplexen physikalischen Phänomene in Laserverstärkern die durch Simulationenanalysiert werden können. Hierzu gehören zum Beispiel die genaue 3-dimensionale Simulation der Doppelbrechung, der Depolarisation, der thermischen Effekte oder auch die genaue Berechnung von nichtlinearen Effekten in Ratengleichungen.Während an der Weiterentwicklung von Lasern viel geforscht wird, wird die Grundlagenforschung im Bereich der Entwicklung neuer Simulationstechniken in der Lasersimulation bis jetzt noch vernachlässigt. Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, neue Modelle und Berechnungsalgorithmen zur Simulation von Laserverstärkern zu entwickeln. Das aktive Medium ist dabei ein Festkörper, wie zum Beispiel Yb:YAG. Simuliert werden soll die Verstärkung kurzer und ultrakurzer Laserpulse mit niedriger und hoher Repetitionsrate. Berücksichtigt werden hierbei thermische Effekte, Depolarisationseffekte und das spektrale Verhalten im Laserverstärkern. Modelliert werden sollen Verstärker mit Einfach- , Doppel- , und Mehrfachdurchgang. Eine zentrale wissenschaftliche Fragestellung ist, welche Simulationstechniken wie geeignet kombiniert werden müssen, um das Verhalten der Verstärker genau berechnen zu können. Dabei sollen auch neue effiziente Simulationstechniken entwickelt werden. Ziel ist es einerseits, eine genau Simulation zu erhalten, andererseits jedoch möglichst keine zu rechenintensiven Algorithmen zu verwenden. Dies verlangt den Vergleich unterschiedlicher Simulationstechniken.
  • Selbstorganisation sphärischer kolloidaler Partikel in anisotrope Überstrukturen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.08.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die Strukturierung von Materialien und Oberflächen im Nanometerbereich kann die Eigenschaften des Materials stark verbessern oder sogar zum Entstehen von völlig neuartigen Eigenschaften führen. Die Herstellung solcher Nanostrukturen ist aufgrund der extrem kleinen Größe technologisch anspruchsvoll. So bedarf es zur Herstellung mittels traditionellen, top-down Fertigungsverfahren aufwändige Instrumente und eine staubfreie Umgebung in einem Reinraum. Eine weitverbreitete Nutzung und Untersuchung solcher Strukturen wird so verhindert. Alternativ lassen sich Nanostrukturen durch sogenannte bottom-up Prozesse erzeugen. Hierbei werden kleine, nanoskalige Bausteine in geordnete Überstrukturen angeordnet. Von besonderem Interesse sind dabei sphärische Polymerkolloide, die sich zuverlässig mittels Emulsionspolymerisationen im Größenbereich zwischen 100nm und 1µm synthetisieren lassen. In einfachen Prozessen können sich solche Partikel in geordnete, zweidimensionale Strukturen, sogenannten Kolloid-Monolagen selbstorganisieren und geben so einen einfachen Zugang zu Nanostrukturierungen. Die größte Herausforderung für diese Technik besteht in der momentan eingeschränkten Auswahl an zugänglichen Strukturen. Bedingt durch die sphärische Struktur der Partikel und deren Packungseigenschaften sind momentan fast ausschließlich hexagonale Überstrukturen zugänglich.Dieses Projekt zielt darauf ab, Methoden zu entwickeln, sphärische Polymerkolloide in komplexere, anisotrope Strukturen anzuordnen und damit das Feld der Kolloid-Selbstorganisation zu erweitern. Es ist von theoretischen Betrachtungen bekannt, dass sich sphärische Kolloide unter bestimmten Umständen in anisotrope Ketten anordnen können. Die Bedingung hierfür ist die Modifikation des Interaktionspotentials um eine langreichweitige, abstoßende Komponente. Simulationen solcher Strukturen zeigten, dass die Ausbildung von Ketten durch die Minimierung des Überlapps dieser abstoßenden Regionen zwischen benachbarten Ketten zustande kommt. Eine experimentelle Realisierung steht noch aus. In Vorarbeiten entdeckten wir, dass Polymerkolloide an der Luft/Wasser Grenzfläche in Gegenwart von bestimmten oberflächenaktiven Substanzen unter Komprimierung kettenförmige Überstrukturen ausbilden. Die starke Ähnlichkeit der beobachteten Strukturen mit Computersimulationen unter Annahme einer weichen Schale mit abstoßendem Potential legt einen ähnlichen physikalischen Ursprung der Kettenbildung nahe. Unsere Hypothese ist daher, dass sich bestimmte oberflächenaktive Substanzen bevorzugt mit der Partikeloberfläche wechselwirken und sich so um die Partikel aufkonzentrieren. Als Resultat resultierte so eine abstoßende Wirkung zwischen zwei Partikeln.In dem Projekt beantragen wir Mittel für eine detaillierte Untersuchung, die Entwicklung eines Phasendiagrams und eines grundlegenden Verständnis des Phänomens, um prädiktiv und zuverlässig anisotrope Strukturen aus isotropen Komponenten auf der Nanoskale herstellen zu können.
  • Schwingungsreduktion durch Energietransfer mittels Formadaption
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1897: Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Leichtbau ist eine der wesentlichen Aufgaben im Entwurfsprozess. Das Ziel ist dabei die Reduktion der Bauteilmassen um Kosten, Energie oder andere Ressourcen bei der Herstellung oder im Betrieb zu sparen. Jedoch sind leichte Strukturen auch anfällig für unerwünschte Schwingungen. Diese Schwingungen müssen daher häufig reduziert werden, um sowohl die Struktur als auch ihre Umgebung vor Schäden zu schützen und die Lebensdauer der Struktur zu erhöhen.Eine Schwingungsreduktion kann durch passive, semi-aktive oder aktive Maßnahmen erreicht werden. Dabei meint passiv, dass keine Energie von außen zugeführt werden muss, während semi-aktive und aktive Maßnahmen äußere Energie benötigen, um entweder die Dissipation zu kontrollieren oder der Schwingungsbewegung direkt entgegen zu wirken. Da aktive Maßnahmen meist nicht auf Dissipation beruhen, fallen sie nicht in den Bereich des ausgeschriebenen Schwerpunktprogramms und werden daher hier auch nicht weiter betrachtet. Auf dem Gebiet der passiven und semi-aktiven Maßnahmen gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Schwingungsreduktion, nämlich zum einen Dämpfung, was die Dissipation kinetischer Energie in eine andere Energieform meint, und zum anderen Tilgung, was den Transfer kinetischer Energie aus einer kritischen Mode in eine unkritische Mode bezeichnet.Der hier vorgeschlagene Zugang kombiniert die Konzepte der Dämpfung und der Tilgung in neuartiger Weise, indem die Funktionalität eines gedämpften Tilgers in eine formadaptive Struktur integriert wird. Durch dynamische Adaption der Steifigkeit einer schlanken, balkenartigen Struktur durch Formadaption des Querschnitts soll kinetische Energie aus den kritischen, tieffrequenten Biegemoden in eine speziell entworfene, hochfrequente Tilgermode übertragen werden, um dort dann optimal gedämpft zu werden. Das optimale Design des formadaptiven Mechanismus und der Tilgermode soll im Rahmen nachgiebiger Festkörpermechanismen erfolgen, während die optimale Dissipation durch angepasste Reibdämpfer realisiert werden soll.
  • Schwingungsreduktion durch Energietransfer mittels Formadaption
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1897: Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Leichtbau ist eine der wesentlichen Aufgaben im Entwurfsprozess. Das Ziel ist dabei die Reduktion der Bauteilmassen um Kosten, Energie oder andere Ressourcen bei der Herstellung oder im Betrieb zu sparen. Jedoch sind leichte Strukturen auch anfällig für unerwünschte Schwingungen. Diese Schwingungen müssen daher häufig reduziert werden, um sowohl die Struktur als auch ihre Umgebung vor Schäden zu schützen und die Lebensdauer der Struktur zu erhöhen.Eine Schwingungsreduktion kann durch passive, semi-aktive oder aktive Maßnahmen erreicht werden. Dabei meint passiv, dass keine Energie von außen zugeführt werden muss, während semi-aktive und aktive Maßnahmen äußere Energie benötigen, um entweder die Dissipation zu kontrollieren oder der Schwingungsbewegung direkt entgegen zu wirken. Da aktive Maßnahmen meist nicht auf Dissipation beruhen, fallen sie nicht in den Bereich des ausgeschriebenen Schwerpunktprogramms und werden daher hier auch nicht weiter betrachtet. Auf dem Gebiet der passiven und semi-aktiven Maßnahmen gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Schwingungsreduktion, nämlich zum einen Dämpfung, was die Dissipation kinetischer Energie in eine andere Energieform meint, und zum anderen Tilgung, was den Transfer kinetischer Energie aus einer kritischen Mode in eine unkritische Mode bezeichnet.Der hier vorgeschlagene Zugang kombiniert die Konzepte der Dämpfung und der Tilgung in neuartiger Weise, indem die Funktionalität eines gedämpften Tilgers in eine formadaptive Struktur integriert wird. Durch dynamische Adaption der Steifigkeit einer schlanken, balkenartigen Struktur durch Formadaption des Querschnitts soll kinetische Energie aus den kritischen, tieffrequenten Biegemoden in eine speziell entworfene, hochfrequente Tilgermode übertragen werden, um dort dann optimal gedämpft zu werden. Das optimale Design des formadaptiven Mechanismus und der Tilgermode soll im Rahmen nachgiebiger Festkörpermechanismen erfolgen, während die optimale Dissipation durch angepasste Reibdämpfer realisiert werden soll.
  • Stability Under Process Variability for Advanced Interconnects and Devices Beyond 7 nm node
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: RIA
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Leadership in Enabling & Industrial Technologies (LEIT)
    URL: https://www.superaid7.eu
    Die weitere Skalierung nanoelektronischer Bauelemente und Schaltungen wird zunehmend durch die Annäherung an physikalische Grenzen erschwert. Hierbei spielen systematische und statistische Schwankungen der in der Herstellung verwendeten physikalischen Prozesse eine immer größere Rolle für aktive Bauelemente, ihre Verbindungsstrukturen und die daraus aufgebauten Schaltungen. Teilweise beeinflussen sich verschiedene Effekte gegenseitig. Damit müssen auch ihre Korrelationen betrachtet werden, da sie den Anteil der Produkte, welche die Spezifikationen erfüllen, zum Teil drastisch beeinflussen. Eine umfassende experimentelle Untersuchung dieser Effekte ist kaum möglich. Demgegenüber eröffnet die Simulation („Technology Computer Aided Design“, TCAD) die einzigartige Möglichkeit, Schwankungen an ihrer Quelle vorzugeben und dann ihre Auswirkungen auf die folgenden Prozessschritte und auf die Eigenschaften von Bauelementen und Schaltungen zu untersuchen, indem einfach die Eingabedaten des Simulationssystems entsprechend angepasst werden. Diese sehr wichtige Anforderung an die Simulation, die zugleich eine ihrer herausragenden  Möglichkeiten ist, wurde unter anderem in der „International Tech-nology Roadmap for Semiconductors“ ITRS herausgestellt.

    Das Horizon-2020-Projekt SUPERAID7 baut auf dem sehr erfolgreichen Projekt
    SUPERTHEME auf, in dem die Auswirkung von Prozessschwankungen insbesondere auf fortschrittliche More-than-Moore- Bauelemente und -schaltungen simuliert wurde. In SUPERAID7 wird ein Softwaresystem zur Simulation des Einflusses von systematischen und statistischen Prozessschwankungen auf fortschrittliche More-Moore-Bauelemente und -schaltungen bis zum 7-nm-Technologieknoten und darüber hinaus entwickelt, wobei speziell Halbleiterverbindungsstrukturen einbezogen werden. Hierzu werden verbesserte physikalische Modelle sowie verbesserte Kompaktmodelle benötigt. Die zu behandelnden Bauelementearchitekturen schließen insbesondere sogenannte Trigate/ΩGate-Transistoren, gestapelte Nanodrähte und fortschrittliche Halbleitermaterialen mit ein. Das Simulationssystem wird anhand von außerhalb des Projekts bereits vorhandenen bzw. neu durchgeführten Experimenten des Projektpartners CEA/Leti evaluiert. Die wichtigsten Verwertungswege bestehen in der Kommerzialisierung über den Projektpartner GSS sowie in der Unterstützung von Bauelementeaktivitäten bei CEA/Leti. Weitere Partner sind neben dem Koordinator Fraunhofer IISB auch die Universität Glasgow, die Universität Erlangen-Nürnberg sowie die TU Wien. Der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente beteiligt sich in SUPERAID7 an der Weiterentwicklung von Programmen des IISB und der TU Wien zu einem integrierten dreidimensionalen Topographiesimulator.
     

  • Realisierung von Koppelkondensatoren für Betriebsspannungen über 1200V durch Integration von Parallelwiderständen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 15.02.2017
    Mittelgeber: Industrie
    Ziel der Kooperation ist es die bestehende Technologie zur Herstellung von monolithisch integrierten Kondensatoren in Silizium für Einsatzspannungen bis 600 V weiterzuentwickeln, so dass sich der Spannungsbereich in Richtung eines Einsatzes bei 1200 V vergrößern lässt. Zudem wird in dem Projekt untersucht, inwiefern eine monolithische Integration von Parallelwiderständen möglich ist, um Kondensatoren in Reihe schalten zu können. Zur Weiterentwicklung der Kondensatoren für 600 V, aber auch für 1200 V, sollte weiterhin auf die bewährten Technologien (Oberflächen- und Kapazitätsvergrößerung durch tiefe Löcher) und Materialien (Siliziumoxid und Siliziumnitrid als Dielektrikum) zurückgegriffen werden.
  • Eigenwertlöser für dünn besetzte Matrixprobleme: Skalierbare Software für Exascale-Anwendungen II (ESSEX-II)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: https://blogs.fau.de/essex/activities
    Das ESSEX-II-Projekt wird die in ESSEX-I entstandenen
    erfolgreichen Konzepte und Software-Entwurfsmuster für dünn
    besetzte Eigenlöser nutzen, um breit einsetzbare und skalierbare
    Software-Lösungen mit hoher Hardware-Effizienz für die
    Rechnerarchitekturen der nächsten Dekade zu entwickeln. Alle
    Aktivitäten werden an den traditionellen Schichten numerischer
    Softwareorganisation ausgerichtet: grundlegende Software-Bausteine
    (Kernels), Algorithmen und Anwendungen. Allerdings sind die
    klassischen Abstraktionsgrenzen zwischen diesen Ebenen in ESSEXII
    von starken integrierenden Komponenten durchbrochen:
    Skalierbarkeit, numerische Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und
    holistisches Performance- und Power-Engineering. Getrieben durch
    das Mooresche Gesetz und praktikablen Obergrenzen für
    Verlustleistung werden Rechnersysteme auch auf Knotenebene
    immer paralleler und heterogener, mit entsprechend erhöhter
    Komplexität des Gesamtsystems. MPI+X-Programmiermodelle
    können in flexible an solche Hardwarestrukturen angepasst werden
    und stellen einen Ansatz dar, den Herausforderungen dieser massiv
    parallelen, heterogenen Architekturen zu begegnen. Die Kernel-
    Schicht in ESSEX-II unterstützt folglich MPI+X, wobei X eine
    Kombination von Programmiermodellen ist, die die Heterogenität der
    Hardware zusammen mit funktionaler Parallelität und Datenparallelität
    effizient nutzt. Zusätzlich werden Möglichkeiten zum asynchronen
    Checkpointing, zur Erkennung und Korrektur stiller Datenfehler, zur
    Performance-Überwachung, und zur Energiemessung bereitgestellt.
    Die Algorithmen-Schicht nutzt diese Bausteine, um massiv parallele,
    heterogene und fehlertolerante Implementierungen der für die
    Anwendungsschicht relevanten Algorithmen zu entwickeln: Jacobi-
    Davidson-Eigenlöser, Kernel Polynomial Method und Tschebyschoff-
    Zeitpropagation. Diese können auf modernen Parallelrechnern
    optimale Performance und hohe Genauigkeit liefern.
    Implementierungen der Tschebyschoff-Filterdiagonalisierung,eines
    Krylov-Eigenlösers und des kürzlich vorgestellten FEAST-Algorithmus
    werden im Hinblick auf verbesserte Skalierbarkeit weiter entwickelt.
    Die Anwendungsschicht wird skalierbare Lösungen für konservative
    (hermitesche) und dissipative (nicht-hermitesche) Quantensysteme
    liefern, die durch physikalische Systeme in der Optik und Biologie und
    durch neue Materialien wie Graphen und topologische Isolatoren
    motiviert sind. In Erweiterung des Vorgängerprojektes hat ESSEX-II
    einen zusätzlichen Schwerpunkt im Bereich produktionsreifer
    Software. Obwohl die Auswahl der Algorithmen strikt von
    Anwendungsszenarien in der Quantenphysik motiviert ist, werden die
    zugrunde liegenden Forschungsrichtungen der algorithmischen und
    der Hardware-Effizienz, der Rechengenauigkeit und der
    Fehlertoleranz in viele Bereiche der rechnergestützten
    Wissenschaften ausstrahlen. Alle Entwicklungen werden von einem
    Performance-Engineering-Prozess begleitet, der rigoros
    Abweichungen von der optimalen Ressourcen-Effizienz aufdeckt.
  • EXASTEEL II - Bridging Scales for Multiphase Steels
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: http://www.numerik.uni-koeln.de/14079.html
    In EXASTEEL-2 arbeiten Experten für skalierbare iterative Löser, rechnergestütze Modellierung in den Materialwissenschaften, Performance Engineering und für parallele direkte Löser zusammen an neuen Algorithmen und Software für ein Grand-Challenge-Problem in den Materialwissenschaften. Es besteht ein zunehmender Bedarf an prädiktiven Simulationen des makroskopischen Verhaltens komplexer neuer Materialien. In EXASTEEL-2 wird dieses Problem für moderne mikroheterogene (Dual-Phasen-) Stähle betrachtet, um die makroskopischen Eigenschaften neuer Materialien aus denen auf der Mikroskale vorherzusagen. Es ist das Ziel, Algorithmen und Software für ein virtuelles Labor zu entwickeln, um in silico prädiktive Materialprüfungen vornehmen zu können. Ein Bottleneck ist der Rechenaufwand für die Multiskalenmodelle. Diese benötigen ausreichend genaue, mikromechanisch motivierte Modelle auf der kristallinen Skala. Daher werden in diesem Projekt neue ultra-skalierbare nichtlineare implizite Löser entwickelt und mit einem hochparallelen numerischen Homogenisierungsverfahren (FE^2) kombiniert, eng verflochten mit einem konsequenten Performance Engineering, um diese anspruchsvolle Anwendung eines virtuellen Labors zur Materialprüfung und zum Materialdesign zum Einsatz auf den zukünftigen Rechnerarchitekturen des Exascale-Computings zu bringen. Für die Materialwissenschaften erwarten wir einen stetigen Übergang von deskriptiven zu prädiktiven makroskopischen Simulationen und betrachten, nach unserem Wissen zum ersten Mal innerhalb eines numerischen Homogenisierungsverfahrens, die polykristalline Natur von Dual-Phasenstahl mit Korngrenzeneffekten auf der Mikroskala. Unsere Ziele könnten nicht erreicht werden, ohne auf die Algorithmen- und Software-Infrastruktur aus EXASTEEL-1 aufzubauen. In EXASTEEL-2 werden wir den Paradigmenwechsel von Newton-Krylov zu nichtlinearen Lösern (und ihre Komposition), der in EXASTEEL-1 begonnen wurde, vollständig vollziehen. Diese Verfahren zeichnen sich durch erhöhte Parallelität und reduzierte Kommunikation aus. Durch Kombination nichtlinearer Gebietszerlegungsverfahren mit Mehrgittermethoden wollen wir die Skalierbarkeit der resultierenden Algorithmen für nichtlinear Probleme noch einmal erheblich erhöhen. Obwohl wir hier eine spezielle Anwendung betrachten, werden die Algorithmen und die optimierte Software auch auf andere Probleme anwendbar sein: Nichtlineare implizite Löser sind essentieller Bestandteil vieler Simulationspakete. Bei der von uns verwendeten Software PETSc, BoomerAMG, PARDISO und FEAP handelt es sich um Softwarepakete mit einer großen Nutzerbasis. Die Weiterentwicklung dieser Softwarepakete ist explizit Bestandteil des Arbeitsprogramms dieses Projektes. Dieses Projekt behandelt daher Computational Algorithms (nichtlineare implizite Löser, numerische Homogenisierungsverfahren), Application Software und Programming (Performance Engineering, hybride Programmierung, Beschleuniger).
  • Multikriterielle Berechnung optimaler Zusammensetzungen einkristalliner Superlegierungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Ein neue Generation einkristalliner Superlegierungen: Vom Atom zur Turbinenschaufel – Festigkeitssteigernde Elementarprozesse, verfahrenstechnische Grundlagen u. skalenübergreifende Modellierung
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2019
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    URL: http://www.sfb-transregio103.de/
    A new numerical tool will be explored that supports the experimental alloy developer in defining new compositions with potential for high strength. Starting with a composition space that is defined by the developer based on his metallurgical experience and his design goals, the numerical tool will propose the most promising compositions. The research program will on the one hand address open questions regarding the mathematical optimization in this application and on the other hand new models for predicting the relevant material properties.
  • Eine hybride Sampling-Stochastische-Finite-Element-Methode für polymorphe, mikrostrukturelle Unsicherheiten in heterogenen Materialien
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1886: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.03.2020
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens auf der Methodenseite ist es, eine vom Rechenaufwand handhabbare numerische Methode zu etablieren, die es erlaubt, polymorphe Unsicherheiten in großdimensionierten Problemen (die z.B. im Rahmen der numerischen Analyse der Mikrostruktur heterogener Materialien entstehen) zu erfassen. Dazu wird die Methode auf der einen Seite unscharfe Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Zufallsparameter (die die Geometrie der Mikrostruktur beschreiben) berücksichtigen und auf der anderen Seite wird die Methode nur auf wenigen reduzierten Basismoden beruhen. Diese Bausteine werden es ermöglichen, zusätzlich zu epistemischen auch aleatorische Unsicherheiten in einer numerisch zugänglichen Art und Weise zu behandeln.Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens auf der Anwendungsseite ist es, ein nicht-deterministisches, makroskopisches Materialmodel zu etablieren. Das Model wird einerseits der Heterogenität der dem Material zugrundeliegenden Mikrostruktur durch numerische Homogenisierung Rechnung tragen und andererseits polymorphe Unsicherheiten in der Geometriebeschreibung der Mikrostruktur erfassen. Das so formulierte nicht-deterministische, makroskopische Materialmodel stellt somit den notwendigen Startpunkt für den Entwurf makroskopischer Ingenieurstrukturen unter Berücksichtigung polymorpher Unsicherheiten in der Beschreibung der, heterogenen Materialien zugrundeliegenden, Mikrostruktur dar.
  • Stabilisierung von Elementen in hohen Koordinationszahlen: Topo-strukturelle Auswirkungen auf die Festigkeit von Gläsern
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1594: Topological Engineering of Ultra-Strong Glasses
    Laufzeit: 01.01.2016 - 01.01.2019
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Die Glastopologie beschreibt die Anordnung von Strukturelementen im Glas über kurze und mittlere Längenskalen und neueste Entwicklungen in der Constraint-Theorie erlaubten es, mechanische Eigenschaften einiger Glassysteme erfolgreich vorherzusagen. In diesem Projekt soll die tatsächliche Topologie von Glasnetzwerken durch Kombination komplementärer Methoden charakterisiert werden: Moderne Festkörper-NMR-Spektroskopie soll nicht nur eingesetzt werden, um durch Einsatz etablierter MAS-NMR- und MQMAS-NMR-Methoden die lokalen Strukturmotive (1 - 2Å: Natur der Netzwerkpolyeder, Bindungsverhältnisse, lokale Symmetrie) aufzuklären. Vielmehr sollen in einem zweiten Schritt auch die Frage beantwortet werden, wie sich die identifizierten Netzwerkpolyeder miteinander verknüpfen und letztendlich das ausgedehnte dreidimensionale Netzwerk ausbilden. Hier stehen seit einigen Jahren eine Vielzahl neuentwickelter Methoden zur Ermittlung der homo- und heteronuklearen Dipolkopplungen, sowohl durch den Raum als auch vermittelt über Bindungen, zur Verfügung. Als zusätzliche Methoden werden die Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (XANES), die weiteren Einblick in die Verknüpfung der Polyeder gibt, sowie Infrarot- und Raman-Spektroskopie eingesetzt.Es sollen zwei Glassysteme, die aus den Hauptkomponenten Al2O3-SiO2-P2O5 bestehen, untersucht werden, Silico-(alumo-)phosphatgläser sowie (Phospho-)alumosilicatgläser. In beiden Systemen soll der Einfluss von hohen Koordinationszahlen, insbesondere SiO6 in Phosphosilicaten und AlO5 und AlO6 in Alumosilicaten (wobei in letzterem System die hohen Koordinationszahlen durch Anwesenheit zusätzlicher Ionen hoher Feldstärke stabilisiert werden). Glassysteme mit geringen Konzentrationen an Trennstellensauerstoffen und somit hauptsächlich kovalenten Bindungen zeigen üblicherweise erhöhte Festigkeit. Die Kombination mit lokal erhöhten Koordinationszahlen sollte allerdings durch erhöhte Packungsdichten vorteilhaft sein, wenngleich dies vermutlich davon abhängt, ob die erhöhten Koordinationszahlen einen erhöhten ionischen Bindungscharakter (Al) nach sich ziehen oder nicht (Si). Die erhaltenen Ergebnisse zur tatsächlichen Topologie auf kurzen und mittleren Längenskalen werden mit Ergebnissen von mechanischen Untersuchungen mittels instrumentierter Mikro- und Nano-Eindringversuche, Brillouin-Spektroskopie und (in Kooperation) mechanischen in situ-Testverfahren kombiniert. Dabei besteht das Ziel nicht nur darin, makroskopische Größen wie Elastizitätsmodul, Rissbeständigkeit, Bruchzähigkeit und Härte mit der Glastopologie auf kurzen und mittleren Längenskalen zu korrelieren, sondern auch den Weg zu Gläsern mit maßgeblich erhöhter Festigkeit zu ebnen.
  • Strukturoptimierende Identifikation nichtlinearer Systeme mittels elitärer Partikelfilterung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.07.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die Identifikation realer physikalischer und technischer Systeme ist eine klassische Grundaufgabe der statistischen Signaltheorie, bei der zunehmend auch nichtlinear in den Koeffizienten variierende gedächtnisbehaftete Modelle (im Folgenden: gedächtnisbehaftete NIK-Modelle) als neue Herausforderung betrachtet werden. Relevant sind solche Modelle insbesondere für elektromagnetische und elektroakustische Wandler im nichtlinearen Betrieb (z.B. Hysterese, Übersteuerung). Ausgehend von eigenen und anderen Vorarbeiten erscheint es sehr vielversprechend, Methoden für eine strukturoptimierende Systemidentifikation mit gedächtnisbehafteten NIK-Modellen anzustreben, bei der neben den Modellkoeffizienten gleichzeitig auch die zugrunde liegenden Strukturparameter (z.B. Modellordnung) optimiert werden. In diesem Projekt soll gezeigt werden, dass das unlängst von den Antragstellern veröffentlichte generische EPFES (engl. Elitist Particle Filter based on Evolutionary Strategies)-Verfahren entscheidende Anforderungen an ein solches Systemidentifikationsverfahren erfüllt um den Stand der Forschung signifikant voranzubringen. Anders als klassische Methoden, die auf linearisierten Modellen oder lokalen Optimierungsverfahren basieren, kombiniert das EPFES-Verfahren grundlegende Methoden des maschinellen Lernens und der genetischen Algorithmen, um Koeffizienten als Zufallsvariablen zu modellieren und deren Realisierungen (sog. Partikel) basierend auf Langzeitfitnesswerten zu evaluieren. Das EPFES-Verfahren wurde bisher für zeitvariante gedächtnislose Nichtlinearitäten verifiziert und soll in diesem Antrag sowohl konzeptionell verallgemeinert als auch mit Modell- und Strukturoptimierung kombiniert werden, um eine universelle Identifikation gedächtnisbehafteter NIK-Modelle zu erreichen. In Arbeitspaket 1 gilt es daher das dem EPFES-Ansatz zugrunde liegende, heuristisch motivierte Partikel-Evaluationsverfahren durch die Einbeziehung der Erkenntnisse benachbarter Forschungsgebiete (z.B. Partikelschwarmoptimierung) zu verbessern und schließlich gedächtnisbehaftete Modelle basierend auf neuronalen Netze (z.B. mit Rückkopplungen) zu identifizieren. In Arbeitspaket 2 soll zur Modelloptimierung physikalisches Vorwissen über den Ansatz der Significance Awareness in die EPFES-basierten Verfahren einfließen. In Arbeitspaket 3 werden zur weiteren Strukturoptimierung konkurrierende Modellinstanzen kombiniert. Abschließend soll das bis dahin entwickelte Verfahren auf die mehrkanalige Systemidentifikation übertragen und in unterschiedlichen Transformationsbereichen (z.B. im Wellenbereich) untersucht werden. Die experimentelle Verifikation der neu entwickelten Verfahren soll sich wegen der besonders herausfordernden Signaleigenschaften, aber auch wegen der praktischen Relevanz und der relativ leicht messbaren Signale, auf Aufgabenstellungen der akustischen Signalverarbeitung konzentrieren.
  • Nanometerpräzise und multifunktionale Porenfunktionalisierung durch Benetzungssteuerung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 31.08.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Mehrfachfunktionalisierung jeder einzelnen nanometer-großen Pore in einer inversen Monolage durch benetzungsgesteuerte Funktionalisierung und deren in-situ Detektion auf Basis von lokalen Plasmonen.Die möglichst präzise Nanostrukturierung von Oberflächen ist in den letzten Jahren mit zunehmender Intensität untersucht worden. Die erzeugten Strukturen können als Masken verwendet werden, um weitere Nanostrukturen aus unterschiedlichen Materialien zu generieren. Diese können anschließend selektiv mittels spezifischen Ankergruppen funktionalisiert werden. Typische Beispiele hierfür ist die Selbstorganisation funktioneller Molekülmonolagen auf Gold und oxidischen Oberflächen mittels Thiol- bzw. Silanchemie. Eine nanoskalig kontrollierte Positionierung mehrerer verschiedener chemischer Funktionen ist mit bekannten Prozessen zurzeit allerdings nicht möglich. Meist liegt die Limitierung darin, dass die chemische Funktionalisierung auf Basis der Oberflächenchemie direkt von der vorher generierten Struktur abhängt. Eine mögliche Erweiterung zugänglicher Oberflächenfunktionen, so unsere Hypothese, ist über das Ausnutzen lokaler Benetzungsphänomene möglich. In dem hier beantragten Projekt soll daher eine Strategie entwickelt werden, die es erlauben soll, lokal die Benetzung von nanostrukturierten, porösen Oberflächen einzustellen und mittels dieser Kontrolle unterschiedliche chemische Funktionen mit nanoskaliger Präzision auf Oberflächenstrukturen aus gleichem Material abzuscheiden und dabei trotzdem relativ große Flächen zu funktionalisieren. Konkret beabsichtigen wir, inverse Monolagen mit mindestens drei unterschiedlichen chemischen Funktionen/ Polymeren pro Pore zu versehen. Die typischerweise aus Siliziumdioxid bestehenden Poren sollen durch thermische Bedampfung weiter funktional vorstrukturiert werden: Es sollen so auf der äußeren Oberfläche und dem Porenboden gezielt Gold-Nanostrukturen entstehen. Die Benetzungseigenschaften dieser Hybrid-Strukturen sollen dann durch die Wahl des Porenöffnungswinkels und der Oberflächenchemie des Siliziumdioxids eingestellt werden. Dabei wird erwartet, dass die plasmonischen Goldstrukturen auf der äußeren Oberfläche und am Porenboden ein lokal aufgelöstes, direktes Auslesen von Funktionalisierung oder Analyt-Anbindung durch die Verschiebung der entsprechenden plasmonischen Resonanzen erlauben. Hier wird die Optimierung der jeweiligen Goldstrukturen auf ihre plasmonischen Eigenschaften, unter Zuhilfename von Simulationen, eine wichtige Rolle spielen. Langfristig erwarten wir uns von solchen Strukturen, mit mindestens drei unterschiedlichen funktionalen Regionen in einer nanoskaligen Pore und einer lokal aufgelösten Ausleseoption, direkte Informationen über Polymerisationsverläufe und Ligandenanbindung in einem räumlichen Confinement sowie interessante Anwendungsmöglichkeiten dieser nanoskalig multifunktionalen Poren im Bereich der Lab-on-Chip Devices und µ-Elektronik.
  • Privacyfreundliches Speichern in der Cloud (B04)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 1223: Methoden und Instrumente zum Verständnis und zur Kontrolle von Datenschutz
    Laufzeit: 01.01.2016 - 01.01.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    Moderne Cloudspeicher bergen Risiken für die Privatsphäre sowohl der Datenbesitzer als auch der Datennutzer. Wie lässt sich eine feingranulare Zugangskontrolle realisieren, ohne die Zugriffsmuster zu offenbaren? Wie können Datennutzer unterstützt werden, ohne die Identität von Datenbesitzern zu offenbaren? Wir untersuchen datenschutzwahrende ausgelagerte Datenbanken mit multiplen Datenbesitzern und ¿nutzern. Dazu gehören geeignete Datenschutzkonzepte, kryptographische Primitive, die diese Konzepte unterstützen, Nutzerzugriff durch Auswertung dedizierter Funktionen auf (verschlüsselten) Daten, Trade-Offs zwischen Datenschutz und Funktionalität, sowie minimale kryptographische Annahmen. Wir werden die Anwendung unserer Techniken im Kontext von ¿Public Logs¿ erforschen.
  • Automatische Erkennung von Wettlaufsituationen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2016 - 01.01.2019
    URL: http://www2.informatik.uni-erlangen.de/research/AuDeRace/
    Große Softwareprojekte, an denen hunderte Entwickler arbeiten, sind schwer zu überblicken und enthalten viele Fehler. Zum Testen solcher Software haben sich automatisierte Tests bewährt, die Teilbereiche der Software (Unit-Tests) oder die komplette Software (Systemtest) testen und Fehler reproduzierbar erkennen können. Dieses Vorgehen funktioniert gut bei sequentiellen Programmen, die ein deterministisches Verhalten aufweisen. Moderne Software enthält jedoch vermehrt Parallelität. Durch diese Nebenläufigkeit treten etliche neue, teils schwer zu lokalisierende, Fehler auf, die nicht mehr durch herkömmliche Testverfahren sicher detektiert werden können. Dazu gehören vor allem Verklemmungen und gleichzeitige Zugriffe auf die selbe Speicherstelle. Ob ein solcher Fehler auftritt, hängt von dem konkreten Ausführungsplan der Aktivitätsfäden ab. Dieser unterscheidet sich jedoch bei jeder Ausführung und ist auch stark von dem darunterliegenden System abhängig. Somit treten entsprechende Fehler normalerweise nicht bei jedem Testlauf auf, je nach Testsystem sogar niemals. Aus diesem Grund sind die herkömmlichen Testverfahren nicht mehr ausreichend für moderne, nebenläufige Software.
    In dem Projekt AuDeRace werden Verfahren entwickelt, die Nebenläufigkeitsfehler reproduzierbar, effizient und mit möglichst geringen Aufwand für Entwickler erkennen können. Unter anderem wird eine Technik entwickelt, die es ermöglicht, Tests um einen Ablaufplan zu erweitern, durch den die Ausführung weiterhin deterministisch bleibt. Ein weiteres generelles Problem an Tests bleibt dabei aber bestehen: Der Entwickler muss sich zunächst Testfälle überlegen und diese anschließend implementieren. Insbesondere im Kontext von Parallelität ist es aber extrem schwer, sich das Verhalten von Programmen vorzustellen und problematische Stellen zu identifizieren. Deshalb sollen kritische Stellen automatisiert erkannt werden, bevor überhaupt entsprechende Tests geschrieben wurde. Es existieren bereits Ansätze, potentiell kritische Stellen zu detektieren, allerdings werden dabei entweder sehr viele fälschliche Warnungen generiert oder die Analyse ist immens zeitintensiv. Ziel dieses Projektes ist es, durch eine geeignete Kombination aus statischer und dynamischer Analyse, die Anzahl an falschen Erkennungen zu reduzieren, bzw. langsame Analysen zu beschleunigen, sodass die Verfahren nicht nur in kleinen Testbeispielen funktionieren, sondern auch komplexe Softwareprojekte effizient analysieren können.

    Im Jahr 2016 wurden bestehende Ansätze und Programme auf ihre Tauglichkeit untersucht. Dabei wurde ein vielversprechendes Verfahren ausgemacht, das mithilfe von Model Checking und vorgegebenen Bedingungen Ablaufpläne konstruiert, die ungewolltes Verhalten erzeugen. Allerdings zeigten die Ergebnisse ein deutliches Problem hinsichtlich eines produktiven Einsatzes, da in sinnvoller Zeit nur sehr kleine Programme analysiert werden konnten. Daher beschäftigte sich das Projekt damit, die Programme um möglichst viele Anweisungen zu kürzen, die nichts mit den gesuchten Wettlaufsituationen zu tun haben. Dadurch sollen spätere Analysen beschleunigt werden.

    Im Jahr 2017 wurden die Untersuchungen zur automatischen Reduktion von Programme weitergeführt.  Außerdem wurde erforscht, ob sich die existierende Technik des Mutationstestens auch auf nebenläufige Programme erweitern lässt. Die Ergebnisse zeigen, dass es durchaus möglich ist, Tests für eine parallele Software qualitativ zu bewerten. Allerdings muss teilweise auf Heuristiken zurückgegriffen werden, um auch größere Projekte in vertretbarer Zeit bewerten zu können.

    Das Projekt stellt einen Beitrag des Lehrstuhls Informatik 2 zum IZ ESI (Embedded Systems Initiative, http://www.esi.fau.de/ ) dar.

  • Thema Inner Source Beratung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2015 - 30.06.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Messtechnische Erfassung des Strahlaufbruchs von Diesel-Sprays im Düsennahbereich
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2015 - 30.11.2017
    Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen
  • Arbeiten im Bereich Elektrostatische Abscheidungen in verbindung mit Polymerpartikel sowie Prozessentwicklung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2015 - 30.09.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Untersuchungen zur Charakterisierung von Mikroemulsionen mittels Dynamischer Lichtstreuung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2015 - 31.03.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Erstellung und Auslegung von Gaszentrifugenanordnungen zur Abtrennung von C-14 Kohlenmonoxid und C-12 Kohlendioxid
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2015 - 31.03.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Automobilsensorik@ESI
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: ESI-Anwendungszentrum für die digitale Automatisierung, den digitalen Sport und die Automobilsensorik der Zukunft
    Laufzeit: 05.10.2015 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    URL: https://cs12.cms.rrze.uni-erlangen.de/forschung/projekte/automobilsensorikesi
    Das ESI-Anwendungszentrum bietet im Lab Automobilsensorik@ESI mit seinem disziplinübergreifenden Zusammenschluss unterschiedlicher Kompetenzen ausgezeichnete Voraussetzungen, um eingebettete Systeme im Bereich Automotive voranzutreiben. Sensortechnologien zur Erfassung des Fahrzeugumfelds und -zustands ermöglichen u.a. die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Außerdem können die entwickelten Techniken auch in den Bereichen fahrerlose Transportfahrzeuge, Landmaschinen oder öffentlicher Nah- und Fernverkehr eingesetzt werden. Die Fusion unterschiedlicher Sensorverfahren im Rahmen der Arbeiten im ESI-Anwendungszentrum gestattet es, die Schwächen der einzelnen Technologien zu kompensieren und damit möglichst leistungsfähige Gesamtsysteme zu erzielen. Um zudem kostengünstige Lösungen zu ermöglichen, soll darüber hinaus erarbeitet werden, wie diese möglichst optimal in das Gesamtsystem Automobil integriert werden können. Das disziplinübergreifende Lab Automobilsensorik@ESI hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, einen ganzheitlichen Lösungsansatz im Bereich eingebettete Systeme zu erreichen. Dank der Einbettung des Labs Automobilsensorik@ESI in das gesamte ESI-Anwendungszentrum können außerdem Synergien zu Anwendungen im Bereich Fitness und Sport sowie digitaler industrieller Automatisierung ausgenutzt werden, da auch dort die Umfelderfassung eine wichtige Rolle spielt.
  • Precepetation process in Al-Mg-Si-Mn casting alloys
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2015 - 30.09.2017
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    With Al-Mg-Si-Mn casting alloys with compositions inside of the pseudobinary section of the subsequent ternary phase diagram, the effect of Zn, Ti, Sc and Ag additions on the precepetation of nanoparticels in as-cast and heat-treated conditions as well as mechanical properties under different conditions (as-cast, solution treated, quenched andaged) will be studied. Despite of the established foundry practce of several Al-Mg-Si-Mn and Al-Zn-Mg casting alloys subjected to high pressure die casting only little research was done either on structure formation or strengthening mechanisms of these alloys and mechanical properties that can be achieved after additional alloying.

    In frame of this project as cast conditions of AlMg5Si2Mn alloyed by Zn, Ti, Sc and Ag will be investigated paying attention to precipitates formed in solid solution matrix prior to heat treatment and changes of mechanical properties from as-cast state to age hardened.

  • Deterministische und Stochastische Kontinuumsmodelle der Versetzungsmusterbildung
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1650: Dislocation based Plasticity
    Laufzeit: 01.10.2015 - 30.09.2018
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Ziel dieses Projekts ist es zu verstehen, wie raum-zeitliche Fluktuationen der Versetzungsflüsse zur Bildung inhomogener Versetzungsanordnungen wie beispielsweise Versetzungszellstrukturen führen können (Versetzungsmusterbildung), und wie umgekehrt das Auftreten von Versetzungs-mustern die Versetzungsflüsse beeinflusst und neue, emergente Längenskalen in die Versetzungsdynamik einbringt. Zur Analyse der wechselseitigen Dynamik von Versetzungs-mustern und Versetzungsflüssen/plastischem Fließen verwenden wir die im Rahmen von DFG-FOR1650 in den letzten drei Jahren entwickelte entwickelte Kontinuumsversetzungsdynamik CDD. Wir untersuchen die folgenden Fragestellungen: (i) Können die Gleichungen der CDD erklären, wie sich aus kleinen Anfangsfluktuationen der Versetzungsdichte im Materialvolumen in spontaner Weise heterogene Versetzungsstrukturen bilden, wenn wir annehmen, dass die Versetzungsflüsse von der Versetzungsmikrostruktur in deterministischer Weise abhängen? (ii) Wie können wir die großen Fluktuationen der Versetzungsflüsse, welche eine intrinsische Eigenschaft plastischer Fließvorgänge darstellen, in den CDD-Formalismus einbauen? Begünstigen diese Fluktuationen die Versetzungsmusterbildung, oder wirken sie lediglich als Rauschen, das die Bildung geordneter Muster behindert? (iii) Welche Faktoren bestimmen die Bildung von Versetzungsmustern oder deren Fehlen in kleinen Proben oder geometrisch begrenzten Volumina, wie also steht die emergente Längenskala der Versetzungsmuster in Beziehung zu Längenskalen, die der Versetzungsdynamik äußerlich sind, also zu Phasenmikrostruktur, Korngröße und Probengröße?
  • MotionLab@Home: Multimodales Bewegungsanalysesystem zum Therapiemonitoring
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: E-Home-Center
    Laufzeit: 01.10.2015 - 31.12.2016
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013) / Forschungsverbund
    In den letzten Jahren wurde das instrumentierte Bewegungsanalysesystem eGaIT („eingebettete Ganganalyse mit intelligenter Technologie“) als objektive Diagnostikunterstützung der Therapie des Morbus Parkinson entwickelt. Dieses System basiert auf der objektiven Messung der typischen Veränderungen des Gangbildes von Parkinson-Patienten durch an beiden Schuhen angebrachter inertial-magnetischer Sensorik (Akzelerometer, Gyroskop, Magnetometer). Eine Herausforderung stellt der Transfer des klinisch-stationären Einsatzes in die häuslich-ambulante Umgebung der Patienten dar (Homemonitoring), um die medizinisch relevanten Bewegungsveränderungen während des Alltags zu erfassen, vorhandene „Blindzeiten“ (bei denen der Arzt den Patienten nicht sieht) zu reduzieren und den Effekt von Therapieanpassungen bzw. Krankheitsfortschritt bei dem Patienten früher zu erkennen und objektiv zu bewerten.

    Das Gesamtziel des Projektes ist der Aufbau eines komplementären, video-basierten Systems zur Evaluierung und Verbesserung des Langzeit-Therapiemonitorings bei Morbus Parkinson durch sensor-basierte Bewegungsanalyse im häuslichen Umfeld auch unter Betrachtung ethischer Aspekte während der Systementwicklung.

  • Effect of 4500bar injection pressure and super-critical phase change of surrogate and real-world fuels enriched with additives and powering Diesel engines on soot emissions reduction
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: IPPAD
    Laufzeit: 01.09.2015 - 31.08.2019
    Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)
  • Geometrical Product Specification and Verification as toolbox to meet up-to-date technical requirements
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.09.2015 - 31.08.2018
    Mittelgeber: Erasmus+
  • Untersuchungsprogramm der Metalllegierung STAL15SX
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2015 - 31.07.2018
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Softwareinfrastruktur betriebsmittelbeschränkter vernetzter Systeme (Phase 2)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1508: Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme
    Laufzeit: 01.08.2015 - 31.07.2018
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Im Kontext der Gesamtvision der Forschergruppe BATS ist es das Ziel des Teilprojekts ARTE (adaptive run-time environment, TP 2) eine flexible Systemsoftwareunterstützung zu entwickeln. Diese soll es ermöglichen, für die Verhaltensbeobachtungen von Fledermäusen (TP 1) verteilte Datenstromanfragen (TP 3) auf einem heterogenen Sensornetzwerk (TP 4), bestehend aus stationären (TP 5) und mobilen (TP 7) Sensornetzwerkknoten, zu etablieren. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die knappen Ressourcen dar, im speziellen Speicher und Energie, sowie die wechselhafte Konnektivität der nur 2 g schweren mobilen Knoten. In Anbetracht dieser vielfältigen und teilweise konfligierenden Anforderungen soll ARTE in Form einer hochkonfigurierbaren Softwareproduktlinie realisiert werden. Ziel ist es, sowohl die unterschiedlichen funktionalen Anforderungen zwischen mobilen und stationären Knoten zu unterstützen, als auch wichtige nichtfunktionale Eigenschaften, wie niedriger Speicherverbrauch und Energieeffizienz. Entsprechend soll schon bei der Entwicklung von ARTE der Konfigurationsraum werkzeuggestützt und gezielt auf nichtfunktionale Eigenschaften untersucht werden, um gemäß der Anforderungen an das Projekt später im Einsatz eine optimierte Auswahl von Implementierungsartefakten zu bieten. Dabei ist explizit die dynamische Anpassbarkeit von Anwendungs- wie auch von Systemfunktionen zu berücksichtigen. Auf funktionaler Ebene wird ARTE Systemdienste in Gestalt einer Middleware bereitstellen, die Anpassung und Erweiterung zur Laufzeit unterstützt und auf Datenstromverarbeitung zugeschnitten ist, um eine ressourceneffiziente und flexible Ausführung von Datenstromanfragen zu ermöglichen.
  • Meso- und makroskopische Modellierung, Simulation und numerische Homogenisierung des Materialverhaltens metallischer Werkstoffe in der additiven Fertigung
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2015 - 30.06.2019
    Mittelgeber: DFG - Sonderforschungsbereiche
    URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/projekte/c-bauteile/teilprojekt-c5.shtml
    Thermo-mechanische FE-Simulation der Abkühlung einer typischen Mesostruktur aus im SEBM-Verfahren gefertigten TiAl6V4 von 1700 C° bis 900 C°. Ausgehend von einem spannungsfreien Zustand sind von links oben nach rechts unten die v.Mises Vergleichspannungen im Temperaturintervall von 1600 C° bis 900 C° exemplarisch dargestellt.

    Werden metallische Pulver als Ausgangsmaterial in strahlbasierten Fertigungsverfahren eingesetzt, so ist die resultierende Mesostruktur des erstarrten Materials, d.h. die Geometrie (Gestalt, Größe) der Kristallkörner und deren Orientierung (Textur), stark von der Richtung und Größe des Temperaturgradienten an der Erstarrungsfront abhängig. Das Ziel dieses Teilprojekts ist die kontinuums-thermo-mechanische Modellierung und Simulation des Materialverhaltens unter Berücksichtigung der prozess-induzierten Mesostruktur. Dazu wird auf der Mesoskala eine gradienten-erweiterte Kristall-Plastizitätsformulierung eingesetzt und die mesoskopischen Größen werden mit Hilfe numerischer Homogenisierung, sowohl für das isotherme Gebrauchsverhalten nach dem Prozess als auch für den Abkühlvorgang während des Prozesses, der in Eigenverzerrungen und zugehörigen Eigenspannungen resultiert, auf die Makroskala transferiert.

  • Alternative erneuerbare Kraftstoffe aus Kunststoffabfall und ihre Verbrennungs- und Emissionseigenschaften in der Dieselmotorischen Verbrennung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2015 - 30.06.2017
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Spieldatenbasierte Leistungsindikatoren im Profifußball
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 08.06.2015 - 22.02.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Parallelisierung und Ressourcenabschätzung von Algorithmen für heterogene FAS-Architekturen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2015 - 30.04.2018
    Mittelgeber: Industrie
    URL: http://www.ini.fau.de/
    Mit dem Institut INI.FAU geht die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg neue Wege in Forschung und Lehre. Gemeinsam mit der AUDI AG entsteht am Standort Ingolstadt ein regionales Kompetenzzentrum, das dem wissenschaftlichen Nachwuchs einmalige Arbeitsbedingungen bietet, um theoretisches Wissen für die Praxis anwendbar zu machen. Ziel ist es vor allem, Fahrerassistenzsysteme (FAS) durch neue Methoden in der Parallelisierung und Ressourcenabschätzung weiter zu entwickeln.
  • Koinduktion und Algebra in der Axiomatisierung von Systemäquivalenz
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2015 - 01.05.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Ein wichtiges Problem im Bereich der Spezifikation und Verifikation sowohl sequentieller als auch paralleler Programme ist die Prüfung von Programmäquivalenz. Während Programmäquivalenz im Allgemeinen unentscheidbar ist (z.B. für Turing-vollständige Sprachen), lässt sich Entscheidbarkeit für geeignet abstrahierte Ausdruckssprachen, die nur Teilaspekte des Programmverhaltens beschreiben, wieder herstellen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind reguläre Ausdrücke, die lediglich den Kontrollfluss eines sequentiellen Programms beschreiben und deren Äquivalenz PSPACE-vollständig ist. Für Systeme mit endlichem Zustandsraum gibt es neuerdings generische Verfahren, die ein Ausdruckskalkül mit entscheidbarer Äquivalenz aus dem Systemtyp ableiten; diese liefern z.B. das o.g. Ergebnis für reguläre Sprachen als Spezialfall. Das Ziel von COAX ist die Entwicklung von Ausdruckssprachen, Beweiskalkülen und Algorithmen für die Äquivalenz von Systemen, deren Zustandsraum zwar unendlich, aber finitär ist, d.h. eine endliche algebraische Präsentation hat. Zum Beispiel ist der Zustandsraum eines gewichteten Automaten ein endlich dimensionaler Vektorraum über einem Körper; er ist somit im Allgemeinen unendlich, hat aber eine endliche Präsentation durch seine Basis. Wie schon o.g. Resultate über endliche Systeme werden unsere Arbeiten auf dem Prinzip der universellen Koalgebra basieren, die große Klassen zustandsbasierter Systeme, neben klassischen (nicht)deterministischen Automaten z.B. auch gewichtete, probabilistische und spieltheoretische Systeme, in einer vereinheitlichten Sicht behandelt. Die geplante Entwicklung kombiniert und erweitert verschiedene aktuelle Forschungsrichtungen: Turi und Plotkins mathematische operationelle Semantik; die von Rutten et al. initiierte koalgebraische Vereinheitlichung automatentheoretischer Konstruktionen; die von Pattinson und einem der Antragsteller (Schröder) entwickelte koalgebraische Logik der Prädikatenliftings; Silvas koalgebraische Ausdruckskalküle für Mengenfunktoren; und die von einem der Antragsstellers (Milius) und Koautoren eingeführte generische Semantik finitärer Systeme. Wir werden hierbei über allgemeinen algebraischen Kategorien arbeiten und somit über den bisher üblichen rein mengentheoretischen Ansatz hinausgehen. Damit erhalten wir generische Sprachen und koinduktive Methoden für automatische Äquivalenzbeweise über finitären Systemen mit entsprechend strukturierten Zustandsräumen. Diese generischen Resultate werden für wichtige konkrete Systemtypen instanziiert: arbeitet man z.B. über Halbverbänden, Moduln über Semiringen oder positiv konvexen Algebren, erhält man Verifikationsmethoden für verschiedene Typen nichtdeterministischer, gewichteter bzw. probabilistischer Systeme; über Prägarben oder nominalen Mengen erhält man Sprachen mit Bindungs- und Kommunikationsoperationen für Variablen bzw. Namen, bis hin zum pi-Kalkül.

     

  • Cloud Migration und Vergleich
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 13.04.2015 - 17.07.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Mobile Zeiterfassung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 13.04.2015 - 17.07.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Automated Spice Treacibility
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 13.04.2015 - 17.07.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Personalfragebogen 2.0
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 13.04.2015 - 17.07.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Croud Trip!
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 13.04.2015 - 17.07.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Digital Sports Bavaria: Implementierung und Validierung innovativer Cyber Physical Systems und Human Computer Interaction Konzepte für zukünftige Wearable Computing Trends in Sport und Fitness
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2015 - 31.03.2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Die Digitalisierung findet immer mehr Einzug in das tägliche Leben. Dies gilt auch für den Bereich von Sport und Fitness: Wearables, heutzutage vor allem Schrittzähler oder Aktivitätstracker, unterstützen den Menschen durch individuelle Förderung der Gesundheit und Verbesserung der Fitness. Diese Wearables stellen zwar durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten einen gewinnbringenden Zukunftsmarkt dar, haben aber aktuell folgende Nachteile.

    Auf dem Markt befinden sich überwiegend herausnehmbare Sensoren in Kleidungsstücken, was zu einer fehlerhaften Benutzung führt. Das System kann beispielsweise falsch angebracht werden, so dass Bewegungsmuster von Schritten eine der Norm abweichende Form aufweisen und für die weitere Datenverarbeitung eine Herausforderung darstellen.

    Der Fokus liegt in der Signalanalyse auf der Klassifikation einer Bewegung, z.B. Erkennung von Schritten. In vielen Anwendungen spielt jedoch die Qualität einer Bewegung eine entscheidende Rolle. Die Ausführung eines Schrittes beispielsweise liefert Aussagen über den Gesundheitszustand einer Person.

    Die Benutzerschnittstellen sind eher einfach gehalten und beschränken sich auf Text- und/oder Grafikausgabe auf einem mobilen Gerät oder PC, z.B. Anzahl der Schritte an einem Tag und Verlauf über eine Woche. Für einen langfristigen Erfolg von Systemen ist jedoch in der heutigen Zeit ein innovativer Ansatz hinsichtlich der Benutzerschnittstellen sehr wichtig.

    Wearables kommunizieren hauptsächlich mit mobilen Geräten, z.B. einem Smartphone oder einem PC. Die Daten werden zur Speicherung und nachträglichen Anzeige über einen Webbrowser an einen Server geschickt. Diese Systemarchitektur wird als Wireless Sensor Network bezeichnet. In vielen Anwendungen reichen diese einfachen Systemarchitekturen nicht aus. Der Nutzer zahlt zudem meist einen festen Betrag für das komplette System, unabhängig von der Nutzung von z.B. Server und Dienstleistungen. Für aufwendigere Algorithmen und eine ortsungebundene Anwendung des Systems müssen andere Systemarchitekturen verwendet werden. Rechenintensive Algorithmen zur Schrittsegmentierung, die z.B. mit einem Abgleich mit Schritten und Statistiken einer Datenbank kombiniert werden, sollten direkt auf einem entfernten zentralen Server ausgeführt werden. Es wird zudem ein Zahlsystem abhängig von der Nutzung von Server und Dienstleistungen bevorzugt.

    Ziel des Projektes ist es, eine generische Plattformlösung für zukünftige Wearable Computing Trends in Sport und Fitness zu entwickeln, die folgende vier Eigenschaften besitzt: (i) ständige Verfügbarkeit durch fest in die Kleidung integrierte Sensorik realisiert mittels e-textiles (Sensorintegration), (ii) intelligente und flexibel anpassbare Sensorauswertung für eine detaillierte Analyse komplexer Bewegungsmuster, die weit über eine Klassifikation hinausgeht (Signalanalyse), (iii) Schaffung innovativer Benutzerschnittstellen (Human Computer Interaction) und (iv) Erweiterung der Systemarchitektur von Wireless Sensor Networks mit einer Kombination von Methoden des Cloud Computings (Cyber Physical Systems).

  • E|Home-Center: HomeORC – Mikro-KWK mit Organic Rankine Cycles
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: E-Home-Center
    Laufzeit: 01.04.2015 - 30.03.2018
    Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/homeorc/
    Ein wichtiger Bestandteil auf dem Weg zur Energiewende in Deutschland ist die Dezentralisierung der Energieerzeugung. Dies gelingt nur durch den Großflächigen Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, kurz KWK, welche die Erzeugung von Nutzwärme und elektrischer Energie vereinen und somit eine maximale Ausnutzung der eingesetzten Ressourcen ermöglichen.

    In der Praxis existieren dazu verschiedenste Anlagenkonzepte. Weit verbreitet und etabliert hat sich dabei der sogenannte Organic-Rankine-Cycle (ORC). Dieser ermöglicht es Abwärme aus verschiedenen Prozessen, wie z.B. Biogasanlagen nutzbar zu machen. Selbst bei niedrigen Temperaturen gelingt es damit die sonst ungenutzte Energie in Strom umzuwandeln.

    Im Rahmen des EHome-Centers, dem bayerischen Technologiezentrum für privates Wohnen, entstand deshalb folgendes Projekt: Der von Orcan Energy entwickelte Mikro-ORC soll im Dauerversuch in einer relevanten Umgebung, z.B. ein Mehrfamilienhaus getestet werden. Dazu wird dieser mit einer kommerziellen mit Pellets gefeuerten Zentralheizung gekoppelt. Durch diesen Aufbau soll dem Endverbraucher eine, im Vergleich zum Strombezug von Elektrizitätsversorgern, günstige und unabhängige Option zur Stromerzeugung ermöglicht werden.

    Im zweiten Schritt soll das Mikro-ORC-System mit einer innovativen Mikro-Wirbelschichtfeuerung kombiniert werden. Dadurch kann der typischerweise hohe Luftüberschuss von Biomassefeuerungen reduziert und damit der Feuerungswirkungsgrad gesteigert werden. Insgesamt kann mit diesem Schritt der elektrische Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht werden.

  • Data Mining in der U.S. National Toxicology Program (NTP) Datenbank
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.03.2015 - 31.05.2015
  • Smart Annotation using semi-supervised techniques
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.02.2015 - 30.01.2019
    Objective health data about subjects outside of the laboratory is important in order to analyse symptoms that cannot be reproduced in the laboratory. A simple daily life example would be how stride length changes with tiredness or stress. In order to investigate this we must be able to accurately segment a stride from daily living data in order to have an accurate measure of duration and distance. State-of-the-art methods use separate segmentation and classification approaches. This is inaccurate for segmentation of an isolated activity, especially one that is not repeated. This could be solved using a model that is based on the sequence of phases within activities. Such a model is a graphical model. Currently we are working with Conditional Random Fields and Hierarchical Hidden Markov Models on daily living data. The applications will include sports as well as daily living activities.
  • Entwurf und Evaluierung hochverfügbarer Ethernet-basierter E/E-Architekturen für latenz- und sicherheitskritische Anwendungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2015 - 01.02.2018
    Mittelgeber: Industrie
    URL: http://www.ini.fau.de/index.shtml
    In diesem INI.FAU-Projekt zwischen der Audi AG und dem Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware- Software-Co-Design) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg werden Konzepte zukünftiger Ethernet-Standards evaluiert und für den Einsatz im Fahrzeug, d.h. in Topologie, Dimensionierung und Parametrierung hinsichtlich der Kriterien Zeitverhalten und Verfügbarkeit exploriert und optimiert.
  • Lösung partieller Differentialgleichungen mit dünnen Gittern
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 02.01.2015 - 06.12.2019
    • Dünne Gittern ermöglichen eine Lösung von partiellen Differentialgleichungen mit reduziertem  Speicheraufwand.

    • Effiziente Algorithmen zur Lösung hochdimensionaler  partieller Differentialgleichungen mit variablen Koeffizienten auf dünnen Gittern.

    • Lösung der hochdimensionalen Schrödinger-Gleichung.

    • Konvergenzanalyse, numerische Analysis.

  • Aktivitätserkennung und Eventdetektierung im Tischtennis
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Digitalisierung aufgrund von „Wearables“ (am Körper getragene Sensoren) findet in allen Bereichen des modernen Sports statt, auch im Tischtennis. In diesem Projekt wird dabei versucht, Bewegungen des Spielers, Eigenschaften des Balls und andere interessante Parameter im Tischtennisspiel zu erfassen, zu analysieren und aufzubereiten.  Im Gegensatz zur üblichen Vorgehensweise bei den meisten Ballsportarten kamerabasierte Analyse in einer definierten Laborumgebung durchzuführen, wird hierbei am Schläger Elektronik und Sensorik (hier der miPod Sensor) angebracht. Diese sollte optimalerweise im Schläger versteckt sein, damit dich der Nutzer nicht beeinflusst von der Elektronik fühlt. Zur Bewegungsanalyse werden hauptsächlich Inertialsensoren (Akzelerometer und Gyroskope) verwendet, dazu Magnetometer zur absoluten Ausrichtung im Raum und spezifische piezo-elektrische Sensorik zur Vibrationsdetektion. Zuerst wird die Beschleunigung, die Rotationsgeschwindigkeit und die die absolute Ausrichtung des Schlägers gemessen, um mit Hilfe von Mustererkennungsalgorithmen den durchgeführten Schlag zu klassifizieren. Dabei kann zwischen Vorhandschlägen und unterschiedlichen Spinarten unterschieden werden. Zusätzlich wird der Schlag durch die Vibrationssensorik verifiziert, um Fehlklassifikationen zu vermeiden. Im Anschluss werden die resultierende Ballgeschwindigkeit und der resultierende Spin des Balls kurz nach dem Verlassen des Schlägers geschätzt. Abschließend wird der Balltreffpunkt am Schlägerblatt mit Hilfe von Triangulationsverfahren, ähnlich der Bestimmung des Epizentrums beim Erdbeben, lokalisiert. Alle Daten werden auf dem integrierten Mikrocontroller berechnet und auf ein mobiles Endgerät, wie beispielsweise eine Android Smartphone über Bluetooth übertragen. Dort werden die Daten dann aufbereitet und dem Spieler als Feedback (Trainingsunterstützung oder Statistikanzeige) zur Verfügung gestellt.
  • Materialmodellierung von geschichteten Blechpaketen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 01.01.2018
    Die numerische Simulaton von geschichteten Blechpaketen, welche in Elektrischen Antrieben und Transformatoren auftreten, stellt aufgrund des Aufbaus dieser Komponenten eine Herausforderung in der Strukturmechanik dar. Je nach Herstellungsprozess stehen diese Bleche entweder in direktem Reibkontakt zueinander oder werden mit Hilfe von Backlack zusammengehalten. Insbesondere die Zwischenschicht und die Interaktion einzelner Bleche besitzen einen großen Einfluss auf die Struktur und können für ein nichtlineares Deformationsverhalten verwantwortlich sein. In Bezug auf Leistungsfähigkeit und Aufwand besteht das Ziel darin eine Finite-Element Simulation, in der jedes einzelne Blech diskretisiert wird, zu vermeiden, so dass in diesem Projekt auf Methoden der Homogenisierung zurückgegriffen wird, um ein adäquates Ersatzmaterialmodell zu formulieren, welches die spezielle Mikrostruktur dieser Blechpakete berücksichtigt.
  • Leistungszentrum Elektroniksysteme (LZE), Teilprojekt 1: "Impedanzmessplatz für DC/DC-Wandler"
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 30.06.2017
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    URL: http://www.lze.bayern
  • Interferometer-MMIC und Sensorsystementwurf
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Sichere und interaktive Steuerung von Produktionsanlagen durch vernetzte Umfeldsensorik
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2107
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
  • Vorausschauende Schutzgeräte für Gleichspannungsnetze
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.03.2018
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    URL: https://lms.lnt.de/forschung/projekte/DC-Netze_de.php
  • Metaprogrammierung für Grafikanwendungen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 01.01.2018
  • ESI-Anwendungszentrum für die digitale Automatisierung, den digitalen Sport und die Automobilsensorik der Zukunft
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
  • Leistungszentrum Elektroniksysteme (LZE), Teilprojekt 2: "Robuste Gestaltung induktiver Energieüberträger für bewegte Anwendungen"
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 30.06.2017
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    URL: http://www.lze.bayern/
    - Spezifikation induktiver Übertrager für raue Umgebungsbedingungen

    - Mechatronische 3D-CAD Konstruktion

    - Simulative Robustheituntersuchung mittels FEM

    - Experimentelle Verifizierung der Robustheit

    - Unterstützung bei der praktischen Umstetzung der Demonstratoren

  • Modellreduktion nichtlinearer gyroskopischer Systeme in ALE-Formulierung mit Reibkontakt
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 01.01.2018
    Rotierende Systeme sind gyroskopischen Effekten ausgesetzt, welche Einfluss auf ihre Eigendynamik nehmen. Die Arbitrary-Lagrangian-Eulerian-Formulierung (ALE) bietet im Kontext der Finite-Elemente-Methode eine effiziente Möglichkeit, rotatorische und translatorische Führungsbewegungen im System abzubilden und diese dabei vom FE-Netz abzukoppeln. Gleichzeitig erschwert dieser Ansatz die Berechnung reibbehafteten Kontaktverhaltens mit anderen, nicht-rotierenden Strukturen.
    Diese Vorgehensweise stammt aus dem Bereich der Rollkontaktdynamik und wird in diesem Projekt für die Simulation von Scheibenbremsen angewendet. An diesen nichtlinearen gyroskopischen ALE-Systemen werden verschiedene Modellreduktionsverfahren der Strukturdynamik erprobt und auf die speziellen Modellanforderungen erweitert
  • Energiegewahre kritische Abschnitte
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 01.01.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Wettlaufsituationen gleichzeitiger Prozesse innerhalb eines Rechensystems können zu teils unerklärlichen Phänomenen oder gar fehlerhaftem Laufzeitverhalten führen. Ursache sind kritische Abschnitte in nichtsequentiellen Programmen. Den Lösungen zum Schutz kritischer Abschnitte steht im Allgemeinen ein mehrdimensionaler Problemraum gegenüber: (1) prozessorlokale asynchrone Programmunterbrechungen, (2) speichergekoppelte Systeme mehr-/vielkerniger Multiprozessoren mit (2a) kohärentem oder (2b) inkohärentem Zwischenspeicher, (3) nachrichtengekoppelte Systeme mit globalem Adressraum, (4) Interferenz mit der Prozessverwaltung im Betriebssystem. Dabei treffen die Schutzverfahren pessimistische oder optimistische Annahmen über das Auftreten von Zugriffskonflikten.Die Anzahl wettstreitiger Prozesse ist anwendungsfallabhängig und hat einen großen Einfluss auf die Effektivität ihrer Koordination auf allen Ebenen eines Rechensystems. Mehraufwand, Skalierbarkeit und Dediziertheit der Schutzfunktionen bilden dabei entscheidende leistungsbeeinflussende Faktoren. Diese Einflussgröße bedingt nicht nur variierende Prozesslaufzeiten, sondern auch verschiedene Energieverbräuche. Ersteres führt zu Rauschen (noise) oder Schwankung (jitter) im Programmablauf: nichtfunktionale Systemeigenschaften, die besonders problematisch für hochparallele oder echtzeitabhängige Prozesse sind. Demgegenüber hat letzteres einerseits wirtschaftliches Gewicht wie auch ökologische Auswirkungen und tangiert andererseits die Grenzen in der Skalierung vielkerniger Prozessoren (dark silicon).In Abhängigkeit von der strukturellen Komplexität eines kritischen Abschnitts und seiner Wettstreitanfälligkeit zeichnet sich ein Zielkonflikt ab, dem durch analytische und konstruktive Maßnahmen im Vorhaben begegnet werden soll. Untersuchungsgegenstände sind eigene Spezialbetriebssysteme, die in erster Linie zur Unterstützung der parallelen und teils auch echtzeitabhängigen Datenverarbeitung ausgelegt sind, und Linux. Ziel ist die Bereitstellung (a) einer Softwareinfrastruktur zur lastabhängigen, von den Programmabschnitten selbst organisierten Änderung des Schutzes vor kritischen Wettläufen gleichzeitiger Prozesse sowie (b) von Werkzeugen zur Aufbereitung, Charakterisierung und Erfassung solcher Abschnitte. Durch erhöhte Prozessaktivität bedingte und sich in Energieverbrauchs- und Temperaturanstiege manifestierende Heißpunkte (hotspots) sollen durch eine abschnittsspezifische Auswahlstrategie auf Abruf oder vorausschauend vermieden oder abgeschwächt werden können. In der zu treffenden Abwägung zur dynamischen Rekonfigurierung eines kritischen Abschnitts fließt der durch die jeweilige Auswahlstrategie verursachte Mehraufwand mit ein, um eine Änderung nur dann vorzusehen, wenn auch wirklich praktischer Gewinn gegenüber der ursprünglichen Lösung zu erwarten ist. Vorher-nachher-Vergleiche an den untersuchten Betriebssystemen sollen die Effektivität des entwickelten Ansatzes aufzeigen.
  • Fortschritte in Koalgebraischer Automatentheorie
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2015
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)
  • ESI@Fitness
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: ESI-Anwendungszentrum für die digitale Automatisierung, den digitalen Sport und die Automobilsensorik der Zukunft
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2018
    Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
    URL: http://www.esi.fau.de/
  • Untersuchung einer neuartigen Raumbelüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: E-Home-Center
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2017
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013) / Forschungsverbund
    URL: http://www.ehome-center.de/forschung/forschungsprojekte/aktuell/regvent-untersuchung-einer-neuartigen-raumbelueftungsanlage-mit-
  • Strukturdynamik rotierender Systeme
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2015 - 31.05.2020
  • Ash-to-Gas - Mikrobielle Biomethan-Erzeugung mit Wasserstoff aus der thermischen Vergasung von Biomasse mit Nährstoffen aus Vergasungsrückständen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.12.2014 - 14.12.2017
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/ash-to-gas/
    Die biologische Methanisierung ist ein wichtiger Eckpfeiler, um fossile Energieträger auf Dauer durch erneuerbare Energieträger zu ersetzen. Unter biologischer Methanisierung versteht man die Umwandlung von biogenen Roh- und Reststoffen zu Methan durch bestimmte Mikroorganismen.

    Die meisten Biogasanlagen liefern ein Produktgas, das hauptsächlich aus Methan und Kohlenstoffdioxid besteht. Einspeisefähiges Erdgas entsteht zum Beispiel dadurch, dass das Nebenprodukt Kohlenstoffdioxid durch Gaswäsche abgetrennt wird. Ein neuer Ansatz besteht darin, dieses Kohlenstoffdioxid durch den Stoffwechselvorgang der Methanogenese in Methan umzuwandeln. Durch Zugabe von Wasserstoff in einen weiteren Fermenter, beginnen bestimmte Stämme von Bakterien und Archaeen damit, aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid Methan zu bilden. Diese Methode findet dabei im Rahmen von Power-to-Gas-Anlagen Verwendung. Ein ähnlicher Ansatz ergänzend dazu besteht darin, dass Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid durch die Biomasseumsetzung, beispielsweise mit dem Heatpipe-Reformer oder TCR®-Prozess bereitgestellt werden. Das Produktgas wird in einem nachgeschalteten Fermenter methanisiert. Der wesentliche Vorteil, aber gleichzeitig auch die wesentliche Herausforderung dieser Methode besteht darin, die Nährstoffe für die Mikroorganismen durch die Asche des Vergasers bereitzustellen.

    Das Projekt Ash2Gas wird in einer Kooperation mit dem Start-Up Unternehmen Micropyros und dem Institut Fraunhofer UMSICHT umgesetzt. In Kooperation mit den Projektpartnern wird ein mobiler Fermenter gebaut und in einen allothermen Vergaser am Lehrstuhl integriert. Der Proof of Concept wird an einer TCR®-Anlage bei Fraunhofer UMSICHT durchgeführt. Die Nährstoffzufuhr wird dabei entweder durch direkte Zufuhr der Aschepartikel aus dem Vergaser bzw. Koks aus dem TCR®-Verfahren gewährleistet, oder durch separates Anmischen eines Slurrys.

    Mit diesem Konzept sollen die Mikroorganismen allmählich an das Produktgas des Vergasers bzw. des TCR®-Verfahrens gewöhnt werden. Die Versuche werden mit einem lignocellulosehaltigen Feedstock aus Holz, Stroh und Straßenbegleitgrün durchgeführt. Dabei wird beobachtet, wie viel Kohlenstoffmonooxid und höherwertige Kohlenwasserstoffe dabei umgesetzt werden können. Gleichzeitig soll untersucht werden, inwieweit Schwermetalle (Quecksilber, Chrom, Blei, Cadmium) im Fermenter durch einen Biofiltereffekt angereichert werden können. Dadurch bietet sich die Möglichkeit diese sicher zu deponieren und dem Kreislauf zu entziehen.

  • Ein numerisches Model für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2014 - 31.01.2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das übergeordnete Ziel des beantragten Mercator Vorhabens ist die Erstellung eines numerischen Modells für den translatorischen und rotatorischen Impulstransfer von kleinen nicht-sphärischen starren Partikeln in fluid-dominierten Zweiphasenströmungen. Dazu werden drei Teilziel verfolgt:Das erste Teilziel besteht in der Entwicklung eines numerischen Models für die Partikel-Fluid-Interaktion. Dieses soll einerseits insbesondere die translatorischen und rotatorischen Effekte in der Fluidströmung berücksichtigen und andererseits einen besonderen Fokus auf die resultierende rotatorische Partikelbewegung durch eine hochgenau Bestimmung der Partikelorientierung und -winkelgeschwindigkeit legen. Hierzu sind die Erstellung eines verbesserten Lagrangeschen Partikelverfolgungsalgorithmus zur Verfolgung von nicht-sphärischen Partikeln in einem mit der Geschwindigkeits-Wirbel-Formulierung aufgelösten Strömungsfeld und die Entwicklung einer Zweiwegekopplung im Rahmen eines BEM-Zugangs, der auf einem verbessertem Quellverteilungsmodel in der fluiden Phase basiert, geplant.Das zweite Teilziel besteht in der Berücksichtigung von Kraft- und Momentenmodellen für nicht-spärische Partikel zur Erfassung des Impulsaustausches zwischen Partikeln und Strömung. Hierbei wird ein besondererFokus auf generische ellipsoide Partikelformen gelegt. Im Rahmen der beabsichtigten Starrkörpermodellierung für die Partikel wird begleitend ein Partikelpräprozessor entwickelt, um die Trägheitskennwerte beliebiger Partikel bereitzustellen.Das dritte Teilziel besteht in der Entwicklung schneller paralleler Algorithmen um so hochgenaue und schnelle Berechnungen insbesondere des Wirbelanteils der Strömung mit dem zuvor etablierten BEM-Zugang einerseits und eine effiziente Lösung der die Partikelbewegung beschreibenden differentialalgebraischen Gleichungen andererseits zu ermöglichenDer entwickelte Gesamtalgorithmus wird schließlich durch Vergleich mit unabhängigen numerischen Ergebnissen validiert auf den experimentell verifizierten Testfall einer Schlammflockensedimentierung angewandt.
  • Koexistenz verschiedener Datenverkehrs-Klassen im Fahrzeug und Flugzeug
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2014 - 30.04.2017
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    URL: https://cs12.cms.rrze.uni-erlangen.de/forschung/projekte/kodak
    Gesamtziel dieses Projekts ist die Untersuchung sowie Umsetzung von Ethernet-Varianten in den Anwendungsdomänen Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr sowie der Automobilindustrie. Seitens Hardware-Software-Co-Design liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Virtuellen Prototypen zur (1) simulativen Analyse von Gesamtsystemen aus den Anwendungsdomänen sowie zu (2) automatisiertem Test und Validierung der Netzwerkkomponenten.
  • Kohlenstoff integrierte Zeolithmembranen (CiZM): Defektblockierung durch Kohlenstoff für hochselektive und thermisch stabile Membranen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2014 - 01.11.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Zeolithmembranen bieten potentiell sehr vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der chemischen Industrie. Neuerdings besteht auch ein enormes Potential für die Anwendung von Zeolithe-Membranen in industriellen Gastrennprozessen. Zeolithmembranen mit LTA, BEA, FAU, MOR, FER und CHA Netzwerkstruktur sind aufgrund ihrer interessanten Porenstruktur inzwischen sehr intensive untersucht. Trotz dieser beeindruckenden Arbeiten hat noch keine Zeolithmembran Eingang in eine Anwendung gefunden, wenn man von den Pervaporationsprozessen absieht.Eine ideale Zeolithmembran besteht aus zwei Komponenten: einer möglichst dichten, aber dünnen Zeolithschicht, die die Trennaufgabe übernimmt, und einer Trägerstruktur, die dem System Stabilität verleiht ohne die Trenn- und Transportverhalten wesentlich zu beeinflussen. Die Dicke und Homogenität der polykristallinen Zeolithschicht steht in direktem Zusammenhang mit den Membrankenngrößen Fluss und Selektivität. Die Zielvorstellung ist es, eine extrem dünne Trennschicht mit vernachlässigbar kleinen interkristallinen Defekten auf einen makroporösem Träger zu realisieren, um hohe Produktivitäten und Selektivitäten zu erreichen. Die Realisierung möglichst defektfreier Zeolithmembranen gestaltet sich schwierig, da diese aus verwachsenen polykristallinen Kristallschichten bestehen. Die Bildung von interkristallinen Poren (Risse, Fehlstellen) durch z.B. das unvollständige Verwachsen der Kristalle mit ähnlichen Oberflächenladungen oder durch die unterschiede in der thermischen Ausdehnung von Zeolithkristallen und Träger kann nicht immer vermieden werden. Diese interkristallinen Poren müssen vermieden oder reduziert werden, um den Transport ausschließlich durch die intrakristallinen Mikroporen zu gewährleisten. Ähnlich wie Zeolithe, sind Kohlenstoffmolekularsiebe (CMS), hergestellt durch Pyrolyse organischer Prekursoren thermisch stabil und mikroporös. Auch kleine organische Komponenten wie Benzen wurden schon als Kohlenstoffprekursor zur Herstellung von mikroporösem Material verwendet. Die chemische Dampfphasenabscheidung (CVD) gefolgt von einem thermischen Behandlungsschritt wurde bereits oft für die Herstellung mikroporöser Kohlenstoffschichten verwendet. Bisher ist es nicht gelungen einen kontinuierlichen Kohlenstofffilm mit gleichmäßigen Poren herzustellen. Daher schlagen wir einen neuen Weg zu einer vollständig mikroporösen Membran vor, dadurch, dass flexible Kohlenstoffnanostrukturen in die interkristallinen Defekte der Zeolithmembranen eingebracht werden. Entsprechend dem vorgeschlagenen Weg im Antrag, ist das gleichmäßige Zeolithporennetzwerk die vorherrschende Struktur der Membran und der Kohlenstoff füllt die unterschiedlichen Defekte. Dieses Blockieren der Defekte ist sehr vielseitig anwendbar und führt zu 'Kohlenstoff integrierten Zeolithmembranen (CiZM)'.
  • Projection Mapping
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Mit Projection Mapping bringen wir virtuelle Welten in die Realität. Unser System ermöglicht es in Echtzeit, die Bilder mehrerer Projektoren ineinander überzublenden. Die Technik basiert auf einem Optimierer, der den Lichttransport der Projektoren simuliert und die Farbe und Lichtintensität jedes Projektorpixels entsprechend bestimmt.
  • Energy-efficient Query Processing by Adaptive Dynamic Reconfiguration of FPGA-based, Heterogeneous Accelerator Systems
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.10.2014 - 01.10.2017
    While CPUs and FPGAs have different strength in terms of power
    consumption and processing speed, in this project, we want to provide
    tightly coupled, easy to use accelerator systems which benefit both from the
    strength of FPGAs and CPUs.

    To achieve this goal, we study the bottlenecks of each architecture and
    develop and apply techniques for adaptive optimization of the resulting
    accelerator systems using partial reconfiguration.

  • Entwicklung von Halbleiter-Sensoren auf Siliziumkarbid
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.10.2014 - 15.06.2018
    Durch die Weiterentwicklung der Prozesstechnologie sowie das verbesserte Bauelement-Verständnis konnte die SiC-Halbleitertechnologie in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt werden. Unterstützt wurde diese Entwicklung besonders durch die signifikante Verbesserung der Substrat-Eigenschaften und getrieben durch den Bedarf im Bereich der Leistungselektronik. Diese verbesserten Halbleitereigenschaften und Fortschritte in der Technologie können weiterhin auch gezielt für die Entwicklung neuartiger halbleiterbasierter Sensor-Bauelemente eingesetzt werden. Insbesondere von Vorteil ist dabei die große Bandlücke und die damit verbundene geringe intrinsischa Ladungsträgerkonzentration. Außerdem sind UV-Sensoren auf Baus von 4H-SiC durch die größere Bandlücke ohne Einsatz von zusätzlichen optischen Filtern tageslichtblind und erlauben eine selektive UV-Detektion. Dies ist zum Beispiel für moderne Brandmelde-Anlagen erforderlich.
  • Koinduktion und Algebra in der Axiomatisierung von Systemäquivalenz
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2014 - 01.10.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Ein wichtiges Problem im Bereich der Spezifikation und Verifikation sowohl sequentieller als auch paralleler Programme ist die Prüfung von Programmäquivalenz. Während Programmäquivalenz im Allgemeinen unentscheidbar ist (z.B. für Turing-vollständige Sprachen), lässt sich Entscheidbarkeit für geeignet abstrahierte Ausdruckssprachen, die nur Teilaspekte des Programmverhaltens beschreiben, wieder herstellen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind reguläre Ausdrücke, die lediglich den Kontrollfluss eines sequentiellen Programms beschreiben und deren Äquivalenz PSPACE-vollständig ist. Für Systeme mit endlichem Zustandsraum gibt es neuerdings generische Verfahren, die ein Ausdruckskalkül mit entscheidbarer Äquivalenz aus dem Systemtyp ableiten; diese liefern z.B. das o.g. Ergebnis für reguläre Sprachen als Spezialfall. Das Ziel von COAX ist die Entwicklung von Ausdruckssprachen, Beweiskalkülen und Algorithmen für die Äquivalenz von Systemen, deren Zustandsraum zwar unendlich, aber finitär ist, d.h. eine endliche algebraische Präsentation hat. Zum Beispiel ist der Zustandsraum eines gewichteten Automaten ein endlich dimensionaler Vektorraum über einem Körper; er ist somit im Allgemeinen unendlich, hat aber eine endliche Präsentation durch seine Basis. Wie schon o.g. Resultate über endliche Systeme werden unsere Arbeiten auf dem Prinzip der universellen Koalgebra basieren, die große Klassen zustandsbasierter Systeme, neben klassischen (nicht)deterministischen Automaten z.B. auch gewichtete, probabilistische und spieltheoretische Systeme, in einer vereinheitlichten Sicht behandelt. Die geplante Entwicklung kombiniert und erweitert verschiedene aktuelle Forschungsrichtungen: Turi und Plotkins mathematische operationelle Semantik; die von Rutten et al. initiierte koalgebraische Vereinheitlichung automatentheoretischer Konstruktionen; die von Pattinson und einem der Antragsteller (Schröder) entwickelte koalgebraische Logik der Prädikatenliftings; Silvas koalgebraische Ausdruckskalküle für Mengenfunktoren; und die von einem der Antragsstellers (Milius) und Koautoren eingeführte generische Semantik finitärer Systeme. Wir werden hierbei über allgemeinen algebraischen Kategorien arbeiten und somit über den bisher üblichen rein mengentheoretischen Ansatz hinausgehen. Damit erhalten wir generische Sprachen und koinduktive Methoden für automatische Äquivalenzbeweise über finitären Systemen mit entsprechend strukturierten Zustandsräumen. Diese generischen Resultate werden für wichtige konkrete Systemtypen instanziiert: arbeitet man z.B. über Halbverbänden, Moduln über Semiringen oder positiv konvexen Algebren, erhält man Verifikationsmethoden für verschiedene Typen nichtdeterministischer, gewichteter bzw. probabilistischer Systeme; über Prägarben oder nominalen Mengen erhält man Sprachen mit Bindungs- und Kommunikationsoperationen für Variablen bzw. Namen, bis hin zum pi-Kalkül.
  • New casting approach for the production of particle reinforced aluminium components
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 22.09.2014 - 21.09.2018
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    The aim involved in designing metal matrix composite materials is to combine the desirable properties of metals and ceramics. The addition of high strength, high modulus refractory particles to a ductile metal matrix produces MMCs whose mechanical properties are excellent, such as high strength to weight ratio, high stiffness and good wear resistance. Due to these excellent attributes, MMCs are widely used in aerospace, automobiles, etc.
    Among the variety of manufacturing processes available for particle reinforced aluminum materials, stir casting is generally accepted as a particularly promising approach as a result of its simplicity, flexibility, applicability to large quantity production and low costs of production. Though, in preparing particle reinforced aluminum materials by stir casting, we have to consider the following difficulties:
    (1) How to achieve a uniform distribution of the reinforcement material.
    (2) Promoting the wettability between the two main substances;
    (3) Control chemical reactions between the reinforcement material and the matrix alloy.
    A new high shear technology can be applied in producing particle reinforced aluminum materials. The aluminum melt is strongly sheared in the semi-liquid or liquid state. The high shear forces produced by a special designed impeller lead to very homogeneous dispersions of additives like particles. In addition, shearing has influence on the homogeneity of the melt and leads to finer grain structures. These effects are expected to be beneficial for the fabrication of metal matrix composites. Therefore, the particular focus of the project is to use shear device to introduce particles into an aluminum melt before die casting and the main aim is to evaluate the potential of the new high shear technology for conditioning of aluminum melts for pressure die casting.
  • Messsystem zur Betriebszustandsanalyse von Windkraftanlagen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.09.2014 - 30.11.2017
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
  • DailyHeart
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 15.08.2014 - 15.08.2017
    DailyHeart is a system for mobile ECG analysis that addresses the whole pipeline from data acquisition over data processing to data visualization. It features a novel low-power data acquisition ECG hardware using Bluetooth Low Energy, and an application for Android-based mobile devices that offers several modes for cardiac feedback, from measuring the current heart rate to continuously monitoring the user’s ECG throughout the day. Furthermore, it incorporates methods for human computer interaction concepts (e.g. smartwatches or Google Glass) to provide cardiac feedback to the user throughout the day, and depending on the current context.

    One clinical use case of DailyHeart is the unobtrusive monitoring of the users’ heart rate variability (HRV) by combining it with information on posture changes, e.g. changes from lying down to sitting or standing up. Initial results have shown that multiple measurements throughout the day can already indicate a possible disorder of the autonomous nervous system (e.g. Parkinson's Disease), and thus provide a recommendation of consulting a medical expert.

  • Mikroskalige Charakterisierungsmethoden zur Kalibrierung von Stoffgesetzen für Biomaterialien und Kunststoffe
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.08.2014 - 31.12.2025
    Aussagefähige Bauteilsimulationen erfordern eine quantitativ exakte Kenntnis der Materialeigenschaften. Dabei sind klassische Charakterisierungsmethoden
    teilweise aufwendig, in der Variation und Kontrolle der Umgebungsbedingungen anspruchsvoll oder in der räumlichen Auflösung begrenzt. Das Projekt beschäftigt sich
    deshalb mit der Ertüchtigung hochauflösender Meßmethoden wie Nanoindentation oder Rastkraftmikroskopie und der komplementierenden Entwicklung numerischer
    Verfahren zur Kalibrierung (Parameteridentifikation) inelastischer Stoffgesetze aus den Meßdaten. Inhärent anspruchsvoll sind dabei die geeignete Gestaltung der
    Probekörper und ihrer Fixierung, die den gesuchten Eigenschaften angepaßte Versuchsführung und die hinreichend genaue Reproduktion derselben im Rahmen der zur
    Parameteridentifikation erforderlichen Finite-Elemente-Simulationen.
     
  • Hochtemperatur-Einkristall und Werkstoffsimulation
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 21.07.2014 - 30.11.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Charakterisierung und Analyse Invasiver Algorithmen zur Entwurfszeit (A04)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2014 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_a4_PhII.php
    Das Projekt betrachtet existierende und entwickelt neuartige invasive Algorithmische Muster zur Nutzung der Ressourcengewahrheit invasiven Rechnens. Diese werden hinsichtlich mehrerer nichtfunktionaler Eigenschaften zur Entwurfszeit charakterisiert. Die Forschungsschwerpunkte liegen auf (a) Stencil-Berechnungen und nicht-regulären Baumtraversierungen als Algorithmische Muster sowie (b) Verfahren der Charakterisierung zur Bestimmung von Mengen optimierter und diversitärer Betriebspunkte einer Anwendung unter Berücksichtigung von Symmetrien und Systemdiensten für eine gegebene heterogene invasive Mehrkern-Architektur.
  • Experimentell basierte Modellierung, Simulation und Kompensation thermischer Einflüsse beim Drehen mesoheterogener Werkstoffe aus Al-MMC. Phase 2
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1480: Modellierung, Simulation und Kompensation von thermischen Bearbeitungseinflüssen für komplexe Zerspanprozesse
    Laufzeit: 01.07.2014 - 01.07.2017
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Aluminium-Metall-Matrix-Composltes (Al-MMC) zählen zu einer Gruppe komplexer zweiphasiger Hochleistungswerkstoffe, für die aufgrund Ihrer hervorragenden Funktionseigenschaften zukünftig stark ansteigende Verwendung prognostiziert wird. Bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Al-MMC treten prozessbedingt hohe Temperaturen auf. Abhängig von der Höhe der eingebrachten Temperatur können diese zu Werkstückverformungen sowie zu Änderungen im Werkstoffgefüge führen. Um Prozessparameter zu finden, die diese Veränderungen im Werkstück vermeiden, sind heute zeit- und materialintensive experimentelle Untersuchungen notwendig. Aufgrund der hohen Herstellkosten von Al-MMC ist die Reduzierung der Zahl experimenteller Untersuchungen für diese Werkstoffgruppe von besonderer Relevanz. Im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens soll daher ein Modell für das thermomechanische Materialverhalten von Al-MMC entwickelt werden, welches eine FE-Simulation des thermischen Einflusses auf das Werkstück bei der Drehbearbeitung ermöglicht. Anhand der Simulationsergebnisse wird eine Kompensation thermischer Einflüsse durch gezielte Prozessführung vorgenommen. In der ersten Antragsphase dieses Vorhabens wird grundlegend die Auswirkung des Temperatureintrags bei der Drehbearbeitung von homogenen Werkstoffen untersucht. Aufbauend auf diesen Untersuchungen erfolgt dann in der zweiten und dritten Antragsphase die Betrachtung mehrphasiger Al-MMC. Dabei wird auch der Einfluss einer variierenden Partikelverteilung auf das thermische Verhalten berücksichtigt werden.
  • Plasma Gas - Biomassevergasung in Mitteltemperaturplasmen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2014 - 30.09.2017
    Mittelgeber: Siemens AG
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/plasmagas/
    Die allotherme Vergasung ist eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Wasserstoff, SNG und Chemikalien aus Biomasse in der globalen Energiewende. Im Vergleich zur konventionellen thermischen Vergasung ermöglicht die plasma-gestützte Biomassevergasung eine verbesserte Reaktionskinetik durch die Bereitstellung freier Radikale und Teilchen hoher Temperatur.

    Besondere vielversprechend sind thermodynamische Nichtgleichgewichtsplasmen, in denen sich kein thermisches Gleichgewicht einstellt. Hier werden die leichten elektrisch geladenen Elektronen durch ein elektrisches Feld auf mittlere Energien aufgeheizt, die weit über denen der neutralen Gasmoleküle liegen, deren Gastemperatur sich je nach Betriebsbedingungen des NTP nur um einige 10 bis 1000 K erhöht.

    Die dynamische Flexibilität des Plasmagenerators bietet sich für die Nutzung von Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen an. So kann fluktuierende elektrische Energie die Reaktionsenthalpie endothermer Vergasungsreaktionen bei der allothermen Wasserdampfvergasung bereitstellen. Elektrische Energie wird in chemisch gebundene Energie umgewandelt und im Synthesegas oder – über nachfolgende Synthesen – flüssigen oder gasförmigen Sekundärenergieträgern gespeichert.
    Untersucht wird der Einfluss der Plasmen auf die Reaktionskinetik der Biomassevergasung.

  • Simulative Entwurfsraumexploration (C02)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2014 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_c2_PhII.php
    In the second funding phase, the main focus of Project C2 is the systematic co-exploration across all these platform layers. Investigated is the systematic co-exploration of optimal architecture configurations and invasion strategies fitting best a given mix of resource-aware applications. The research includes (a) design space exploration techniques based on (semi-)simulative and probabilistic methods, (b) the classification of invasive applications into parallel computing patterns, and (c) modelling the dynamic behaviour of invasive applications.
  • optimierte Katalysatorsysteme
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2014 - 31.07.2018
    Mittelgeber: Industrie
  • Synthese neuartiger MOF-Materialien aus strukturgebenden und funktionalisierten Ionischen Flüssigkeiten
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1708: Materialsynthese nahe Raumtemperatur
    Laufzeit: 01.05.2014 - 01.05.2017
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Ziel des Vorhabens ist die Synthese neuartiger Metal Organic Frameworks (MOF) durch Verwendung von Ionischen Flüssigkeiten (IL) als Basiskomponente. Die IL dient hierbei sowohl als Precursor für das MOF-Material als auch als strukturgebendes Element. Durch die Funktionalisierung und Strukturmodifikation der Ionischen Flüssigkeiten (u. a. flüssig kristalline und chirale Ionische Flüssigkeiten) sollen so neuartige MOF-Strukturen und Synthesewege entwickelt werden. Durch dieses Vorgehen werden starke Einflüsse auf die Strukturen der zu Bildenden MOF-Materialien erwartet. Ziel ist es außerdem auf Grund der Verwendung der Ionischen Flüssigkeit bei Raumtemperatur arbeiten zu können. Das Vorhaben beinhaltet die strukturelle Charakterisierung der so erhaltenen MOF-Materialien, nachdem diese von der verbleibenden Ionischen Flüssigkeit befreit wurden.
  • Konfigurierbarkeitsgewahre Betriebssystementwicklung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2014 - 01.05.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Viele Betriebssysteme sind zur Übersetzungszeit hochgradig konfigurierbar. Linux 4.2 bietet beispielsweise mehr als 15.000 konfigurierbare Merkmale zur problemgewahren Anpassung, die technisch auf mehreren Ebenen des Generierungsprozesses (Konfigurationssystem, Build-System, C Präprozessor, Linker, ...) umgesetzt werden. Die resultierende Variabilität wird in der Praxis nicht mehr beherrscht und hat im Falle von Linux bereits zu Tausenden von Defekten geführt.

    Zweck des Vorhabens ist die Erforschung von skalierbaren Methoden, Techniken und Werkzeugen zur Beherrschung der Variabilität in Betriebssystemen und anderer konfigurierbarer Systemsoftware durch eine ganzheitliche und ebenenübergreifende Erfassung, Darstellung, Bewertung und Beeinflussung von Merkmalsimplementen. Die implizit codierten Variabilitätsinformationen sollen durch entsprechende Werkzeuge aus den verschiedenen Implementierungsebenen extrahiert und in ein gemeinsames Modell integriert werden. Merkmalsimplemente werden in einer domänenspezifischen Sprache als ebenenübergreifende "Merkmalseinfassungen" repräsentiert. Eine Merkmalseinfassung ist vergleichbar mit einem Aspekt (AOP), die sich in ihren Auswirkungen jedoch über mehrere Ebenen des Generierungsprozesses und unterschiedliche Artefakt-Typen (C-Quellcode, Build-Skripte, Linker-Anweisungen, ...) erstreckt.

    Ziel des Vorhabens ist die bessere Beherrschbarkeit von Variabilität durch eine variabilitätsgewahre Entwicklung, Analyse, Wartung und Qualitätssicherung von Betriebssystemcode.

  • Management-Dashboard for Strategic Business Key Figures
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 09.04.2014 - 09.07.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Methodpark Stages goes Mobile
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 09.04.2014 - 09.07.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • A Cross-Mobile-Device App for Wound Management in Hospitals
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 09.04.2014 - 09.07.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • SAP Sailing Race Course Designer
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 09.04.2014 - 09.07.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Ganzheitlicher Entwurf von Fahrerassistenzsystemen im Automobilbereich
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2014 - 31.12.2014
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/gefa
    Fahrerassistenzsysteme werden in zukünftigen Fahrzeuggenerationen eine immer wichtigere Rolle spielen. Neben der Fahrleistung und dem Design des Fahrzeugs bieten Sie den OEMs eine Möglichkeit, sich signifikant gegenüber Konkurrenten durch Anwendungen mit hohem Innovationsgrad abzugrenzen. Moderne Fahrerassistenzsysteme verbinden dabei Sensorsysteme mit Regelanwendungen und einer entsprechenden Aktuatorik. Weiterhin sind sie zumeist als verteilte Anwendungen über mehrere Sensoren, Steuergeräte und Aktoren verteilt, deren Kommunikation über Feldbusse wie CAN, FlexRay oder Busse hoher Bandbreite wie MOST150 oder Ethernet realisiert wird. Eine spezielle Herausforderungen stellen hierbei videobasierte Fahrerassistenzsysteme dar mit ihren Bandbreiten-hungrigen Sensorsystemen dar. Typische bestehende Anwendungen sind dabei Rundumansichten des Fahrzeugs („Surround-View“, „Bird’s-Eye View“), Personen-, Fahrbahn- sowie Schildererkennung oder Nachtsicht („Night View Assist“), die jedoch primär eine Rückmeldung an den Fahrzeugführer liefern. Darüber hinaus sind zukünftig auch solche Anwendungen denkbar, die auf Basis optischer Sensoren Regelfunktionen mit entsprechender Aktuatorik betreiben wie beispielsweise mit Personenerkennung oder Unfallprognosen versehene Bremsassistenten.

    Moderne Videosysteme bieten eine Vielzahl von Stellschrauben, die für den Entwickler einen großen Entwurfsraum aufspannen. Auf funktionaler Seite spielt hierbei die Wahl des Sensors, der Farbräume, der Aufbereitungsschritte und Filter, Kodierungsverfahren, etc. eine wesentliche Rolle. Auf Seite der Architektur gilt es, diese in Hard- und Software-Komponenten in einem verteilten System zu implementieren. Im Bereich verteilter eingebetteter Systeme müssen hierbei mehrere Faktoren gegeneinander abgewogen werden: Welche Datenmengen sind zu übertragen? Wie viel Speicher und Rechenkapazität muss auf den Steuergeräten zur Verfügung gestellt werden? Welche Qualität muss für den Anwender bzw. eine Anwendung erzielt werden? Welche Anforderungen werden an Sensorik und verteilte Komponenten auf Grund des Bauraums gestellt.

  • Dynamische Charakterisierung von gehäusten Bauelementen und grundlegenden Untersuchungen zur Zuverlässigkeit
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Zukünftige, effiziente Energiewandlung mit GaN-basierter Leistungselektronik der nächsten Generation
    Laufzeit: 01.04.2014 - 30.06.2017
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    In diesem Projekt werden sowohl grundlegende Untersuchungen zur Zuverlässigkeit als auch Charakterisierungen dynamischer Schalteigenschaften von GaN-Bauelementen durchgeführt. Dabei werden Defekte im Halbleitermaterial mit dem elektrischen Verhalten der Bauelemente korreliert, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Dies wird auch durch die Herstellung und Erprobung spezieller GaN-Teststrukturen im µm-Maßstab ermöglicht, um neue Charakterisierungsmethoden zu entwickeln. Weiterhin erfolgt eine Charakterisierung des dynamischen Schaltverhaltens von GaN-Transistoren. Dies schließt die Erfassung der Gateladung und des dynamischen Einschaltwiderstands ein. Um die Nachteile von konventionellen normally-on GaN-Transistoren zu umgehen, werden auch hybride normally-off Kaskoden und geeignete Ansteuerschaltungen untersucht.
  • Flüssig-kondensierte Mineralphasen und der Mechanismus des PILP-Prozesses: ein vielversprechender morphosynthetischer Weg für die Synthese von Nanokompositmaterialien
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2014 - 01.04.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Emmy-Noether-Programm (EIN-ENP)
    Jüngste Studien haben die Existenz aussergewöhnlicher Kristallisationprozesse gezeigt, die nicht mit den klassischen Kristallisationmodellen erklärt werden können. Pränukleationscluster, Mesokristalle und aggregationsvermittelte Kristallisationmechanismen, wie z.B. der Prozess der hochparallelen Kristallisation, legen ein eindeutiges Zeugniss für die Existenz nichtklassischer Kristallisationpfade ab. Im Jahr 1998 legte Laurie Gower erste Hinweise für die Existenz eines weiteren nichtklassischen Kristallisationskanals in wässrigen Medien vor, der über die Bildung einer hochhydratisierten, flüssig-amorphen Mineralphase verläuft und eingeschlagen werden kann, falls eine geringe Menge anionischer Polymere als Additiv während der Kristallisation zugesetzt wird. Es wurde mittlerweise eindrücklich gezeigt, dass dieser sogenannte polymer-induced liquid-precursor (PILP)-Prozess ein großes Potential für Generierung von Nichtgleichgewichtsmorphologien von carbonat-basierten Mineralien besitzt: ein flüssiges Intermediat lässt sich im Vergleich zu einem Kristall leicht formen oder in eine Vorlage eingießen. Materialien, die über den PILP-Prozess erzeugt wurden, weisen sich durch eine nanogranuläre Struktur auf: sie bestehen aus kleinsten Mineralpartikeln, die dichtest-möglich gepackt sind. Das Polymer, dass zur Auslösung des PILP-Prozesses verwendet wurde, findet sich nun zwischen den Mineralgranulae eingelagert wieder. Diese Feinstruktur zeigt, dass Materialien, die über den PILP-Prozess synthetisiert worden sind, zu der Klasse der Nanokompositmaterialien gehören; eine Klasse die aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften derzeit intensiv untersucht werden. Obwohl der PILP-Prozess offensichtlich zur Generierung von Nanokompositmaterialien eingesetzt werden könnte, ist er noch immer auf einige wenige, synthetisch wenig relevante Mineralsysteme beschränkt. Unser derzeitig begrenzter Einblick in die mechanistischen Grundlagen des PILP-Prozess erschwert den Transfer des PILP-Prozesses auf neue Materialien erheblich.Im Rahmen dieser Juniorforschungsgruppe sollen daher zwei Ziele verfolgt werden. Einerseits soll ein tieferer Einblick in die mechanistischen Grundlagen des PILP-Prozesses erhalten werden. Anhand dieser Einblicke sollen empirische Regeln abgeleitet werden, die es erlauben, vorherzusagen, ob ein gegebenes Mineral oder Polymer dem PILP-Prozess erfolgreich unterworfen werden kann. Auf der anderen Seite sollen die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, die solche nanogranulären Strukturen prägen, studiert werden, um so eine Grundlage für den gezielten Einsatz des PILP-Prozesses für die Synthese von Nanokompositmaterialien zu schaffen.
  • Flüssigphasenprozessierung von Silicium-Dünnfilmen und elektronischen Bauelementen basierend auf Polysilan-Präkursoren
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.03.2014 - 14.03.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Im beantragten Vorhaben wird die Abscheidung von Silicium-Dünnfimen aus gelösten und formulierten Polysilan-Präkursoren für den Einsatz in elektronischen Bauelementen untersucht. Gegenüber anderen anorganischen Materialsystemen aus der Flüssigphase verspricht die Herstellung von Silicium-Dünnfilmen Vorteile hinsichtlich fundamentaler Materialeigenschaften (Beweglichkeiten, Lebensdauern), Stabilität und Zuverlässigkeit sowie der Beeinflussbarkeit von Materialparametern (z.B. Dotierung). Die wissenschaftliche Herausforderung des Vorhabens besteht in signifikanten Verbesserungen in
    • der Reproduzierbarkeit und Ausbeute bei der Synthese von Cyclosilan- und Polysilan-Lösungen für Aufschleuder, Sprüh- oder Druckverfahren,
    • der Funktionalität der Silanmoleküle.

    Konkret sollen bisher nicht demonstrierte, multifunktionale Silanmoleküle mit dotierender oder kristallisationsunterstützender Funktion synthetisiert und angewandt werden und- der Umsetzung der abgeschiedenen Präkursorfilme zu amorphen, nano- oder polykristallinen Siliciumfilmen unter den Anforderungen der gedruckten Elektronik, speziell

    •  durch die Untersuchung thermischer und photonischer Ausheilverfahren mit deutlich verringertem Energieeintrag in das Substrat für den Einsatz auf technischen Gläsern oder Plastikfolien, sowie
    • durch den Transfer von Techniken zur metallinduzierten Kristallisation amorpher Siliciumfilme auf die Zielssteme. Hierbei werden die nachträgliche, metallinduzierte Kristallisation Polysilan-basierter amorpherSiliciumschichten sowie Möglichkeiten zur Einbringung der katalytisch aktiven Spezies bei Molekülsynthese oder Tinten-Formulierung untersucht.

    Die Anwendbarkeit der Siliciumdünnfilme wird anhand ausgewählter uni- und bipolarer elektronischer Bauelemente, d.h.konkret an den Beispielen Dünnfilmtransistor und Solarzelle demonstriert. Im Vordergrund steht die Optimierung der elektrischen Eigenschaften der Dünnfilme (Defekte, Ladungstransport, Dotierbarkeit) im Hinblick auf die Zielbauelemente.Die interdisziplinäre Aufgabenstellung wird von zwei Antragstellern mit ausgewiesenen Kompetenzen in den Bereichen Siliciumchemie (TU BA Freiberg) und Bauelemente- und Prozesstechnik (FAU Erlangen) in enger Kooperation bearbeitet.

  • HEVC Video Coding
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2014 - 31.10.2014
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Modellierung und Simulation von Wachstum in weichen Biomaterialien
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2014 - 30.04.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Zahlreiche biologische Systeme sind mit dünnen Schichten bedeckt, die dem Schutz, der selektiven Absorption, und dem transmembranen Transport dienen. Typische Beispiele sind die Haut als Schutzmantel des gesamten Körpers, die Schleimhaut als Schutz der Lungen, und die Kortex als Schutzhülle des Gehirns. Biologische Oberflächen weisen üblicherweise ein anderes Materialverhalten als der ihnen anhaftende Festkörper selbst auf; insbesondere wachsen sie häufig mit einer anderen Geschwindigkeit. Wachstum, morphologische Instabilitäten und das Ausbeulen biologischer Oberflächen sind bereits intensiv untersucht worden, wobei die Oberfläche bisher immer als Schicht mit einer finiten Dicke mo-delliert wurde. Jedoch wurde bislang nie das Wachstum der Oberfläche selbst untersucht. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Theorie von Kontinua mit Oberflächenenergien und wachsenden Oberflächen zu etablieren, wobei die Oberfläche mit ihrer eigenen freien Oberflächenenergie ausge-stattet ist, und vollkommen unabhänging vom Festkörper selbst wachsen kann. In Analogie zu den klassischen Gleichungen der Kinematik, den Bilanzgleichungen, und den Konstitutivgleichungen wachsender Festkörper sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die kontinuumsmechanischen Grundgleichungen für wachsende Oberflächen herleitet werden. Wir werden diese Gleichungen mit Hilfe der Finite Element Methode diskretisieren, und ein robustes und stabiles Computerprogramm bereitstellen, das es uns erlaubt, den Beginn und den Fortschritt morphologischer Oberflächenände-rungen quantitativ vorherzusagen. Das Computerprogramm soll anhand von vier ausgewählten An-wendungen demonstriert werden: Ausbeulen dünner polymerartiger Filme, Faltenbildung in der Haut, Degeneration der Atemröhre, und Gehirnfaltung. Die Modellierung von Oberflächenwachstum hat direkte biomedizinische Anwendungen im Bereich der Plastischen Chirurgie, in der Asthmaforschung, und in der Gehirnentwicklung. Neben diesen biomedizinischen Anwendungen ist das grundsätzliche Verständnis von wachstumsinduzierten morphologischen Instablitäten und Oberflächenfaltung wichtig in der Materialtheorie, der Werkstoffkunde, und der Mikrofertigung, mit direkten Anwendungen z.B. in der Soft-Lithographie, der Messtechnik, und der flexiblen Elektronik.
  • Entwicklung eines Photobioreaktors mit volumetrischer Beleuchtung mittels induktiver resonanter Kopplung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2014 - 01.02.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • High Productivity Electron Beam Melting Additive Manufacturing Development for the Part Production Systems Market
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: High Productivity Electron Beam Melting Additive Manufacturing Development for the Part Production Systems Market
    Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Capacities / Forschung für spezielle Gruppen (insbesondere KMU) (SME)
    Electron beam melting additive manufacturing is used to produce successive layers of a part in a powder bed and offers the ability to produce components closest to their final dimensions, with good surface finish. At this time the process is faster than any other technique of comparable quality, however the parts are not produced at sufficient rate to make them economically viable for any but very high value specific applications. One key output of the project will be the knowledge surrounding the use of the high powder electron beam gun, including the process control, and modeled and validated understanding of beam-powder bed interaction. The target objectives is the transfer of the 2D model to a 3D model and its parallel implementation. The outcome of the simulation will be compared with real experimental data and therefore the model parameters are adjusted in such a way that the resulting numerical melt pool sizes correspond to the experimental ones.
  • Modellierung und Simulation nichtlinear elektro-thermo-visko-elastischer EAPs (Electronic Electro-Active Polymers)
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2014 - 01.01.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das beantragte Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der numerischen Simulation und der Modellierung des Verhaltens von EEAPs (Electronic Electro-Active Polymers) unter dem Einfluss elektrischer Belastungen. Obwohl bereits Arbeiten vorliegen, die das Verhalten von EEAPs prinzipiell beschreiben, bedarf es noch weiterer Anstrengungen um die elektro-thermo-mechanische Wechselwirkung in einem Kontinuumskörper zu modellieren, der einerseits großen Formänderungen unterliegt und andereseits dem Einfluss des den Körper umgebenden Raums ausgesetzt ist. Zum Einen existieren derzeit keine thermodynamisch konsistenten Materialmodelle die gleichermaßen große Formänderungen, die nicht-lineare elektrische Polarisation, die Viskoelastizität und die temperaturabhängigen elektro-mechanischen Eigenschaften von EEAPs berücksichtigen. Zum Anderen gibt es derzeit keine Software, die das gleichzeitige Auftreten dieser multiphysikalischen Effekte in einer einheitlichen Simulationsumgebung erfassen kann. Weiterhin berücksichtigt der Großteil der EEAP-bezogenen Arbeiten in der Literatur nicht den Einfluss des einen Kontinuumskörper umgebenden Raums und kann daher lediglich zur Beschreibung kondensator-ähnlicher Strukturen, deren Dicke im Vergleich zu den übrigen geometrischen Abmessungen sehr klein ist, herangezogen werden. In diesem Forschungsvorhaben soll das Verhalten von EEAPs unter Berücksichtigung des elektro-thermo-visko-elastischen Verhaltens modelliert und mit Hilfe der Methode der finiten Elemente (FEM) und der Randelementmethode (BEM) simuliert werden. Die FEM wird hierbei verwendet, um die EEAP-Struktur zu beschreiben und die BEM soll verwendet werden, um den Einfluss des umgebenden Raums zu simulieren. Neben der numerischen Simulation der elektro-thermo-mechanischen Wechselwirkung in EEAPs soll ebenfalls die numerische Auswertung der materiellen Kräfte in EEAP-Strukturen mit Defekten unter Berücksichtigung elektro-thermo-visko-elastischer Effekte Anwendung finden. Materielle Kräfte können etwa in der Vorhersage der Rissausbreitung in EEAP-basierten Strukturen unter der Wirkung elektrischer Belastungen Verwendung finden.
  • Multi-scale modeling of nano-structured polymeric materials: from chemistry to materials performance
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Multi-scale modeling of nano-structured polymeric materials: from chemistry to materials performance
    Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
  • Pre-standardisation of incremental FIB micro-milling for intrinsic stress evaluation at the sub-micron scale
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Pre-standardisation of incremental FIB micro-milling for intrinsic stress evaluation at the sub-micron scale
    Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
    Intrinsic (or residual) stresses, resulting from manufacturing or processing steps, mostly define the performance and limit the lifetime of nanostructured materials, thin films, coatings and MEMS devices. The established techniques for micron-scale measurement of residual stress still have strong limitations, e.g. in terms of spatial resolution, lack of depth sensing, their applicability on non-crystalline materials or accessibility to industry.In this project, a European consortium is established to develop an innovative, highly reproducible and automated measurement protocol for the analysis of residual stress distribution on a (sub)micron-scale, based on incremental focused ion beam (FIB) milling, combined with high-resolution in situ Scanning Electron Microscopy (SEM) imaging and full field strain analysis by digital image correlation (DIC). The activities will focus on the implementation and pre-standardisation of fully automated FIB-SEM, DIC and inverse stress calculation procedures, together with a quantitative analysis and modelling of FIB induced artefacts and stress-structure-properties relationship for the selected materials and devices. The final aim of the project will be the development of innovative design rules, implemented into simulation and optimization tools under coordination of industry partners, for the production of residual stress-controlled nanostructured and amorphous materials, with specific focus on (i) multi-layered nano-coatings, (ii) micro/nano-crystalline and amorphous materials, (iii) MEMS and 3D metal interconnects. The project is expected to realize a breakthrough in measurement, standardization and modelling ability of the residual stress distribution at the (sub)micron scale. The measurement techniques and the simulation tools will provide SMEs in particular with enabling technologies for the design and efficient production of innovative micro-devices with improved in-service performance and substantially reduce development costs.
  • Ein Offenes Archiv für Formalisierungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2014 - 30.06.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Mathematisches Wissen liegt im Kernbereich von Wissenschaft und Technologie und ist ein wesentlicher Innovationsfaktor. Allerdings wächst das verfügbare Wissen schneller als unsere Fähigkeit es zu organisieren und zu nutzen. Maschinelle Unterstützung durch symbolische (Software)-Systeme könnte theoretisch Abhilfe schaffen, aber benötigt in der Regel Bibliotheken formalisierten mathematischen Hintergrundwissens. Somit wird die maschinelle Unterstützung durch die hohen Formalisierungskosten ausgebremst. Schlimmer noch: Die Systeme und ihre Bibliotheken sind nicht interoperabel, da sie auf unterschiedlichen logischen Grundlagen aufbauen. So gehen Ressourcen durch Parallelentwicklung grundständiger Bibliotheken verloren, die dann wiederum für die Abdeckung neuer Wissensgebiete fehlen. Zudem zwingt die Pluralität der Bibliotheksformate zur Parallelentwicklung von Bibliotheksmanagementfunktionalitäten statt die originären Systemfunktionalitäten zu verbessern.Das beantragte OAF-Projekt trägt zur Lösung der Interoperabilitäts- und Pluralitätsprobleme durch die Entwicklung eines offenen Archivs für Formalisierungen bei, also einer gemeinschaftlichen Infrastruktur zur Nutzung und zum Management formalen mathematischen Wissens wie Theorien, Definitionen, oder Beweisen. Diese Infrastruktur ist auf Skalierbarkeit sowohl über große Wissensmengen als auch über unterschiedliche logische Grundlagen ausgelegt. Insbesondere basiert es auf einem einheitlichen metalogischen Repräsentationsformat, in dem die logischen Grundlagen zusammen mit den Bibliotheken formalisiert werden, so dass es als Fundament für die semantische Vernetzung von Bibliotheken dienen kann.Dadurch wird das OAF Projekt zwei wichtige Engpässe beseitigen. Zum einen stellt es eine allgemeine Archivlösung bereit, die sich nicht alle einzelnen Arbeits- oder Nutzergruppen alleine leisten können. Zum anderen liefert es ein standardisiertes, systemübergreifendes Bibliotheksformat, das die Vergleichbarkeit und dadurch die Evolution von Systemen katalysiert.Entwickler symbolischer Systeme können das Bibliotheksmanagement an das OAF-System delegieren, und die Mathematical Knowledge Management (MKM) Community kann auf der Basis von OAF Mehrwertdienste entwickeln. Im Gegensatz zum momentanen Stand der Technik können sich die Entwickler symbolischer Systeme auf die logischen Grundlagen ihrer Systeme konzentrieren und die Entwickler generischer MKM-Dienste erhalten Zugang zu Bibliotheken relevanter Größe. Unsere systemübergreifende Repräsentationssprache ermöglicht -- zum ersten Mal -- die systematische Erforschung der Integration von großen Bibliotheken verschiedener Formalismen. Längerfristig ermöglicht dies die nahtlose Verknüpfung und Verschmelzung von Bibliotheken zu einem großen formalen Wissensraum.
  • Embodied Audition for RobotS
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Embodied Audition for RobotS
    Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
    EARS will explore new algorithms for enhancing the auditive capabilities of humanoid robots A main focus is to develop the fundamentals for a natural spoken dialogue between humans and robots in adverse acoustical environments

    The success of future natural intuitive human-robot interaction (HRI) will critically depend on how responsive the robot will be to all forms of human expressions and how well it will be aware of its environment. With acoustic signals distinctively characterizing physical environments and speech being the most effective means of communication among humans, truly humanoid robots must be able to fully extract the rich auditory information from their environment and to use voice communication as much as humans do. While vision-based HRI is well developed, current limitations in robot audition do not allow for such an effective, natural acoustic human-robot communication in real-world environments, mainly because of the severe degradation of the desired acoustic signals due to noise, interference and reverberation when captured by the robot's microphones. To overcome these limitations, EARS will provide intelligent "ears" with close-to-human auditory capabilities and use it for HRI in complex real-world environments. Novel microphone arrays and powerful signal processing algorithms shall be able to localize and track multiple sound sources of interest and to extract and recognize the desired signals. After fusion with robot vision, embodied robot cognition will then derive HRI actions and knowledge on the entire scenario, and feed this back to the acoustic interface for further auditory scene analysis. As a prototypical application, EARS will consider a welcoming robot in a hotel lobby offering all the above challenges. Representing a large class of generic applications, this scenario is of key interest to industry and, thus, a leading European robot manufacturer will integrate EARS's results into a robot platform for the consumer market and validate it. In addition, the provision of open-source software and an advisory board with key players from the relevant robot industry should help to make EARS a turnkey project for promoting audition in the robotics world.

  • Inner source software development
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2014 - 31.12.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Trends in Image and Video Communication
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2013 - 30.09.2015
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Open and Collaborative Query-Driven Analytics
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.11.2013 - 01.11.2016
    Mehr und mehr Unternehmen sammeln möglichst alle anfallenden Daten in sogenannten "Data Lakes". Obwohl die Daten damit prinzipiell für beliebige Analysen zur Verfügung stehen, bleibt es dennoch unerlässlich für die Analyse, ein Verständnis für die Bedeutung und die Verknüpfungsoptionen der Daten zu entwickeln. Analysten, die diese Arbeit bereits geleistet haben, formulieren Anfragen, in denen solches Wissen implizit enthalten ist. Wenn dieses Wissen jedoch nicht mit anderen geteilt wird, bleiben mögliche Synergien ungenutzt und das Verständnis der Daten im "Data Lake" wird erschwert. Wir extrahieren automatisiert Teile dieses Wissens aus analytischen Anfragen, um es in aufbereiteter Form für nachfolgende Analysen nutzen zu können. Datenanalysten werden dadurch schneller auf relevante Datenquellen aufmerksam und die Datenintegration wird erleichtert.
  • NYT 13/14 - Technische Schulden
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 14.10.2013 - 07.02.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Plasticity at interfaces in complex compounds
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
  • In-situ-Mikroskopie mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.10.2013 - 31.03.2018
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Innovative Forschung an neuen Materialien und Funktionswerkstoffen hat nicht nur für den Technologiestandort Deutschland eine wichtige Bedeutung, sondern spielt auch bei der Bewältigung globaler Herausforderungen, wie etwa dem Ausbau erneuerbarer Energien, eine zentrale Rolle. Die Nanotechnologie eröffnet hierbei weitreichende Möglichkeiten, Materialien auf kleinster Ebene zu strukturieren, was zu neuen Eigenschaften und Funktionalitäten führt. Um auf dieser Basis neue Materialien und Bauteile gezielt entwickeln zu können, sind moderne Methoden der Nanocharakterisierung unverzichtbar. Der Einsatz von kurzwelliger Strahlung - schnelle Elektronen, Röntgen-/Neutronenstrahlung - sowie von Rastersonden erlaubt in herausragender Weise die Untersuchung der äußeren und inneren Materialstruktur auf atomarer und Nanometerskala. Darüber hinaus eröffnen neue in-situ-Methoden einzigartige Möglichkeiten, die Entstehung, Stabilität und mechanische Integrität von Nanostrukturen direkt auf mikroskopischer Skala zu untersuchen und Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktionalität aufzuklären. Somit werden die in-situ-Methoden zu zentralen Werkzeugen moderner Materialentwicklung. Das Graduiertenkolleg bringt erstmals die drei wichtigsten Säulen der Nanocharakterisierung in einem strukturierten Promotionsprogramm zusammen. Neben der methodenübergreifenden und interdisziplinären Ausbildung der nächsten Generation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren in modernen Nanocharakterisierungsmethoden steht dabei die Neu- und Weiterentwicklung von in-situ-Verfahren im Vordergrund. Diese werden im Graduiertenkolleg eingesetzt, um grundlegende Fragestellungen zur Bildung, Stabilität und Funktionalität von komplexen Nanostrukturen und Grenzflächen zu untersuchen. Im Projektbereich A "Funktionale Nanostrukturen und Netzwerke" wird der Fragestellung nachgegangen, wie sich Eigenschaften einzelner Nanostrukturen auf Netzwerke übertragen und deren Funktionalität bestimmen. Im Projektbereich B "Mechanische Eigenschaften von Grenzflächen" werden Grenzflächen unterschiedlicher Struktur und Bindungsstärke unter gezielten Belastungen untersucht. Das gemeinsame Studium von funktionalen und mechanischen Eigenschaften mittels komplementärer, skalenübergreifender in-situ-Methoden ist hierbei einzigartig. Die Doktorandinnen und Doktoranden im Graduiertenkolleg werden durch das Erlernen mehrerer komplementärer Methoden sowie die Einbindung in internationale Zusammenarbeit hervorragend auf zukünftige Führungsaufgaben in der modernen Materialforschung vorbereitet.
  • Trockenumformung mit lokal angepassten tribologischen Bedingungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1676: Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik
    Laufzeit: 01.10.2013 - 01.10.2016
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Bei der Trockenumformung erfolgt aufgrund des fehlenden Schmierstoffes eine intensive Wechselwirkung zwischen Werkstück- und Werkzeugoberfläche. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Realisierung trockener Umformprozesse durch die Entwicklung und den Einsatz neuartiger tribologischer Systeme. Den Herausforderungen der Trockenumformung, wie erhöhter Reibung in Verbindung mit gesteigertem Verschleiß, wird durch maßgeschneiderte, werkzeugseitige Oberflächenmodifikationen begegnet. In der ersten Projektphase wird das schmierstofffreie Tiefziehen einer industrieüblichen Stahlsorte untersucht. Zur Prüfung der Übertragbarkeit ermittelter Zusammenhänge auf weitere Werkstoffklassen wird eine Aluminiumlegierung gegenübergestellt. In Referenzversuchen unter Laborbedingungen wird durch die Analyse und Beschreibung der tribologischen Effekte das grundlegende Prozessverständnis für trockene Umformbedingungen geschaffen. Die Versuchsergebnisse dienen gleichzeitig als Eingangswerte für die simulationsbasierte Auslegung des segmentierten Werkzeugs zur Herstellung eines Rechtecknapfes. Ausgehend von der FE-basierten Identifizierung tribologisch relevanter Werkzeugbereiche werden in einem inversen Ansatz Anforderungsprofile für die einzelnen Segmente des Tailored Tool abgeleitet. Die Anforderungen bilden die Zielgrößen für die Entwicklung maßgeschneiderter werkzeugseitiger Oberflächenmodifikationen. Zur Reibungsreduzierung sowie zur Gewährleistung eines ausreichenden Verschleißschutzes im schmierstofffreien Tiefziehprozess wird die Eignung amorpher Kohlenstoffschichtsysteme evaluiert. Da Trockenumformprozesse extreme Verschleißanforderungen an Werkzeugbeschichtungen stellen, wird zur lokalen Erhöhung der Verschleißfestigkeit die laserinduzierte Wärmebehandlung amorpher Kohlenstoffschichten untersucht. Zur gezielten Einstellung des Stoffflusses werden darüber hinaus lokale werkzeugseitige Oberflächenstrukturen entwickelt und mittels Laserablation appliziert. In Laborversuchen erfolgt eine systematische Analyse des resultierenden Reib- und Verschleißverhaltens. Insbesondere werden der Einfluss der Faktoren Werkzeugwerkstoff, Oberflächenbeschichtung und -strukturierung auf das Werkzeugeinsatzverhalten untersucht. Zur Ermittlung der Prozessgrenzen wird zudem die Abhängigkeit des Werkzeugeinsatzverhaltens von den auftretenden Prozessbeanspruchungen quantifiziert. Die abgeleiteten Zusammenhänge zwischen den Prozessbeanspruchungen, den Oberflächenmodifikationen und dem resultierenden Werkzeugeinsatzverhalten werden für die gezielte lokale Anpassung der tribologischen Bedingungen im Napfzugprozess genutzt. Zur Validierung der ermittelten Zusammenhänge wird in dem Tiefziehmodellprozess das Reib- und Verschleißverhalten des segmentierten Werkzeugs für die untersuchten Stahl- und Aluminiumhalbzeuge ermittelt. Die Ergebnisse der ersten Projektphase bilden die Grundlage zur Qualifizierung maßgeschneiderter tribologischer Systeme für Trockenumformprozesse.
  • Structure-property relations of individual nanowires
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ-Mikroskopie mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Silver nanowire networks are very promising as flexible electrode for organic (opto)electronics.  They fulfill the requirement of a low sheet resistance combined with high transmittance and macroscopic bending tests show excellent performance. In order to understand failure mechanisms and prospectively optimize the deformation behavior of AgNW electrodes in situ mechanical testing in the TEM is conducted. In situ tensile tests of single Ag NWs  as well as Ag NW networks are conducted in this project in order to perform scale bridging failure analysis
  • Atomistic simulation of mechanical properties of nanostructures and interfaces
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Metallic nanostructures (i.e., objects with at least one dimension in the sub-micron range, like thin films, nanowires or nanoparticles) and nanostructured materials (i.e., materials in which the characteristic internal length scale of the microstructure is below 100 nm, like nanocrystalline metals or multilayers) currently receive much attention due to their often superior mechanical properties compared to bulk materials with larger microstructural features.

    Project B6 uses atomistic simulations to study the mechanical properties of individual nano-objects and grain boundaries as well as their combination (e.g., twinned nanowires, nanocrystalline thin films, nanowire junctions).

    The aim of our work is to complement the experimental investigations (collaboration with A1, B3-5) and provide qualitative insights in the fundamental deformation mechanisms not readily observable in the experiments, and to derive information for meso- and continuum-scale models of small scale plasticity.

  • Growth and stability of anisotropic nanoparticles in liquids
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: https://www.grk1896.forschung.fau.de/
    Liquid cell transmission electron microscopy (LCTEM) is a novel, highly attractive method for in situ studies into dynamic processes of nanoparticulate systems in liquid environment excluding influences of drying effects. For this purpose a small volume of the fluid under investigation is confined between two electron transparent membranes to prevent vaporization in the ultra-high vacuum of an electron microscope. In the context of this project innovative liquid cell architectures are developed and fabricated. Furthermore, these liquid cells are applied to elucidate growth and degradation processes of nanomaterials for getting deeper insights into structure formation, stability and the structure-property relationship of various material systems.
  • Nucleation, growth and degradation of anisotropic nanoparticles
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    The synthesis of noble metal nanoparticles in various shapes and sizes is of high importance for many applications. Mostly, the preparation of these nanoparticles is done in aqueous solutions via a wet-chemical approach where micelle forming surfactants are involved as catalysts, structure directing agents and stabilizers. The main focus of roject A3 is to gain a deeper understanding of the interaction between inorganic noble metal nanoparticles and amphiphilic micelles. These interactions seem to play a crucial role in the formation, stabilization and degradation of such particles. We use small angle X-ray (SAXS) and neutron scattering (SANS) in combination with UV-Vis absorption spectroscopy and transmission electron microscopy to characterize the nanoparticles and micelles.
  • Trockenumformung mit lokal angepassten tribologischen Bedingungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1676: Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik
    Laufzeit: 01.10.2013 - 01.10.2016
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Bei der Trockenumformung erfolgt aufgrund des fehlenden Schmierstoffes eine intensive Wechselwirkung zwischen Werkstück- und Werkzeugoberfläche. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Realisierung trockener Umformprozesse durch die Entwicklung und den Einsatz neuartiger tribologischer Systeme. Den Herausforderungen der Trockenumformung, wie erhöhter Reibung in Verbindung mit gesteigertem Verschleiß, wird durch maßgeschneiderte, werkzeugseitige Oberflächenmodifikationen begegnet. In der ersten Projektphase wird das schmierstofffreie Tiefziehen einer industrieüblichen Stahlsorte untersucht. Zur Prüfung der Übertragbarkeit ermittelter Zusammenhänge auf weitere Werkstoffklassen wird eine Aluminiumlegierung gegenübergestellt. In Referenzversuchen unter Laborbedingungen wird durch die Analyse und Beschreibung der tribologischen Effekte das grundlegende Prozessverständnis für trockene Umformbedingungen geschaffen. Die Versuchsergebnisse dienen gleichzeitig als Eingangswerte für die simulationsbasierte Auslegung des segmentierten Werkzeugs zur Herstellung eines Rechtecknapfes. Ausgehend von der FE-basierten Identifizierung tribologisch relevanter Werkzeugbereiche werden in einem inversen Ansatz Anforderungsprofile für die einzelnen Segmente des Tailored Tool abgeleitet. Die Anforderungen bilden die Zielgrößen für die Entwicklung maßgeschneiderter werkzeugseitiger Oberflächenmodifikationen. Zur Reibungsreduzierung sowie zur Gewährleistung eines ausreichenden Verschleißschutzes im schmierstofffreien Tiefziehprozess wird die Eignung amorpher Kohlenstoffschichtsysteme evaluiert. Da Trockenumformprozesse extreme Verschleißanforderungen an Werkzeugbeschichtungen stellen, wird zur lokalen Erhöhung der Verschleißfestigkeit die laserinduzierte Wärmebehandlung amorpher Kohlenstoffschichten untersucht. Zur gezielten Einstellung des Stoffflusses werden darüber hinaus lokale werkzeugseitige Oberflächenstrukturen entwickelt und mittels Laserablation appliziert. In Laborversuchen erfolgt eine systematische Analyse des resultierenden Reib- und Verschleißverhaltens. Insbesondere werden der Einfluss der Faktoren Werkzeugwerkstoff, Oberflächenbeschichtung und -strukturierung auf das Werkzeugeinsatzverhalten untersucht. Zur Ermittlung der Prozessgrenzen wird zudem die Abhängigkeit des Werkzeugeinsatzverhaltens von den auftretenden Prozessbeanspruchungen quantifiziert. Die abgeleiteten Zusammenhänge zwischen den Prozessbeanspruchungen, den Oberflächenmodifikationen und dem resultierenden Werkzeugeinsatzverhalten werden für die gezielte lokale Anpassung der tribologischen Bedingungen im Napfzugprozess genutzt. Zur Validierung der ermittelten Zusammenhänge wird in dem Tiefziehmodellprozess das Reib- und Verschleißverhalten des segmentierten Werkzeugs für die untersuchten Stahl- und Aluminiumhalbzeuge ermittelt. Die Ergebnisse der ersten Projektphase bilden die Grundlage zur Qualifizierung maßgeschneiderter tribologischer Systeme für Trockenumformprozesse.
  • Geometric and electronic structure of metal-organic nanowires
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Metal-organic charge-transfer complexes based on TCNQ shows exciting electrical or photochemical switching properties, which involves modification of the valence state of TCNQ (TCNQ-/TCNQ°). We use complementary microspectroscopic tools to investigate in-situ the switching behaviour of individual Ag-TCNQ nanocrystals. Structural probes like Nano-XRD and electron diffraction are considered to offer insight into potential structural modifications upon electrical switching.
  • Bragg-Gitter-Sensoren auf der Basis von Hybridpolymeren - Grundlegende Untersuchungen und Realisierung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2013 - 01.10.2016
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Ziel des hier beantragten Vorhabens mit dem Titel - Bragg-Gitter-Sensoren auf der Basis von Hybridpolymeren - ist die Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens für photonische Strukturen und Bauelemente. Aus technologischer Sicht neu ist dabei der Einsatz der UV-gestützten substratkonformen Imprintlithografie (UV-SCIL) zur großflächigen Herstellung dreidimensionaler photonischer Strukturen in Hybridpolymeren kombiniert mit dem UV-gestützten Einschreiben von Bragg-Gittern in die vorstrukturierten Elemente. Dies ermöglicht die Herstellung von planaren Bragg-Gitter-Sensoren in dreidimensionalen photonischen Schaltungen mit nur zwei wesentlichen Prozessschritten. Zudem ist bei den Schaltungskomponenten durch den Einsatz von UV-SCIL eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit und damit eine geringe Dämpfung sowie eine sehr hohe Genauigkeit der Strukturen zu erwarten. Im Rahmen des Vorhabens werden exemplarisch optische Wellenleiter, Koppler und vor allem integrierte Bragg-Gitter realisiert, zu einem Sensorelement kombiniert und für sensorische Aufgaben qualifiziert. Die hergestellten Demonstratoren eignen sich dabei beispielsweise zur Gasdetektion. Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf materialwissenschaftlichen Untersuchungen. So werden insbesondere die chemischen Prozesse identifiziert, die zur UV-induzierten Brechzahlmodifikation in den Hybridpolymeren führen und der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Eigenschaften photonischer Bauelemente aus dieser Materialklasse untersucht. Komplettiert werden diese experimentellen Arbeiten durch eine vollständige Simulation des Einschreibevorgangs der Bragg-Gitter.
  • Electrical properties of nanowires and nanowire networks
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
  • Local leakage currents in nanoparticulate films
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Crucial for all kind of printed electronics is to assess and understand the electrical limitations in utilized nano materials. Among which, ZnO nanoparticles are widely used as electron transporting layer in multi-layer stack semiconductor devices, e.g. organic solar cells. Since ZnO nanoparticles are rather difficult to control with respect to their electronic properties the charge transport mechanism in solution-cast films of ZnO nanoparticles is investigated under various atmospheres and by means of low-temperature current-voltage characteristics with and without UV-activation.
  • Adhesion and friction of particles on model surfaces
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
  • Strength and toughness of interfaces at small scales
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    The mechanical properties of metals are strongly affected by interfaces. Within this project area micromechanical testing methods such as micro tensile testing, bulge testing and nanoindentation are applied to metallic thin films or micropillars. In-situ electron microscopy and atomic force microscopy are used to analyze the resulting deformation processes. The goal is to understand how grain boundaries and surfaces influence the strength and fracture toughness of metals.
  • Sliding of incommensurate interfaces in layered compounds
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: In-situ Characterization of Nanomaterials with Electrons, X-rays/Neutrons and Scanning Probes
    Laufzeit: 01.10.2013 - 30.09.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
  • Multi-sensor metrology for microparts in innovative industrial products
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Multi-sensor metrology for microparts in innovative industrial products
    Laufzeit: 01.09.2013 - 31.05.2016
    Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis), andere Förderorganisation
    URL: https://www.ptb.de/emrp/microparts-home.html
    The overall goal of the Joint Research Project is a significant improvement of state-of-the-art measurement capabilities of multi-sensor coordinate measuring machines (CMMs) for microparts used, e.g. in automotive, medical and optical applications. The project will address the specific problems related to dimensional measurements of small complex features at high accuracy and all forms of sensors used for the measurement of microparts will be included. These specific problems have a strong influence on measurement uncertainties. The project will also address the issue of traceability, comparability, handling and fusion of measurement data from multiple sensors, which are important issues for the industrial application of multi-sensor coordinate metrology.
  • A High Level Language for Programming and Specifying Multi-Effect Algorithms
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.09.2013 - 01.09.2016
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    In the analysis of programs, side-effects are notoriously problematic as they induce a gap between programs and the mathematical notion of function. A well-established approach to this issue is to encapsulate side-effects as monads, which lift types of values to types of computations — thus, sideeffecting functions become pure functions returning computations. Technically, this paradigm, as used in functional languages such as Haskell or F#, is based on Moggi’s computational metalanguage. However, the computational metalanguage and generic program logics based on it are currently limited to sequential programming over comparatively simple memory models. Contrastingly, specialized program logics and practical monad-based programming nowadays encompass advanced features such as concurrency and heap separation. Our aim is to provide the foundations of a unified framework to support the next generation of monad-based programming principles and program logics. To this end, we will extend the computational metalanguage, which works within a fixed single effect, to a High Level Monadic Metalanguage (HMML) which lives over the category of monads and hence accommodates morphisms and standard constructions of monads. The HMML will be equipped with interactive and, where possible, automatic reasoning support. Within the HMML, we will develop generic programming constructs and program logics for side-effecting concurrent processes and heap separation.
  • ICON+PA - Schaltverstärker für Sender
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.09.2013 - 28.02.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Datenmanagement im Informatikunterricht
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.09.2013 - 01.09.2016
    Das Thema "Datenmanagement" stellt mit der strukturierten Speicherung von Informationen ein zentrales Thema der Informatik und im Informatikunterricht dar. Zusätzlich hat dieses Thema jedoch auch eine immer größere Bedeutung im Alltag. Durch aktuelle Entwicklungen, insbesondere durch Big Data und NoSQL, findet in diesem Bereich derzeit ein Paradigmenwechsel statt. Aufgrund dieser fachlichen Aspekte und der steigenden Anforderungen an den Umgang mit Daten im Alltag steht auch der Informatikunterricht vor neuen Herausforderungen. Um einen zukunftssicheren Informatikunterricht zu diesem Thema zu ermöglichen, der zugleich modernen Anforderungen entspricht, müssen im Unterricht künftig neue oder veränderte Kompetenzen im Umgang mit Daten gefördert werden. Weiterhin muss aber auch die zukünftige Relevanz der bisher im Unterricht vermittelten Konzepte überdacht werden. Bisher wurden im Rahmen einer ersten Veröffentlichung Möglichkeiten, die sich durch die Betrachtung von Big Data im Informatikunterricht ergeben, skizziert. Als nächste Schritte sind eine Analyse der Herausforderungen, denen der Informatikunterricht im Kontext der angesprochenen Entwicklungen gegenübersteht, sowie eine Analyse der im Umgang mit Daten im Alltag zukünftig nötigen Kompetenzen geplant.
  • Qualitätstechniken
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2013 - 31.08.2014
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern
    URL: http://univis.uni-erlangen.de/form?dsc=go&to=search/lectures&what=Qualit%E4tstechniken%20-%20QTeK%20-%20vhb
    Kompetenzen im Bereich des Qualitätsmanagements stellen eine wichtige Schlüsselqualifikation dar. Daher können Teilnehmende am E-Learning-Kurs QTeK Kenntnisse über Qualitätstechniken und organisatorisches Wissen zum Qualitätsmanagement erwerben. Neben der theoretischen Wissensvermittlung werden konkrete Anwendungsbeispiele behandelt, um einen Überblick über qualitätsbezogenes Handeln in der betrieblichen Praxis zu ermöglichen. Ergänzend zu den Modulen bestehen verschiedene Möglichkeiten, um den Stoff zu vertiefen. Zum einen enthält jedes Modul Aufgaben zur Selbstkontrolle, mit denen aktuelle Lerninhalte rekapituliert und das eigene Verstehen überprüft werden können. Zum anderen können umfangreichere Aufgaben online gelöst werden, die automatisch vom Ilias-System und von Tutoren bewertet werden. Die virtuelle Vorlesung erstreckt sich über das ganze Semester und umfasst elf aufeinander aufbauende Module und zwei Zusatzmodule. Während des gesamten Kurses stehen die Tutoren als Ansprechpartner bei inhaltlichen oder technischen Problemen zur Verfügung. Daneben besteht die Möglichkeit zum Austausch mit anderen Studierenden und mit dem Tutor in Diskussionsforen. Bei Bestehen der schriftlichen Prüfung erhalten die Teilnehmenden einen benoteten Schein. Die Teilnahme wird mit 2 SWS bzw. 3 ECTS anerkannt. Alternativ kann ein unbenotetes Teilnahmezertifikat ausgestellt werden, wenn die im Kurs gestellten Aufgaben erfolgreich bearbeitet wurden. Eine Teilnahme an der Prüfung ist dann nicht erforderlich. Folgende Lernziele werden mit QTeK verfolgt:
    • Studierende können die Motivation, Ziele, Grundsätze und Strategien des prozessorientierten Qualitätsmanagements darlegen.
    • Die Teilnehmenden können die Werkzeuge, Techniken und Methoden des Qualitätsmanagements entlang des Produktlebenszyklus darstellen.
    • Die Qualitätsmethoden, -techniken und –werkzeuge können auf ein anderes Problem übertragen und mit deren Hilfe Probleme analysiert werden.
    • Statistische Auswertungen können interpretiert und neue Probleme auf statistische Auffälligkeiten getestet werden.
    • Statistische Versuchspläne können auf praktische Probleme übertragen und aus den Ergebnissen die Zusammenhänge und Einflüsse der Faktoren interpretiert werden.
    • Die Studierenden sind in der Lage, Prozesse mit Hilfe der statistischen Prozesslenkung (SPC), Qualitätsregelkarten und Prozessfähigkeitsindizes zu beschreiben.
    • Sie können die Zuverlässigkeit von Systemen berechnen sowie den Aufbau und die Einführung von Qualitätsmanagementsystemen darlegen.
  • Zentrum für Alternsgerechte Dienstleistungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.07.2013 - 30.06.2020
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    URL: http://www.zad-nuernberg.de
    Die interdisziplinäre Zusammensetzung des ZAD ist einzigartig: hier kooperieren Service-Experten der Fraunhofer Service Factory aus Nürnberg mit Gerontologen des Instituts für Psychogerontologie sowie Innovationsforschern des Lehrstuhls für Wirtschaftsinformatik. Darüber hinaus arbeitet das ZAD mit Seniorinnen und Senioren zusammen, die sich gerne mit ihrem Erfahrungswissen in die Weiterentwicklung von Produkten und Dienstleistungen einbringen.
  • Herstellung und Charakterisierung eines thermoelektrischen Materials auf Basis von bordotierten nanokristallinen Diamantfolien
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2013 - 31.03.2015
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Zur nachhaltigen Nutzung der Abwärmemengen beispielsweise von Fahrzeugen oder Kraftwerken eignet sich die auf dem Seebeckeffekt beruhende Technik der thermoelektrischen Generatoren (TEG), die aus Temperaturdifferenzen direkt elektrischen Strom erzeugt. Die derzeitig etablierten thermoelektrischen Materialen lassen keinen wirtschaftlich sinnvollen Einsatz zu, weil sie entweder toxisch und nur in sehr geringen Mengen verfügbar sind (Bismut- und Bleitelluride), oder noch zu geringe Wirkungsgrade aufweisen (SiGe). Einkristalliner oder mikrokristalliner Diamant haben eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 2000 W/mK) und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit, weshalb sie als thermoelektrisches Material zunächst ungeeignet scheinen. Durch die Abscheidung von bordotiertem, nanokristallinem Diamant auf temperaturbeständigen Templaten im CVD-Verfahren und deren nachfolgende Ablösung können selbsttragende Diamantfolien hergestellt werden. Diese sind ein vielversprechendes thermoelektrisches Material, weil sie sowohl gute elektrische Leitfähigkeiten als auch niedrige Wärmeleitfähigkeiten (2 W/mK) aufweisen. Dazu sind sie und sehr temperaturbeständig (600 °C an Luft, 1100 °C unter Luftabschluss). Dadurch erscheinen hohe Wirkungsgrade (ZT-Werte 2-3) möglich. Im beantragten Projekt sollen bordotierte, p-leitende, nanokristalline Diamantfolien mit verschiedenen Prozessparametern (Druck, Methangehalt, Borgehalt, Beschichtungstemperatur) hergestellt und auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften (Seebeckkoeffizient, thermische und elektrische Leitfähigkeit) untersucht werden. Außerdem sollen die p-Folien mit schon existierenden ("schlechten") n-Folien zu thermoelektrischen Generatoren verlötet und dann ebenfalls charakterisiert werden.
  • CO2freeSNG2.0 - Advanced Substitute Natural Gas from Coal with Internal Sequestration of CO2
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Advanced Substitute Natural Gas from Coal with Internal Sequestration of CO2
    Laufzeit: 01.07.2013 - 30.06.2016
    Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/co2freesng2-0/
    The proposed project shall continue a previous RFCS project (i.e. CO2freeSNG) which focused on the conversion of coal into Substitute Natural Gas (SNG) by means of methanation of coal derived syngas in the 50 – 500 MW range.

    The main advantages of such Coal-to-SNG systems are their unique abilities for backing up the increasing share of fluctuating renewable energies (i.e. wind, pv) in the European electricity grid. Storing continuously energy from coal as Substitute Natural Gas (SNG) in the existing gas grid infrastructure in order to provide this energy on demand to flexible gas turbines and highly efficient combined cycles combines ideally with wind and photovoltaics.

    The state-of-the-art for Coal-to-SNG systems comprises large scale systems with entrained flow or oxygen-blown gasifiers including an extensive cleaning of the syngas. Cold gas cleaning by means of the Rectisol process implies scrubbing of the syngas at -40ºC to -70ºC with significant efficiency losses and an extraordinary high technical effort. However, grid injection requires usually medium-scale systems in order to use existing grid infrastructure due to usually locally limited gas injection capacities. The CO2freeSNG2.0 project targets at an innovative and medium-scale coal-to-SNG system with a substantially simplified gas cleaning at elevated temperatures.

  • Development of physically based simulation chain for microstructure evolution and resulting mechanical properties focused on additive manufacturing processes
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Development of physically based simulation chain for microstructure evolution and resulting mechanical properties focused on additive manufacturing processes
    Laufzeit: 01.07.2013 - 30.06.2016
    Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis)
  • Parallele Code-Analyse auf einer GPU
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.07.2013 - 01.07.2016
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/ParCAn/
    Im Übersetzerbau (und auch an anderen Stellen) gibt es Analyseverfahren, bei denen Informationen solange durch einen Graph propagiert und dabei verändert werden, bis sich das Analyseergebnis als Fixpunkt einstellt.
    Ziel dieses Projektes ist ein Programmrahmen, in dem verschiedene derartige Verfahren parallel und dadurch schneller auf der Graphikkarte ablaufen können.

    Graphen sind eine fundamentale Datenstruktur zur Repräsentation der Beziehungen zwischen Daten (z.B. soziale Netzwerke, Analyse der Verlinkung von Webseiten).  Zu analysierende Graphen können Millionen/Milliarden von Knoten/Kanten enthalten. GPUs können Graphen mit mehreren 1000 Threads parallel verarbeiten. Graph-Analysen arbeiten nach dem Bulk Synchrones Parallel (BSP) Model. Eine Graph-Analyse zerfällt in drei, strikt getrennte, Phasen: Rechnen, Kommunikation und Synchronisation. Letztere beiden setzen Interaktion mit dem  Host (CPU) voraus, welche sich negativ auf die Laufzeit auswirken. Unser GPU-basierter Übersetzer arbeitet ebenfalls nach dem BSP Model: Ein Entwickler modifiziert Code, dieser wird in einen (Kontrollfluss-) Graphen transformiert und auf der GPU analysiert. Jede Code-Veränderung löst diesen Zyklus aus. Der Graph muss also sehr schnell aufgebaut und auf die GPU transferiert werden.
    Publikationen im Bereich der Graph-Analysen beschränken sich darauf,  das Rechnen zu beschleunigen und auch nur dies zu vermessen. Die Ende-zu-Ende Zeit der Ausführung eines Programmes wird nicht berücksichtigt. Der Einfluss der Kommunikation und Synchronisation wird außer Acht gelassen, hat aber einen entscheidenden Einfluss auf die Laufzeit.
    Für unseren GPU gestützten Übersetzer, betrachten wir alle drei Phasen des BSP-Models. 2017 veröffentlichten wir ein Papier, das die Synchronisation erheblich beschleunigt. Ferner fokussierten wir uns auf die Kommunikation. In diesem Kontext bedeutet Kommunikation das Kopieren des Graphen auf die GPU (und zurück). Während diese Zeit stark von der Datenstruktur des Graphen abhängt, beeinflusst sie  auch die Dauer der Rechenphase.
    Weil bislang noch keine Untersuchung in der Literatur vorhanden ist, die die Datenstrukturen systematisch hinsichtlich ihrer Effizienz im Kontext von GPUs untersucht, implementierten wir einerseits mehrere Benchmarks, die unterschiedliche Eigenschaften von Graphen abfragen (Zugriff nur auf Vorgänger/Nachfolger, zufälliger Zugriff auf Knoten). Andererseits implementierten wir 8 Datenstrukturen zur Darstellung von Graphen auf der GPU. Die daraus
    resultierenden Kombinationen wurden mit, strukturell verschiedenen, Eingabegraphen vermessen. Die Ergebnisse sollen Entwickler bei der passenden Wahl der Datenstruktur für ihr GPU-Problem unterstützen.

  • Kooperation Network Time Protocols
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2013 - 31.03.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • Zuverlässige FPGA-basierte adaptive Systeme in der Luft- und Raumfahrt
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2013 - 31.12.2014
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/satfpga
    Für Luft- und Raumfahrtanwendungen wurde ein FPGA-basiertes System entwickelt, das es erlaubt, einzelne Hardware-Module bei Bedarf und zur Laufzeit auszutauschen durch Mechanismen der Hardware-Rekonfiguration. Dies ist vor allem interessant im Einsatzgebiet von Kommunikationssatelliten, beispielsweise zur Anpassung der implementierten digitalen Signalverarbeitungsverfahren während des Betriebs durch Updates oder sogar im Falle neuer Kommunikationsstandards. Weiterhin operieren solche Systeme in einer Umgebung mit verstärkter Strahlung, was den Einsatz von SRAM-basierten FPGAs erschwert. Auch hier kann die Rekonfigurierbarkeit eines FPGAs zur Laufzeit genutzt werden, um die Zuverlässigkeit eines Systems zu erhöhen. In diesem Projekt wurden daher auch geeignete Gegenmaßnahmen untersucht, die die korrekte Funktionsfähigkeit eines Satellitensystems über dessen Einsatzzeit garantieren bzw. diese verlängern, beispielsweise durch das „Auffrischen von Konfigurationsdaten“ oder durch „Replizieren kritischer Module“ zur Realisierung von Redundanztechniken.
    Projektgegenstand waren daher zuverlässige und anpassungsfähige FPGA-basierte Systeme für die digitale Signalverarbeitung in der Luft- und Raumfahrt. Dabei wurde die partiell dynamische Rekonfigurierbarkeit von FPGAs ausgenutzt.
  • Bildqualität
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2013 - 31.03.2016
    Mittelgeber: Industrie
  • DAAD Reisekostenbeihilfe - eingeladener Vortrag auf dem Workshop über “Coalgebras in Computation, Logic, Probability and Quantum Physics”
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 18.03.2013 - 22.03.2013
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
  • Advanced MIM-Technologies for Engine Applications
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2013 - 31.07.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • A Synergetic Training Network on Energy beam Processing: from Modelling to Industrial Applications
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: A Synergetic Training Network on Energy beam Processing: from Modelling to Industrial Applications
    Laufzeit: 15.01.2013 - 14.01.2017
    Mittelgeber: EU - 7. RP / People / Initial Training Networks (ITN)
    URL: http://www.steep-itn.eu/index.aspx
    The overall aim of the STEEP Initial Training Network is to establish a transnational research and training platform for the formation and career development of young researchers on energy beam (EB) processing methods - laser, abrasive waterjet machining and focused ion beam machining - which together represent a scientific field of critical importance for further advancement of European of high value-added manufacturing industry.

     

    Whilst these processes differ in nature, a set of key commonalities can be identified among them when considered as dwell-time dependent processes; this allows the approach of EB processes under a unitary technology umbrella. The key element that brings all the EB processing methods together under the STEEP umbrella is a unifying modelling platform of the footprints, as a result of energy beam - workpiece interactions, followed by the development of an original beam path simulator.

     

    Stage 1: Develop a generic modelling platform to predict the full 3D profile of footprints obtained as a result of the interaction between any energy beam and geometrically complex target surfaces.

    Stage 2: Develop methods to calibrate the generic footprint models for various EB processing methods; validate the modelling approach on different EB processes.

    Stage 3: Develop a beam path simulator that uses the modelled footprints to convolute full 3D surfaces; testing of the beam simulator will enable corrective actions to the EB parameters for error minimisation.

    Stage 4: Implement the beam path simulator on real workstations to generate micro/meso/macro freeforms using three complementary energy beam processes (waterjet, laser, ion beam).

     

    Among other tasks, the work at the Chair of Electron Devices (FAUEN) focused on two specific aspects of focused ion beam (FIB) processing and modelling: Detailed analysis and characterization of redeposited material during FIB sputtering of silicon and the determination of the current density profile of the ion beam tails by dedicated scanning spreading resistance microscopy (SSRM) measurements of FIB induced damage in silicon.

  • Dreidimensionale elektrische Antastung für die Mikro- und Nanokoordinatenmesstechnik - 3-D-Tunnelstromtaster
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2013 - 01.03.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die messtechnische Erfassung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik und Komponenten mit Mikrostrukturen erfordert Nanometer-aufgelöste 3-D-fähige Messverfahren. Optische Systeme zeigen beugungsbedingt und bei hohen Aspektverhältnissen Einschränkungen. Mikrotaktile Verfahren weisen Defizite bei Auflösung, Messgeschwindigkeit und Tastersteifigkeit auf. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein universell einsetzbares, aktives Messsystem mit 3-D-richtungssensitivem und berührungsfreiem Antastverhalten bei Subnanometer-Auflösung, welches mit elektrischer Wechselwirkung im Nahfeldbereich arbeitet. Die Bestimmung des 3-D-Antastvektors ist für Freiformscans und eine aktive Sensornachführung erforderlich und soll mittels mechanischer Modulation erfolgen. Die aktive Sensornachführung dient zur Steigerung der Systemdynamik. Das fundierte Verständnis der Wechselwirkung und der erfassten elektrischen Oberfläche soll durch mathematisch-physikalische Modellierung und über eine simulationsgestützte experimentelle Systemanalyse erlangt werden. Eine antastrichtungsabhängige Formabweichungskorrektur der sphärischen Sonden soll zur Erhöhung der Genauigkeit bei den miniaturisierten Sonden dienen. Modellunterstützt erfolgen eine messtechnische Charakterisierung und eine Unsicherheitsermittlung. Experimentelle Vergleiche mit anderen Antastverfahren der Mikro- und Nanomesstechnik an Demonstratorbauteilen sollen die erzielten Ergebnisse verifizieren.
  • Advanced Raytracing
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2013 - 01.01.2016
  • Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products
    Laufzeit: 01.01.2013 - 30.06.2017
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
    The overarching goal of AMAZE is to rapidly produce large defect-free additively-manufactured (AM) metallic components up to 2 metres in size, ideally with close to zero waste, for use in the following high-tech sectors namely: aeronautics, space, automotive, nuclear fusion and tooling.

    Four pilot-scale industrial AM factories will be established and enhanced, thereby giving EU manufacturers and end-users a world-dominant position with respect to AM production of high-value metallic parts, by 2016. A further aim is to achieve 50% cost reduction for finished parts, compared to traditional processing.

    The project will design, demonstrate and deliver a modular streamlined work-flow at factory level, offering maximum processing flexibility during AM, a major reduction in non-added-value delays, as well as a 50% reduction in shop-floor space compared with conventional factories.

    AMAZE will dramatically increase the commercial use of adaptronics, in-situ sensing, process feedback, novel post-processing and clean-rooms in AM, so that (i) overall quality levels are improved, (ii) dimensional accuracy is increased by 25% (iii) build rates are increased by a factor of 10, and (iv) industrial scrap rates are slashed to <5%.

    Scientifically, the critical links between alloy composition, powder/wire production, additive processing, microstructural evolution, defect formation and the final properties of metallic AM parts will be examined and understood. This knowledge will be used to validate multi-level process models that can predict AM processes, part quality and performance.

    In order to turn additive manufacturing into a mainstream industrial process, a sharp focus will also be drawn on pre-normative work, standardisation and certification, in collaboration with ISO, ASTM and ECSS.

    The team comprises 31 partners: 21 from industry, 8 from academia and 2 from intergovernmental agencies. This represent the largest and most ambitious team ever assembled on this topic.

  • Nicht-invasive Bestimmung des Hydratationsgrades des Menschen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2013 - 31.12.2017
    Mittelgeber: Stiftungen
    Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines eingebetteten Systems zur Bestimmung des menschlichen Hydratationsgrades mit Hilfe nicht-invasiver Sensoren. Die Kombination aus nicht-invasiven Sensoren und eingebetteten Systemen ermöglicht die Messung des Hydratationsgrades in vielen neuen Situationen. Zum Beispiel könnte der Hydratationsgrad von Sportlern zur Erhaltung der optimalen Leistungsfähigkeit überwacht werden oder das System könnte in Krankenhäusern an klinische Warnsysteme zur Überwachung des Hydratationsgrades von Patienten angeschlossen werden.
  • Structural optimization of shape and topology using an embedding domain discretization technique
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2013 - 31.12.2018
    This project targets the formulation and implementation of a method for structural shape and topology optimization within an embedding domain setting. Thereby, the main consideration is to embed the evolving structural component into a uniform finite element mesh which is then used for the structural analyses throughout the course of the optimization. A boundary tracking procedure based on adaptive (or hierarchical) mesh refinement is used to identify interior and exterior elements, as well as such elements that are intersected by the physical domain boundary of the structural component. By this mechanism, we avoid the need to provide an updated finite element mesh that conforms to the boundary of the structural component for every single design iteration. Further, when considering domain variations of the structural component, its material points are not attached to finite element nodal points but rather move through the stationary finite element mesh of the embedding domain such that no mesh distortion is observed. Hence, one circumvents the incorporation of time consuming mesh smoothing operations within the domain update procedure. In order to account for the geometric mismatch between the boundary of the structural component and its non-conforming finite element representation within the embedding domain setting, a selective domain integration procedure is employed for all elements that are intersected by the physical domain boundary. This is to distinguish the respective element area fractions interior and exterior to the structural component. We rely on an explicit geometry description for the structural component, and an adjoint formulation is used for the derivation of the design sensitivities in the continuous setting.
  • ExaStencils - Advanced Stencil-Code Engineering
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.01.2013 - 31.12.2018
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: http://www.exastencils.org
    Zukünftige Exascale-Systeme mit 107 Recheneinheiten und einer Spitzenleistung von bis zu 1018 FLOPS werden ein enges Codesign von Anwendung, Algorithmus und architekturgewahrer Programmentwicklung benötigen, wenn die potenziell zur Verfügung stehende Spitzenleistung für eine breite Palette von Anwendungen erreicht werden soll. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Zum Ersten wird sich der Knotenaufbau in einem Exascale-Cluster in nachfolgenden Rechnergenerationen zunehmend heterogen gestalten, mit jeweils der neuesten Manycore-, Grafikkarten-und Beschleunigertechnologie. Zum Zweiten wird sich der Cluster selbst aus heterogenen Subsystemen und Verbindungsnetzwerken zusammensetzen. Der effiziente Betrieb solcher Cluster wird neue Softwaretechniken benötigen, die eine gemeinsame Entwicklung der algorithmischen Lösung und des Programms unterstützen. Derartige Techniken werden nicht nur (a) eine Vereinfachung der Anwendungs- und  Programmentwicklung zur Folge haben, sondern auch (b) die Leistungsanalyse und -optimierung unterstützen, (c) zu kürzeren Entwicklungszyklen führen und (d) die Portabilität der Hochleistungssoftware erhöhen oder gar erst ermöglichen.

    Projekt ExaStencils wird einen einzigartigen, werkzeugunterstützten, domänenspezifischen Codesign-Ansatz für Stencil-Codes untersuchen und bereitstellen. Stencil-Codes spielen beim Hochleistungsrechnen und der Simulation auf strukturierten und blockstrukturierten Gittern eine zentrale Rolle. Stencils sind reguläre Zugriffsmuster auf (in der Regel) mehrdimensionalen Datengittern. Mehrgittermethoden arbeiten auf einer Hierarchie von anfänglich sehr feinen und nachfolgend immer gröberen Gittern. Aus der Perspektive des Rechenalgorithmus beinhalten notwendige domänenspezifische Untersuchungen die Extraktion und Entwicklung von geeigneten Stencils, die Analyse leistungsrelevanter algorithmischer Alternativen und die Analyse und Minderung von Synchronisationsanforderungen auf Basis eines  Schablonenmodells der anvisierten Clusterarchitektur. Ausgehend von dieser Analyse soll eine
    hochentwickelte Programmierungs- und Softwarewerkzeugunterstützung erarbeitet werden, indem die relevanten Datenstrukturen und Programmsegmente for Stencil-Berechnungen in einer domänenspezifischen Sprache erfasst werden. Generatorbasierte Produktlinientechnologie soll zur automatischen Erzeugung von Stencil-Codes eingesetzt werden, die speziell auf die jeweils anvisierte Kombination von Anwendung und Rechenplattform angepasst sind. Ein wesentliches Merkmal von ExaStencils ist, dass Domänenwissen koordiniert über alle Abstraktionsebenen einfließt und zur Optimierung verwendet wird – von der Formulierung des Anwendungsszenarios bis zur Generierung von hoch-optimiertem Stencil-Codes.

    Für den im Konsortium gemeinsam entwickelten einzigartigen und erstmalig durchgängigen Entwurfsfluss sollen die drei Ziele der (1) Produktivitätssteigerung, (2) Flexibilität in der Wahl des Algorithmus und der Zielplattform und (3) Erreichbarkeit und Nachweis von ExaFLOPS-Rechenleistung in einer detaillierten, abschließenden Evaluierungsphase demonstriert werden.

  • Engineering of Nanoelectronic Materials - B6 (Printed Electronics)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: EXC 315: Neue Materialien und Prozesse - Hierarchische Strukturbildung für funktionale Bauteile
    Laufzeit: 01.11.2012 - 31.10.2017
    Mittelgeber: DFG / Exzellenzinitiative (EXIN)
    In diesem Projekt werden die prozesstechnischen und bauelementephysikalischen Rahmenbedingungen für den Einsatz verschiedener Gruppe IV-Halbleiter-Nanopartikel in elektronischen Bauelementen untersucht.

    Bereits in der ersten Förderperiode wurde gezeigt, dass die Formulierung, die Abscheidebedingungen sowie die thermische Nachbehandlung entscheidenden Einfluss auf das elektrische Verhalten von Si-Nanopartikel-Dünnschichten haben. Speziell für die Unterdrückung von Oberflächeneffekten auf das Verhalten der Bauelemente wurden Passivierungsschemata entwickelt.

    In der aktuellen Periode werden die Untersuchungen auf Germanium-Nanopartikel sowie SiGe-Legierungen verschiedener Zusammensetzung ausgeweitet. Dabei stehen zunehmend übergeordnete bauelementespezifische Fragestellungen wie die Geometrieabhängigkeit der elektrischen Parameter,  die Optimierung der Metall-Halbleiter-Kontakte und die Integration mehrerer Bauelemente zu funktionellen Grundgattern im Vordergrund. Ergänzend werden photonische Sinterverfahren zur Modifikation der interpartikulären Kontakte adressiert.

     

  • TERRA-NEO - Integrated Co-Design of an Exascale Earth Mantle Modeling Framework
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.11.2012 - 31.12.2015
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Much of what one refers to as geological activity of the Earth is due to the fact that heat is transported from the interior of our planet to the surface in a planetwide solid-state convection in the Earth’s mantle. For this reason, the study of the dynamics of the mantle is critical to our understanding of how the entire planet works. Processes from earthquakes, plate tectonics, crustal evolution to the geodynamo are governed by convection in the mantle. Without a detailed knowledge of Earth‘s internal dynamic processes, we cannot hope to deduce the many interactions between shallow and deep Earth processes that dominate the Earth system. The vast forces associated with mantle convection cells drive horizontal movement of Earth’s surface in the form of plate tectonics, which is well known albeit poorly understood. They also induce substantial vertical motion in the form of dynamically maintained topography that manifests itself prominently in the geologic record through sea level variations and their profound impact on the ocean and climate system. Linking mantle processes to their surface manifestations is seen widely today as one of the most fundamental problems in the Earth sciences, while being at the same time a matter of direct practical relevance through the evolution of sedimentary basins and their paramount economical importance.Simulating Earth mantle dynamics requires a resolution in space and time that makes it one of the grand challenge applications in the computational sciences. With exascale systems of the future it will be possible to advance beyond the deterministic forward problem to a stochastic uncertainty analysis for the inverse problem. In fact, fluid dynamic inverse theory is now at hand that will allow us to track mantle motion back into the past exploiting the rich constraints available from the geologic record, subject to the availability of powerful geodynamical simulation software that could take advantage of these future supercomputers.The new community code TERRA-NEO will be based on a carefully designed multi-scale spacetime discretization using hybridized Discontinuous Galerkin elements on an icosahedral mesh with block-wise refinement. This advanced finite element technique promises better stability and higher accuracy for the non-linear transport processes in the Earth mantle while requiring less communication in a massively parallel setting. The resulting algebraic systems with finally more than 1012 unknowns per time step will be solved by a new class of communication-avoiding, asynchronous multigrid preconditioners that will achieve maximal scalability and resource-optimized computational performance. A non-deterministic control flow and a lazy evaluation strategy will alleviate the traditional over-synchronization of hierarchical iterative methods and will support advanced resiliency techniques on the algorithmic level.The software framework of TERRA-NEO will be developed specifically for the upcoming heterogeneous exascale computers by using an advanced architecture-aware design process. Special white-box performance models will guide the software development leading to a holistic co-design of the data structures and the algorithms on all levels. With this systematic performance engineering methodology we will also optimize a balanced compromise between minimal energy consumption and shortest run time.This consortium is fully committed to the interdisciplinary collaboration that is necessary for creating TERRA-NEO as new exascale simulation framework. To this end, TERRA-NEO brings top experts together that cover all aspects of CS&E, from modeling via the discretization to solvers and software engineering for exascale architectures.
  • ESSEX - Equipping Sparse Solvers for Exascale
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.11.2012 - 31.12.2015
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    The ESSEX project investigates the computational issues arising for large scale sparse eigenvalue problems and develops programming concepts and numerical methods for their solution. The exascale challenges of extreme parallelism, energy efficiency, and resilience will be addressed by coherent software design between the three project layers which comprise building blocks, algorithms and applications. The MPI+X programming model, a holistic performance engineering strategy, and advanced fault tolerance mechanisms are the driving forces behind all developments. Classic Krylov, Jacobi-Davidson and recent FEAST methods will be enabled for exascale computing and equipped with advanced, scalable preconditioners. New implementations of domainspecific iterative schemes in physics and chemistry, namely the established Chebyshev expansion techniques for the computation of spectral properties and their novel extension to the time evolution of driven quantum systems, complement these algorithms.The software solutions of the ESSEX project will be combined into an Exascale Sparse Solver Repository (“ESSR”), where the specific demands of the quantum physics users are recognized by integration of quantum state encoding techniques at the fundamental level. The relevance of this project can then be demonstrated through application of the ESSR algorithms to graphene-based structures, topological insulators, and quantum Hall effect devices. Such studies require exascale resources together with modern numerical methods to determine many eigenstates at a given point of the spectrum of extremely large matrices or to compute an approximation to their full spectrum. The concepts, methods and software building blocks developed in the ESSEX project serve as general blueprints for other scientific application areas that depend on sparse iterative algorithms. The strong vertical interaction between all three project layers ensures that the user can quickly utilize any progress on the lower layers and immediately use the power of exascale machines once they become available.
  • EXASTEEL - Bridging Scales for Multiphase Steels
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
    Laufzeit: 01.11.2012 - 31.12.2015
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    This project adresses algorithms and Software for the Simulation of three dimensional multiscale material science problems on the future Supercomputers developed for exascale computing.The performance of modern high strength steels is governed by the complex interaction of the individual constituents on the microscale. Direct computational homogenization schemes such as the FE2 method allow for the high fidelity material design and analysis of modern steels. Using this approach, fluctuations of the local field equations (balance laws) can be resolved to a high accuracy, which is needed for the prediction of failure of such micro-heterogeneous materials.Performing the scale bridging within the FE2 method for realistic problems in 3D still requires new ultra-scalable, robust algorithms and solvers which have to be developed and incorporated into a new application Software.Such algorithms must be specifically designed to allow the efficient use of the future hardware.Here, the direct multiscale approach (FE2) will be combined with new, highly efficient, parallel solver algorithms. For the latter algorithms, a hybrid algorithmic approach will be taken, combining nonoverlapping parallel domain decomposition (FETl) methods with efficient parallel multigrid preconditioners. A comprehensive performance engineering approach will be implemented guided by the Pl Wellein, to ensure a systematic optimization and parallelization process across all Software layers.This project builds on parallel Simulation Software developed for the solution of complex nonlinear structural mechanics problem by the Pls Schröder, Balzani and Klawonn, Rheinbach. !t is based on the application Software package FEAP (Finite Element Analysis Program, R. Taylor, UC Berkeley). Within a new Software environment FEAP has been combined with a FETI-DP domain decomposition solver, based on PETSc (Argonne National Laboratory) and hypre (Lawrence Livermore National Laboratory), e.g„ to perform parallel simulations in nonlinear biomechanics. The optimization, performance modeling and performance engineering will be guided by the Pl Wellein. The Pls Schröder and Balzani have performed FE2-simulations in the past using an extended version of FEAP.The envisioned scale-bridging for realistic, advanced engineering problems in three dimensions will require a computational power which will only be obtainable when exascale computing becomes available.
  • Softwareempirie und quantitative Softwarearchitektur
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2012 - 30.09.2013
    Mittelgeber: Siemens AG
  • GRK 1773: "Heterogene Bildsysteme", Projekt B3
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Heterogene Bildsysteme
    Laufzeit: 01.10.2012 - 31.03.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: http://hbs.fau.de/research/area-b-methods-and-tools/project-b-3
    In Teilprojekt B3 werden einheitliche Methoden zur Abbildung von Algorithmen auf heterogene Architekturen untersucht werden. Hierbei sollen im Wesentlichen neue Parallelisierungsmethoden, Partitionierungsverfahren und Code-Generierungstechniken (sowohl Software als auch Hardware-Konfigurationen) speziell für Bildsysteme erforscht werden.
  • FuelBand - Erweiterung des Brennstoffbandes moderner Biomassefeuerungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2012 - 31.12.2015
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/fuelband/
    Durch die Novelle des EEG und der Biomasseverordnung werden in Biomassefeuerungen künftig verstärkt feste holzartige Biomassen der Einsatzstoffvergütungsklassen I und II nach Anlage 2 und 3 der Biomasseverordnung und Stroh zum Einsatz kommen.

    Diese Brennstoffe zeichnen sich durch einen gegenüber konventionellen Holzhackschnitzeln erheblich erhöhten Alkalien- und Feinanteil aus. Praxiserfahrungen haben gezeigt, dass neben dem Alkalienanteil vor allem die Feinpartikel im Brennstoff die Verschlackung des Feuerraums maßgeblich erhöhen. Diese werden im Rauchgas mitgerissen und verglühen im Freeboard der Feuerung. Dabei werden Ascheerweichungstemperaturen überschritten und die noch klebrigen Partikel verunreinigen Heizflächen und Rauchgaskanal. Aus der aufwändigen Entfernung dieser Anbackungen und der damit verbundenen Stillstandzeiten von Biomassefeuerungen resultieren enorme Kosten für Anlagenbetreiber

    Im Rahmen des BMU-Projekts „Fuelband“ werden am EVT die gekoppelten Mechanismen von Strahlung und Kinetik bei der Verschlackung von Wärmeübertragern und Rauchgaszug von Biomassefeuerungsanlagen mittels CFD-Simulationen abgebildet und experimentell verifiziert, um Verschlackungsvorgänge vorhersagen und verstehen zu können.

  • Formal Methods and Semantic Technologies for Engineering Design Processes
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2012 - 01.10.2015
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Systematic engineering design processes follow a series of standardized development stages that have many aspects in common with software engineering. In this analogy, CAD/CAM objects replace program code as the implementation stage of the development; however, other recognized development stages such as requirements or principle solutions are currently left largely informal and in fact are typically not laid down in machine-processable form at all. We propose to draw on the mentioned analogy and transfer methods from software engineering to engineering design in order to capture the full engineering design process formally and thus enhance in particular their reliability and reusability. We envision a document-oriented design process that integrates all stages of the development process from requirement specifications to CAD/CAM documents, and moreover incorporates background knowledge such as enterprise ontologies, industrial standards, and formalized geometric principles. In the proposed project, we plan to develop the information architecture for such a process and support it with a tool that interfaces a CAD system with formal specification languages, ontology reasoners, and semantic document management systems, thus allowing for a comprehensive development methodology that supports completely formalized development strands, change and life-cycle management, as well as semantically interlinked semi-formal documents for documentation and certification.
  • Auslegung und Systemintegration von MultiMaterial Bliskrotoren in zukünftigen Triebwerksbauweisen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2012 - 30.09.2016
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Industrie
  • GRK 1773: Heterogene Bildsysteme, Projekt C1
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: GRK 1773: Heterogene Bildsysteme
    Laufzeit: 01.10.2012 - 31.03.2017
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Osteoarthritis ist vor allem bei älteren Bevölkerungsschichten einer der Hauptgründe für teilweise erhebliche Einschränkungen des Bewegungsapparates, jedoch sind die Ursachen der Erkrankung und der anfängliche Krankheitsverlauf bisher weitgehend unbekannt. Die Verfahren, die aktuell zur Bildgebung in der Arthrosebehandlung verwendet werden, benötigen lange Untersuchungszeiten und erhöhten logistischen Aufwand. Außerdem sind sie oft nicht in der Lage, frühzeitige Veränderungen des Gewebes zu erkennen.

    Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer neuartigen Methode der Computertomographie, die es ermöglicht, Veränderungen der Knorpel und Menisken im Kniegelenk unter Belastung zu analysieren. Die zeitliche Deformation der Knorpelschicht unter verschiedenen Belastungssituationen gibt Auskunft über unnatürliche Bewegungsabläufe, welche ein Frühindikator für Arthritis sein können. Dies kann dabei helfen, eine Erkrankung frühzeitig zu erkennen.

    Um eine Aufnahme der Knie in stehender Position zu ermöglichen, wird ein flexibles C-Bogen-CT-System verwendet. Normalerweise wird solch ein System in der interventionellen Radiologie eingesetzt, um Bilder von liegenden Patienten mittels einer vertikalen Trajektorie aufzunehmen. Für die Aufnahme der Knie in diesem Projekt wurde eine horizontale Trajektorie entwickelt.

    Die stehende bzw. hockende Position ermöglicht zwar eine Analyse der Gelenke unter Belastung, führt allerdings auch zu einer erhöhten unfreiwilligen Bewegung der Probanden während der mehrsekündigen Aufnahme. Dadurch entstehen Artefakte in der Rekonstruktion, die eine korrekte Auswertung der Bilder erschweren. Ziel des Projektes ist daher, die Bewegung der Probanden während der Aufnahme zu schätzen, um die Artefakte in der Rekonstruktion zu verringern. Verschiedene Ansätze, um Informationen über die Bewegung zu erlangen, sind denkbar. Ein Ansatz sieht vor, mit Hilfe von Oberflächenkameras das Bewegungsfeld der Knie zu berechnen und zur Korrektur zu verwenden. Ein weiterer möglicher Ansatz ist das Erstellen und Auswerten eines biomechanischen Modells der Knie mit Hilfe von Inertialsensorik, um die Bewegung zu kompensieren.

    Nach der Korrektur der Bewegungsartefakte wird das rekonstruierte Volumen benutzt, um das Kniegelenk zu segmentieren und zu vermessen. Dies kann Aufschluss über das Risiko bzw. den Fortschritt einer Arthroseerkrankung geben.

     

  • Open Source in Gepäcklogistikapplikationen 1 bei Siemens I & C
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2012 - 31.03.2013
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Untersuchung und Reduktion nichtlinearer Schwingungssysteme mit Hilfe modaler Ansätze
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.09.2012 - 01.09.2015
    In diesem Forschungsprojekt werden nichtlineare Schwingungssysteme untersucht. Die Nichtlinearitäten sind geometrischer (z.B. große Verformungen) oder physikalischer Natur, z.B. Reibung. Ziel ist es, nach einer nichtlinearen Modalanalyse, z.B auf Basis nichtlinearer Moden (NNMs), eine Modellreduktion auf die isolierte Mode (Synthese) durchzuführen. Grenzen des Gültigkeitsbereiches dieses Reduktionsansatzes fallen bei der nichtlinearen Modalanalyse mit ab.
  • Miniaturisierter, rekonfigurierbarer Sensorknoten mit Ortungsfunktionalität zum Erfassen von Messwerten und Sozialkontakten zwischen Fledermäusen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1508: Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme
    Laufzeit: 01.08.2012 - 01.08.2015
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Zur Erforschung des Verhaltens von Fledermäusen soll im Projekt ein Sensorsystem entworfen werden. Diese Sensoren müssen auf der Fledermaus angebracht werden, um die Fledermaus im Flug zu orten. Damit sie unbeeinträchtigt ist, muss der Sensorknoten leicht und sehr kompakt sein. In dem hier vorgestellten Teilprojekt soll die Modul-Integration der miniaturisierten drahtlosen Sensorknoten mit Ortungsfunktionalität erfolgen. Für den avisierten Einsatz auf einer fliegenden Fledermaus sind dabei die wichtigsten Randbedingungen ein minimales Gesamtgewicht (max. 2 Gramm inklusive Batterie, Schaltungsträger und Antenne) und ein Formfaktor, der die Fledermaus in ihren natürlichen Bewegungen nicht einschränkt. Für dieses Teilprojekt stellen diese beiden Vorgaben eine große Herausforderung an den Entwurf einer Multiband-Antennenlösung dar, die sowohl in ihrer Geometrie stark verkürzt als auch dreidimensional an den Körper der Fledermaus anzupassen ist. Auch die Aerodynamik muss hierbei berücksichtigt werden. Neben einer Ortungsfunktionalität, die durch Integration des in TP 8 entworfenen Ortungs-ICs realisiert wird, soll auch eine Kommunikation zwischen verschiedenen Sensorknoten möglich sein. Um die Lebensdauer der eingesetzten Batterie zu maximieren und das zu entwerfende Energiemanagement des Moduls zu entlasten sollen energieeffiziente Übertragungsprotokolle untersucht werden. Durch die Staffelung der Arbeitspakete wird nach einer Realisierung der Grundfunktionalität im ersten Schritt die Komplexität des mobilen Sensorknotens durch Hinzunahme weiterer Funktionen nach und nach erhöht und gipfelt zum Projektende in einem leichten und miniaturisierten drahtlosen Sensorknoten mit Lokalisierungs- und Kommunikationsschnittstelle für den Einsatz auf einer fliegenden Fledermaus.
  • Softwareinfrastruktur betriebsmittelbeschränkter vernetzter Systeme (Phase 1)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1508: Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme
    Laufzeit: 01.08.2012 - 01.08.2015
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
  • Long-Range Telemetrie für mobile Sender
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1508: Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme
    Laufzeit: 01.08.2012 - 01.08.2015
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Der wissenschaftliche Beitrag des Teilprojekts Sealability4BATS zur Forschergruppe liegt in Antwor¬ten, wie sich die flächendeckende Trajektorienschätzung des Teilprojekts Tracking4BATS bei Bedarf oder unzuverlässigen Feldstärkemessungen örtlich und zeitlich begrenzt verbessern lässt. Das Ziel ist ein robustes, skalierbares Ortungssystem, das den Energieverbrauch in den mobilen Fledermausknoten minimiert und das am Ende einer noch zu beantragenden zweiten Projektphase voll funktionstüchtig sein soll. Auf drei aufeinander aufbauenden Ebenen sollen in der ersten Phase die dazu notwendigen grundlegenden Erkenntnisse gewonnen werden: Erstens, auf der untersten Ebene - dem Signalentwurf - soll geklärt werden, wie die Mehrtonsignale hinsichtlich Frequenzlage und Pulsdauer organisiert werden müssen? Zweitens, auf der darauf aufbauenden Messebene soll untersucht werden, welche phasenkohärenten Messmethoden sich in Ergänzung zur Feldstärkemes¬sung aus TP 5 eignen, um eine verbesserte Ortungsgenauigkeit zu erzielen? Gruppenantennen zur phasenkohärenten Richtungsschätzung und verteilte Phasenmessungen zur phasen kohärenten Distanzschätzung sind die zu untersuchenden Kandidaten. Drittens, auf der obersten Ebene - der Fusionsebene - sind alle Ortungsinformationen für eine optimierte Trajektorienschätzung zusammen¬zuführen. Zusammen mit dem Teilprojekt Tracking4BATS, das in seiner Struktur und in seinem Zeitplan eng auf dieses Teilprojekt abgestimmt ist, werden die infrastrukturseitigen Komponenten zur Trajektorienschätzung in BATS bereitgestellt. Besonders enge Kooperationen sind mit den beiden elektrotechnischen Teilprojekten erforderlich, in denen der mobile Fledermausknoten entworfen wird, und mit den Informatikprojekten, die im Kern die Kommunikationsfunktion im Sensornetz bereitstellen. Die Verifikation des gesamten Systems ist eine Gemeinschaftsaufgabe aller Teilprojekte, wobei das Augenmerk auf den Anforderungen liegen muss, die im ersten Teilprojekt, d.h. seitens der Biologie formuliert werden.
  • Speech Recognition
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2012 - 28.02.2013
    Mittelgeber: Industrie
  • Expectations on Improving the Sweble Wikitext Parser
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2012 - 31.12.2012
    Mittelgeber: Industrie
  • Zur Formulierung und zum mikromechanischen Ursprung von Diffusionsmodellen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2012 - 31.07.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Diffusion, especially when coupled with deformation, is of utmost scientific and technological im-portance in various fields of engineering, materials science, natural sciences and their intersections. Prominent examples are the modelling and simulation of solder joints, micro-structure evolution in advanced materials as used e.g. in modern and future turbine blades produced from single crystals, mineral unmixing in geology, contaminant distribution in environmental systems, and drug transport and delivery in biological tissues. In many of these instances classical diffusion models of Fick-type do not accurately describe the observed phenomena, thus requiring non-classical diffusion models. Specific examples for non-classical models of diffusion are the Cahn-Hillard equation and Gurtin's microforce balance.The long-term goals of this project are therefore (i) the formulation and simulation of a generic class of non-classical three-dimensional models of diffusion, (ii) the exploration of their micromechanical origin and (iii) their coupling to deformation. Thereby it is noted that gradient-type and micromorphic-type models as paradigms of extended continuum models are intimately related and offer different benefits and drawbacks2. Thus, as a mid-term goal, gradient-type and micromorphictype formulations of diffusion shall be considered alternatively in Phase I. In order to explore their micromechanical origin, relevant response quantities that participate in the corresponding field equations at the macro-level shall be determined from the micro-level by a second-order computational homogenization.The expected output of this project in Phase I is thus the clarification of the underlying micromechani-cal origin of a generic class of non-classical models of diffusion. Phase II will then concentrate mainly on the coupling of diffusion and deformation. The overall outcome of the project will be of great im-portance in various fields such as engineering, materials science and natural sciences from both the scientific and the technological view point. In particular the design and understanding in the area of novel and advanced materials will be strongly enhanced by the expected findings of this project.
  • Rekonstruktion unregelmäßig abgetasteter Bildsignale unter Verwendung dünn besetzter Repräsentationen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2012 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Der Schritt der Abtastung eines kontinuierlichen Signals stellt den Übergang von der analogen Welt zur digitalen Welt dar. Dabei wird beispielsweise die Helligkeitsintensität eines Bildsignals an bestimmten Positionen ausgewertet. Ausgehend von den so erfassten Messwerten können dann alle Werkzeuge der digitalen Signalverarbeitung verwendet werden, um das erfasste Signal zu bearbeiten, zu komprimieren oder zu speichern. Damit stellt die Abtastung einen fundamentalen Bestandteil der digitalen Signalverarbeitung dar. Im Rahmen des zu fördernden Vorhabens sollen Verfahren zur Rekonstruktion unregelmäßig abgetasteter Bilddaten entwickelt werden. Im Unterschied zur meist verwendeten regelmäßigen Abtastung sind die Abtastwerte bei der unregelmäßigen Abtastung nicht gleichmäßig über einem Gitter angeordnet, sondern können im Allgemeinen beliebig verteilt sein. Diese unregelmäßigen Abtastmuster können sich entweder durch den Aufnahmeprozess ergeben oder können auch explizit gewählt werden, um beispielsweise Aliasingartefakte zu unterdrücken. Da für eine weitere Signalverarbeitung aber eine Anordnung auf einem regelmäßigen Raster benötigt wird, muss eine Rekonstruktion der unregelmäßig abgetasteten Daten auf dieses erfolgen. Für diese Rekonstruktion sollen die zu entwickelnden Verfahren die Eigenschaft ausnutzen, dass für die meisten natürlich auftretenden Signale dünn besetzte Repräsentationen existieren. Das bedeutet, dass die meisten Signale nur von einer kleinen Anzahl Basisfunktionen dominiert wird, wenn man sie in einer geeigneten Domäne wie dem Frequenzbereich oder dem Waveletbereich betrachtet. Dass diese Eigenschaft von so gut wie allen Signalen erfüllt wird, hat sich beispielsweise im Rahmen des Compressed Sensing gezeigt. In dem Fall, dass man die Existenz dünn besetzter Repräsentationen voraussetzen kann, lässt sich die Rekonstruktionsaufgabe mittels einer Identifikation der dominanten Basisfunktionen und Bestimmung der zugehörigen Gewichte lösen. Das zweite große Ziel des zu fördernden Vorhabens besteht in der Verwendung der entwickelten Verfahren zur Rekonstruktion unregelmäßig abgetasteter Daten, um Bildaufnahmesysteme zu entwerfen, die mittels einer unregelmäßigen Abtastung mit weniger aufzunehmenden Abtastwerten eine höhere Bildqualität liefern als bestehende Systeme, die eine regelmäßige Abtastung verwenden. Bei der Bildaufnahme mit einer regelmäßigen Abtastung ist die maximale Auflösung dadurch begrenzt, dass eine Tiefpassfilterung bis zur halben Abtastfrequenz vor der Abtastung nötig ist, um Aliasing zu vermeiden. Durch die Verwendung einer unregelmäßigen Abtastung treten aber keine Aliasingartefakte auf, die zu Mehrdeutigkeiten im abgetasteten Signal führen würden und es wird keine Tiefpassfilterung vor der Abtastung benötigt. Somit können aus dem unregelmäßig abgetasteten Signal auch noch Frequenzanteile oberhalb der halben Abtastfrequenz extrahiert werden.
  • LIST - Großflächiger Lichteinfang in der Silizium-basierten Dünnschichtsolarzellen-Technologie - Teilprojekt Simulation
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2012 - 31.05.2014
    Mittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)
    Der Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen wird maßgeblich durch die optischen Eigenschaften von diesen beeinflusst. Um die Effizienz und somit auch den daraus zu gewinnenden Strom zu erhöhen ist eine akkurate Analyse der Lichteinkopplung (Lighttrapping) notwendig. Hierbei spielen Faktoren wie die Komposition des Schichtaufbaus, die Brechungsindizes der Materialien und die Oberflächenstruktur der Schichten eine wichtige Rolle. 3-dimensionale Simulationen sind ein probates Mittel um durch Variation dieser Parameter die optischen Eigenschaften von Solarzellenstrukturen genau zu analysieren und das Lichtmanagment in Dünnschichtsolarzellen zu optimieren. Dazu gehören sowohl Untersuchungen von Reflexions-, Absorptions- und Streuverhalten an den Schichtübergängen als auch die Analyse von schräg einfallenden optischen Wellen, da unter reellen Bedingungen Sonnenlicht zum Großteil nicht vertikal auf die Solarzelle trifft. Ziel des Vorhabens ist es daher das Verhalten des einfallenden Lichts in Dünnschichtsolarzellen zu simulieren und dadurch den Lichteinfang zu optimieren.
  • Multi-scale, Multi-physics Modelling and Computation of magneto-sensitive POLYmeric materials
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2012 - 31.03.2017
    Mittelgeber: EU - 7. RP / Ideas / ERC Advanced Investigator Grant (AdG)
    MOCOPOLY is a careful revision of an AdG2010-proposal that was evaluated above the quality threshold in steps1&2. In the meantime the applicant has made further considerable progress related to the topics of MOCOPOLY. Magneto-sensitive polymers (elastomers) are novel smart materials composed of a rubber-like matrix filled with magneto-active particles. The non-linear elastic characteristics of the matrix combined with the magnetic properties of the particles allow these compounds to deform dramatically in response to relatively low external magnetic fields. The rapid response, the high level of deformations achievable, and the possibility to control these deformations by adjusting the external magnetic field, make these materials of special interest for the novel design of actuators for a fascinating variety of technological applications. It is the overall objective of this proposal to uncover the process-microstructure-properties relations of the emerging novel multi-scale, multi-physics material class of magneto-sensitive polymers with the aim to better exploit its promising potential for future, currently unimagined technological applications. This objective will only be achieved by performing integrated multi-disciplinary research in fabrication, characterisation, modelling, simulation, testing and parameter identification. This proposal therefore sets up a work programme consisting of nine strongly interconnected work packages that are devoted to:1) Fabrication of magneto-sensitive polymers2) microstructure characterisation by modelling and simulation3) microstructure characterisation by CT-scanning4) continuum physics modelling at the micro-scale5) computational multi-physics homogenisation6) continuum physics modelling at the macro-scale7) testing at the macro-scale8) multi-scale parameter identification9) macro-scale parameter identification.The work programme is therefore characterised by various feedback loops between the work packages.
  • Inkrementelle Code-Analyse
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.04.2012 - 30.06.2017
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/InCA/
    Um sicherzustellen, dass Fehler im Programmdesign schon früh im Entwicklungsprozess gefunden werden, ist es nützlich, Fehler möglichst schon während des Editierens des Programms zu finden.  Dazu sollte die verwendete Analyse so schnell sein, dass ein interaktiver Einsatz möglich ist.  Eine Möglichkeit, dies umzusetzen, ist der Einsatz von inkrementeller Analyse, bei der die Analyseergebnisse von Teilen eines Programms zu Gesamtergebnissen kombiniert werden.  Vorteil von inkrementeller Programmanalyse ist, dass bei kleineren Änderungen ein großer Teil der Analyseergebnisse wieder verwendet werden kann, wie auch z.B. Analyseergebnisse von u.U. verwendeten Programmbibliotheken. Hierdurch kann der Analyseaufwand drastisch reduziert werden, wodurch die Analyse interaktiv nutzbar wird.
    Unsere Analyse basiert darauf, für (Teile von) einzelnen Funktionen zu bestimmen, welche Auswirkungen die Ausführung auf den Zustand des Programms zur Laufzeit haben kann.  Hierzu wird der Laufzeitzustand eines Programms abstrakt durch einen Graphen dargestellt, der die im Speicher befindlichen Variablen und Objekte und ihre Verzeigerung beschreibt.  Die Funktion wird symbolisch ausgeführt und dabei wird bestimmt, welche Änderungen an dem Laufzeitzustand bzw. an dem diesen darstellenden Graphen verursacht werden können.  Um die Effekte von Hintereinanderausführung von Programmteilen, Funktionsaufrufen, Schleifen, etc. zu bestimmen, können die Änderungsbeschreibungen der Programmteile dann zu größeren Änderungsbeschreibungen kombiniert werden.  Die Analyse geht dabei Bottom-Up vor, analysiert also eine aufgerufene Funktion vor der aufrufenden Funktion (wobei Rekursion analysierbar ist).
    In 2017 lag der Schwerpunkt unserer Forschung darauf, die eingesetzten Algorithmen und Datenstrukturen weiter zu entwickeln. Zusätzlich zu einer besseren Skalierbarkeit der Analyse bei großen zu analysierenden Programmen und einer Weiterentwicklung der inkrementellen Analyse (bei der die Analyseergebnisse von unveränderten Programmteilen weiterverwendet werden), lag der Fokus darauf, die Analyse anschaulich zu dokumentieren, ihre Korrektheit nachzuvollziehen und eine theoretische Grundlage zu konstruieren.
  • OLEFINS - Zeolite Membranes
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2012 - 30.03.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Adaptive finite elements based on sensitivities for topological mesh changes
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 16.03.2012 - 15.03.2018
    We consider local refinements of finite element triangulations as continuous graph operations, for instance by splitting nodes and inflating edges to elements. This approach allows for the derivation of sensitivities for functionals depending on the finite element solution, which may in turn be used to define local refinement indicators. Thereby, we develop adaptive algorithms exploiting sensitivities for both hierarchical and non-hierarchical mesh changes, and analyze their properties and performance in comparison with established methods.
  • CENEM Core Facility- Nanocharakterisierung mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2012 - 01.03.2015
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Erlanger Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM) bietet komplementäre Ex-pertisen und Großgeräte für die Nanomaterialcharakterisierung und spielt als interdisziplinäre Einrich-tung im Forschungsschwerpunkt Materialien und Prozesse der Universität eine wichtige Rolle. Ge-gründet als Teil des Exzellenzclusters Engineering of Advanced Materials übernimmt es eine zentrale Funktion für die Materialforschung in Erlangen und ist in koordinierte Forschungsprogramme einge-bunden. Die Universitätsleitung hat das CENEM mit seinen Bereichen Elektronenmikroskopie, Streumethoden und Sondenmikroskopie durch gezielte Berufungen gestärkt und bei der Beschaffung von Großgeräten unterstützt. So betreibt das CENEM exzellente Großgeräte mit weiter Sichtbarkeit über die Universität hinaus, darunter ein aberrationskorrigiertes Titan3 80-300 TEM und ein weltweit einmaliges Großkammer-REM mit Möglichkeiten der mechanischen in situ Prüfung. Aufbauend auf der stark nachgefragten Elektronenmikroskopie User Facility soll im Rahmen dieses Projektes eine deutschlandweit einmalige Core Facility aufgebaut werden, die Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie die Expertisen und Großgeräte aller drei Bereiche zugänglich macht. Das vorgelegt Konzept zielt darauf ab, die Core Facility als hochattraktive Anlaufstation für Fragen der Nanocharakterisierung von Materialien zu etablieren und eine effiziente Nutzung der Geräte zu realisieren.
  • Integrale Sicherheitsarchitektur – Modellierung, Analyse, Optimierung und Variantenmanagement
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Mit dem Institut INI.FAU geht die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg neue Wege in Forschung und Lehre. Gemeinsam mit der AUDI AG entsteht am Standort Ingolstadt ein regionales Kompetenzzentrum, das dem wissenschaftlichen Nachwuchs einmalige Arbeitsbedingungen bietet, um theoretisches Wissen für die Praxis anwendbar zu machen. Ziel ist es vor allem, die Fahrzeugelektronik durch neue Methoden in der Simulation, im Entwurf, in der Datenanalyse und in der Sicherheitstechnik weiter zu entwickeln.
  • Entwicklung einer neuen Magnesiumlegierung für Karosseriebauteile mit verbesserter Duktilität und Korrosiosfestigkeit
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.02.2012 - 31.01.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Einkristalline Erstarrung mit verbesserter Mikrostruktur
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
    Laufzeit: 01.01.2012 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://www.sfb-transregio103.de/
    In B1 wird das Vakuumfeingießen von einkristallinen Ni-Basis-Superlegierungen mit einem Wirbelbett als Alternativprozess zur bisher verwendeten Flüssigmetallkühlung (Liquid Metal Cooling – LMC) entwickelt. Dadurch können die zwei wesentlichen Nachteile des LMC-Verfahrens überwunden werden: Korrosionsangriff der Zinnschmelze aufgrund von Formschalenrissen sowie die langfristig zu befürchtende Einschleppung von Zinn in die Superlegierungen.
  • Hochauflösende Durchstrahlungselektronenmikroskopie zur Analyse der atomaren Struktur von Defekten und Grenzflächen in einkristallinen Superlegierungen (A07)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
    Laufzeit: 01.01.2012 - 01.01.2015
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    Das Projekt A7 nutzt die neuen Möglichkeiten der aberrationskorrigierten hochauflösenden TEM für Untersuchungen der atomaren Struktur und Chemie von Grenzflächen und Defekten in der γ/γ’-Mikrostruktur und deren Bedeutung für die Elementarprozesse bei der Hochtemperaturverformung. Die Relevanz der lokalen Analysen wird durch neue Verfahren der Zielpräparation sowie eine enge Zusammenarbeit mit den Projekten, die sich mit komplementären mikroskopischen Verfahren, den mechanischen Eigenschaften und der Modellierung befassen, sichergestellt. Das Projekt übernimmt zudem alle weiteren hochauflösenden TEM-Analysen im SFB.
  • Bereitstellung von einkristallinen Ni- und Co-Basis-Superlegierungen: Planen, Erschmelzen, Erstarren, Charakterisieren
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
    Laufzeit: 01.01.2012 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://www.sfb-transregio103.de/
    Das Serviceprojekt WSP ist mit der Bereitstellung der einkristallinen Ni- und Co-Basis-Superlegierungen für die Teilprojekte befasst. Zu den Aufgaben des Serviceprojekts gehören die Be-schaffung, der einkristalline Abguss, die Qualitätskontrolle sowie die Dokumentation des Probenmaterials. Um die für eine spätere Antragsperiode vorgesehene Werkstoffentwicklung vorzubereiten, soll außerdem ein Rechenwerkzeug entwickelt werden, das die Planung einer Zusammensetzungsmatrix für Reihenuntersuchungen von Legierungen auf eine rationale Grundlage stellt.
  • Atomistische Simulationen elementarer Versetzungsprozesse in kohärenten und semikohärenten y/y'-Mikrostrukturen (C03)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
    Laufzeit: 01.01.2012 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://www.sfb-transregio103.de
    Hauptziel des Projekts C3 ist die Aufklärung der relevanten Verformungsmechanismen auf atomarer Skala während der versetzungsgetragenen Hochtemperaturverformung einkristalliner Superlegierun-gen. Hierzu werden atomistische Simulationen zur Bestimmung der Struktur und der Eigenschaften der Elementardefekte (Versetzungen, Stapelfehler, γ/γ’-Grenzflächen,...) sowie zur Untersuchung der Defekt-Defekt Wechselwirkung durchgeführt. Die Ergebnisse werden in enger Zusammenarbeit mit den Mikroskopiegruppen des SFBs interpretiert. Die atomistisch bestimmten Material- und Defektei-genschaften stellen weiterhin wichtige Eingabegrößen für die Multiskalenmodellierung im Rahmen des SFBs dar.
  • Einfluss von Glasstopologie und mittleren Verknüpfungsgrads auf die Deformationsmechanismen von Borosilicatgläsern, ein Multiskalenansatz
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1594: Topological Engineering of Ultra-Strong Glasses
    Laufzeit: 01.01.2012 - 01.01.2015
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    In this project, the influence of topology and medium range order on the mechanical properties of the NBS1 and NBS2 type borosilicate glasses is studied following a multiple length scale approach. For NBS1, the degree of polymerisation depends on the pressure during glass preparation. The glass state can be further modified by local treatments like laser or ion irradiation. In NBS2, the medium range order of the glass can be changed in the bulk as well as on the local scale, despite the fact that the basic glass forming entities remain the same. After processing, the topology of the glass is characterised by Infrared and Raman spectroscopy. Moreover, by using small additions of structure indicator ions, such as Mn2+ or Cr3+, it is possible to detect structural changes by fluorescence microscopy.In conjunction with the preparation and characterisation of the different glass states, their mechanical properties are studied in a multi-scale approach. With in-situ micro-cantilever deformation experiments and pillar compression tests in the SEM, as well as the nanoindentation and impact testing methods, the elastic, plastic and fracture properties of the materials are assessed over a range of length scales and deformation conditions. Plastic flow in the glass and densification effects will be studied by indentation, as cracking can be suppressed, due to the confinement provided by the surrounding material. By changing the indenter or the specimen geometry (Berkovich, cube-cornerindenter or micropillars and small glass spheres), the effect of the stress state or sample volume on the deformation mechanism is studied. In this context, micropillars provide a test in which the hydrostatic stress component is minimised. Using microcantilevers, the maximum bending strength and, in the case of notched cantilevers, the local fracture toughness of glasses with different topology is also accessible. By varying the strain rate and test temperature in impact and indentation testing, the dynamics of the fracture and plastic deformation mechanisms in the different glass structures is quantified. After deformation, the activated densification and flow mechanisms are characterised by spectroscopy and microscopy (AFM, SEM and TEM) of the plastically deformed volumes.Of particular interest are the structural parameters which govern the length scales in the deformation and damage behaviour of the glasses. By comparison of the observed deformation mechanisms with the results on bulk metallic glasses or other glass systems, general concepts for the understanding of localised deformation and fracture behaviour in glasses will be obtained.
  • Zusammenhang zwischen Mikrogefüge und mechanischen Eigenschaften insbesondere des Kriechverhaltens unter Berücksichtigung der Langzeitstabilität und der ortsabhängigen Eigenschaften bei der Nickelbasissuperlegierung Allvac®718Plus®
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2012 - 30.12.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Aberrationskorrigierte hochauflösende und in-situ Transmissionselektronenmikroskopie an C-Allotropen und Bauelementen (Z02)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 953: Synthetische Kohlenstoffallotrope
    Laufzeit: 01.01.2012 - 01.01.2015
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    Im vorliegenden wissenschaftlichen Zentralprojekt sollen die weitreichenden Möglichkeiten des neuen aberrationskorrigierten Transmissionselektronenmikroskops FEI Titan3 80-300 eingesetzt werden, um in enger Kooperation mit den anderen Projekten einzelne C-Allotrope, C-basierte Kompositstrukturen, sowie abgeleitete dünne Schichten und Bauelemente auf atomarer Skala zu untersuchen. Unter anderem wollen wir die chemische Funktionalisierung von Graphen untersuchen, Querschnitts-analysen an C-basierten Bauelementen durchführen, die 3D-Struktur von BHJFilmen tomographisch charakterisiern sowie in-situ nanomechanische Tests zur Exfoliation von Graphen durchführen.
  • Additive Fertigung einkristalliner Superlegierungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 103: Vom Atom zur Turbinenschaufel - wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen
    Laufzeit: 01.01.2012 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://www.sfb-transregio103.de/
    Ziel dieses Projekts ist es, die Möglichkeiten, die das selektive Elektronenstrahlschmelzen für die additive Herstellung von einkristallinen Superlegierungen eröffnet, zu eruieren. Insbesondere soll das Potenzial, das die prozessinhärente, rasche gerichtete Erstarrung hinsichtlich der Realisierung von ultra-feinen, homogenen Mikrostrukturen bietet, ausgeschöpft werden, um das Eigenschaftsspektrum der Superlegierungen weiter zu verbessern. Die Herausforderung besteht darin, den Aufbauprozess soweit theoretisch zu verstehen und dadurch gezielt führen zu können, dass ein einkristallines Gefüge entsteht.
  • Silizium-Solarzellen auf flexiblen Substraten
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2012 - 31.03.2015
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: http://www.innovationsallianz-photovoltaik.de/main/sisoflex/
    Das Forschungsprojekt ist ein Verbundprojekt mit verschiedenen Partnern wie dem Forschungsinstitut Next Energy in Oldenburg. Ziel des Verbundvorhabens „Silizium basierte Dünnschicht Solarzellen auf flexiblen Metall-Substraten“ (Akronym: SiSoFlex) ist es, die technologischen Grundlagen für die Herstellung von Silizium-Dünnschicht-Solarzellen auf flexiblen Metallsubstraten zu verbessern. Das angestrebte Projektziel gliedert sich auf die folgenden Ansätze auf: • Evaluierung und Entwicklung neuer flexibler Substrate für die Dünnschicht PECVD Beschichtung • Entwicklung kostengünstiger und leicht zu produzierender Lösungen für den Front- und Rückkontakt, die gleichzeitig den Lichteinfang verbessern • Test und Vergleich verschiedener Zellkonzepte in Substrat-Zellkonfiguration auf Metallsubstraten • Verkapselungstests und Optimierung der Lichteinkopplung Die jeweiligen Ansätze verbindet am Ende das konkrete Gesamtziel, ein Zellekonzept auf flexiblen Substraten mit stabilem Wirkungsgrad >11% zu demonstrieren.
    Ziel des Teilvorhabens in Erlangen ist es, die Entwicklung neuer Zellkonzepte durch Simulationsrechnungen zu optimieren und untereinander zu vergleichen. Da der Lichteinfang bei Dünnschichtsolarzellen eine zentrale Rolle spielt, soll dieser mit Hilfe von Hochleistungsrechnern genau analysiert werden. Berechnet werden hierbei der Kurzschlussstrom und die Quanteneffizienz des Lichts abhängig vom Sonnenspektrum. Für die Berechnung der Effizienz der gesamten Solarzelle ist sowohl eine optische als auch eine elektrische Simulation notwendig. Zu diesem Zweck wird durch Lösen der Maxwell- Gleichungen die Generierung von Elektronen-Loch-Paaren simuliert.
  • Dicke Diamantschichten zur Verhinderung von Erosionsverschleiß
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.12.2011 - 30.11.2013
    Mittelgeber: Industrie
  • Blended Learning course on Measurement Uncertainty for advanced vocational Training
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Blended Learning course on Measurement Uncertainty for advanced vocational Training
    Laufzeit: 01.12.2011 - 30.11.2013
    Mittelgeber: Programm für Lebenslanges Lernen / Leonardo da Vinci
    Im Rahmen des internationalen Kooperationsprojekts MUVOT (Blended Learning course on Measurement Uncertainty for advanced VOcational Training) wird ein Kurs zur Vermittlung von Kenntnissen zur Messunsicherheit bereitgestellt und in Pilotkursen erprobt. Zielgruppe des neuen Kursangebots sind Mitarbeiter aus Fertigungsmesstechnik.

    Mit dem Projekt SAM-EMU (142922-LLP-1-2008-1-PL-ERASMUS-ECDEM) wurde ein Internet-basierter eLearning Kurs für Studierende an Universitäten geschaffen. Dieser bildet die Basis für die Entwicklung eines Kurses im Projekt MUVOT (Blended Learning course on Measurement Uncertainty for advanced vocational training).

    Die Nutzeranalyse im Projekt SAM-EMU zeigte, dass es einen grossen Bedarf nach zielgruppenorientierter und flexibler Ausbildung auf dem Gebiet der Messunsicherheit, besonders auch für Mitarbeiter aus dem industriellen Bereich, gibt. Die Umfrage ergab ebenfalls, dass viele Mitglieder dieser Gruppe weniger mit neuen Lernmethoden wie eLearning vertraut sind, als dies bei Studenten der Fall ist. Im Projekt MUVOT sollen deshalb bewährte Lerninhalte mit weiteren Wissensbausteinen ergänzt und in einer für diesen Bereich neuen Kombination unterschiedlicher Lernformen, wie eLearning und Lernen in Workshopform, bedarfsgerecht für Mitarbeiter aus dem industriellen Bereich zur Verfügung gestellt werden.

    Als Kooperation von sechs europäischen Partnern soll MUVOT zu einer Europaweit einheitlichen und fundierten Ausbildung von Messtechnikern beitragen. Es ist vorgesehen, die Resultate in nationale Fortbildungsangebote zu integrieren und ab Ende 2013 als neue Fortbildungsmöglichkeit zur Verfügung zu stellen.

  • Modeling and Visualization of Vascular and Skeletal Anatomy
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.11.2011 - 31.10.2016
  • FPGA-basierende dynamisch rekonfigurierbare SQL-Beschleuniger
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2011 - 30.09.2014
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/draqa
    Heutige Datenbanksysteme müssen sehr große Datenmengen verarbeiten und viele Abfragen auf diesen Daten beantworten. Typische Datenbanksysteme erlauben den Einsatz der "Structured Query Language" (SQL), um solche Abfragen (SQL-Queries) zu formulieren. Um kurze Antwortzeiten und hohen Datendurchsatz zu gewährleisten, wurde der Einsatz von rekonfigurierbarer Hardware (FPGAs) untersucht. Dazu dienten FPGAs als Hardwarebeschleuniger, um die Ausführung von SQL-Queries zu beschleunigen. Insbesondere wurde der Einsatz von partiell dynamischer Rekonfiguration untersucht, um Synthese- und Rekonfigurationszeit zu sparen. Dabei wurden vorsynthetisierte Module genutzt, die dynamisch zur Laufzeit zu einer SQL-Query zusammengeschalten werden, um diese auszuführen. Mithilfe dieses Ansatzes ist es möglich, durch Rekonfiguration binnen kürzester Zeit verschiedene SQL-Queries hintereinander auszuführen und flexibel auf verschiedene Anfragen zu reagieren.
  • Kristallzüchtung von Nitrid-Einkristallen mit hoher Reinheit
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1600: Chemie und Technologie der Ammonothermal-Synthese von Nitriden
    Laufzeit: 01.09.2011 - 31.12.2017
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    URL: https://www.fau.de/forschung/forschungseinrichtungen/dfg-einrichtungen/forschergruppen/
    Das Projekt befasst sich in der zweiten Antragsperiode mit dem Ausbau und der Weiterentwicklung des ammonosauren bzw. -basischen Basisprozess für die Züchtung von größeren Nitrid-Einkristallen. In diesem Zusammenhang sollen nun auch die Ergebnisse der anderen Teilprojekte auf die Basisprozesse angewendet werden, um optimale Bedingungen nach den neuesten Erkenntnissen herzustellen und ein ganzheitliches Bild der Vorgänge während der Züchtung zu erhalten. Es werden die Quellen und der Transport unerwünschter Verunreinigungen erfasst und deren Einbau in den Festkörper in Abhängigkeit von Prozessparametern und eingestellten Chemismus des Züchtungssystems untersucht. Begleitend zu den experimentellen Arbeiten werden die Strömungsmuster und der Einfluss von Prozessparameter auf Temperatur- und Strömungsverteilung mit Hilfe von 3D­ Simulationen weiter untersucht, um bisher in der Literatur nicht berücksichtigte Effekte einzubeziehen. Zusätzlich soll ein chemisches Modell des ammonothermalen Systems entwickelt werden, welches bisher nicht berücksichtigte Punkte wie z . B. Rücktransport des Mineralisators, Verteilung und Transport chemischer Spezies, betrachtet. Ein solches Modell liegt bisher nicht vor.Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die bisher gewonnen Erkenntnisse über die Ammonotherma lsynthese auf neue funktionale Nitride übertragen werden . Erste Untersuchungen zu geeigneten Modellverbindungen durch das TP 1, zeigten , dass vor allem Nitride mit Wurtzitstruktur für eine ammonothermale Synthese in Frage kommen. Basierend auf den Experimenten und Untersuchungen durch die Teilprojekte 1 und 2 hinsichtlich der bei der Synthese auftretenden lntermediate und möglicher Mineralisatoren, wird die Züchtung der Halbleitermaterialien lnN und Zn3N2 und den ternären Zink-IV-Nitriden wie ZnSiN2 , ZnGeN2 und ZnSnN 2 angegangen. Diese ternären Materialien konnten bisher noch nicht als Massivmaterial gezüchtet werden, besitzen allerdings aufgrund ihrer möglichen Verwendung als Ersatzmaterialien für GaN, lnN und AIN ein großes Potential. Im Rahmen des Projekts würde damit ein gänzlich neues Materialsystem erschlossen werden können.

    http://www.ammono-for.de/

  • miLife - eine innovative Wearable Computing Plattform zur Datenanalyse von in Kleidung integrierten Sensoren für den Einsatz in Teamsport und Gesundheit
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2011 - 31.10.2014
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
    Körpernahe Sensoren spielen eine immer größer werdende Rolle im Sport- und Gesundheitsumfeld. Es existieren dabei zahlreiche Insellösungen, welche körpernahe Sensoren einsetzen um Sportler zu unterstützen oder ältere Menschen zu überwachen. Systeme wie adidas miCoach oder Nike+ zeigen, dass sich durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnik völlig neue Geschäftsfelder für Sportartikelhersteller eröffnen und ein enormes Marktpotential vorliegt. Das ideale Produkt für eine herausragende Marktpositionierung stellt hierbei eine Abkehr von den genannten Insellösungen hin zu einer zentralen, vielfach einsetzbaren Wearable Computing Plattform dar. Für diese Lösung müssen allerdings die Integration von Sensoren in Kleidung und Sportgeräten und die Möglichkeiten zur Verarbeitung der entstehenden Informationen entschieden vorangetrieben werden. Um mit diesem Produkt schlussendlich erfolgreich auf dem Markt bestehen zu können, müssen auch völlig neue Kommunikations- und Sensor-Technologien geschaffen und innovative Anwendungen bereitgestellt werden.

    Ziel dieses Projekts ist es daher, die von den Partnern in diesem Umfeld gesammelten Erfahrungen zu bündeln und auszubauen, um innovative Produkte zu entwickeln. Hierbei soll ausgehend von der bestehenden Plattform miCoach eine umfassende Kommunikations- und Anwendungsplattform "miLife" für körpernahe Sensoren geschaffen werden. Die entstehende Plattformlösung wird durch flexible Möglichkeiten zur Sensoranbindung, Datenanalyse und sozialen Vernetzung für vielfältige Einsatzgebiete wie Teamsport, Bewegungsmotivation und Gesundheitsmonitoring geeignet sein. 

  • Aspektorientierte Echtzeitsystemarchitekturen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2011 - 30.08.2014
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Echtzeitsystemen spielt die verwendete Echtzeitsystemarchitektur, in der sie nämlich Mechanismen widerspiegelt, um kausale und temporale Abhängigkeiten zwischen verschiedenen, gleichzeitigen Aufgaben eines Echtzeitsystems zu implementieren. Zwei gegensätzliche Pole solcher Architekturen stellen zeit- und ereignisgesteuerte Systeme dar. In ersteren werden Abhängigkeiten bevorzugt auf temporale Mechanismen abgebildet: Aufgabenfragmente werden zeitlich so angeordnet, dass beispielsweise gegenseitiger Ausschluss oder Produzenten-Konsumenten-Abhängigkeiten eingehalten werden. In letzteren werden solche Abhängigkeiten mit Hilfe von Synchronisationskonstrukten wie Semaphore oder Schlossvariablen explizit koordiniert. Die Echtzeitsystemarchitektur beeinflusst also die Entwicklung eines Echtzeitsystems auf Ebene der Anwendung und kann dort als stark querschneidende, nicht-funktionale Eigenschaft aufgefasst werden. Diese Eigenschaft beeinflusst darüber hinaus die Implementierung weiterer wichtiger nicht-funktionaler Eigenschaften von Echtzeitsystemen, etwa Redundanz oder Speicherverbrauch. Basierend auf einer geeigneten Repräsentation der kausalen und temporalen Abhängigkeiten auf der Ebene der Anwendung sollen im Rahmen des beantragen Projekts Mechanismen entwickelt werden, um die Echtzeitsystemarchitektur und damit weitere nicht-funktionale Eigenschaften von Echtzeitsystemen gezielt zu beeinflussen.
  • Untersuchung der Diffusion sowie der Viskosität und Oberflächenspannung für Gemische mit Bezug zur Fischer-Tropsch-Synthese
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.08.2011 - 31.12.2017
    Mittelgeber: Industrie
  • Teilvorhaben: Intelligentes Leistungsmodul
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Verbundprojekt: Keramische Aufbau- und Integrationstechnik für robuste Signal- und Leistungselektronik (KAIROS)
    Laufzeit: 01.08.2011 - 31.10.2014
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    Zukünftige Generationen von Elektrofahrzeugen müssen die Energie, die ihnen zur Verfügung steht, höchst effizient einsetzen, denn die zur Speicherung erforderlichen Batterien bestimmen maßgeblich die Fahrzeugkosten und -reichweite. Um die Energie optimal nutzen zu können, sollte vor allem die hohe elektrische Leistung des Antriebsstranges effizient gesteuert werden.
  • Bifunktionelle hierarchisch aufgebaute poröse Schichtsysteme für effiziente einstufige Umwandlungen von Synthesegas zu Treibstoffen in Mikrostrukturreaktoren
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1570: Poröse Medien mit definierter Porenstruktur in der Verfahrenstechnik - Modellierung, Anwendungen, Synthese
    Laufzeit: 01.08.2011 - 30.08.2013
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Mikrostrukturreaktoren bieten aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeübertragungsleistung sowie der geringen Stofftransportwiderstände in Mikrokanälen für viele heterogen katalysierte Reaktionen die Aussicht, durch Einhaltung optimaler Reaktionsbedingungen höhere Ausbeuten und Selektivitäten zu erreichen, und dies bei hoher Produktivität und kompakter Bauweise. Benötigt werden hierfür hochaktive katalytische Materialien und praktikable Konzepte für deren Integration in die Mikrostrukturen. Am Beispiel zweistufiger Reaktionssequenzen zur Umwandlung von Synthesegas in flüssige Treibstoffe soll das Konzept der synergetischen Kopplung der konsekutiven Reaktionsschritte auf der Mikroskala in porösen Kern-Schale-Strukturen mit unterschiedlicher katalytischer Funktionalität von Kern und Schale experimentell sowie anhand detaillierter Simulationsrechnungen untersucht werden. Hierzu werden Partikel im Größenbereich von 50-100 μm für den Einsatz im Mikro-Festbett und Beschichtungen in Mikrokanälen im Dickenbereich von 5-20 μm betrachtet. Insbesondere soll versucht werden, die strukturellen und katalytischen Parameter nach den Vorgaben von Simulationsrechnungen auf der Basis der Kinetik des Stofftransports und der Reaktionen gezielt einzustellen. Angestrebt wird eine möglichst einfache, einstufige Verfahrensführung, maximale Kompaktheit des Reaktors und eine hohe Stoff- und Energieeffizienz der Umwandlung.
  • Metrology to assess the durability and function of engineered surfaces
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Metrology to assess the durability and function of engineered surfaces
    Laufzeit: 01.08.2011 - 31.07.2014
    Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis), andere Förderorganisation
    MADES aims to develop a holistic, model-driven approach to improve the current practice in the development of embedded systems. The proposed approach covers all phases, from design to code generation and deployment. Design activities will exploit a dedicated language developed as an extension to OMG's MARTE Profile intended to eventually become industry standards, and will foster the reuse of components proposing special means on components sharing including associated models, properties and constraints in order to enforce overall consistency when building a new system. Validation activities play a key role and will include the verification of key properties on designed artefacts, closed-loop simulation based on detailed models of the environment, and the verification of designed transformations. Code generation addresses both hardware description languages and conventional programming languages with features for compile-time virtualisation of common hardware architecture features, including accelerators, memory, multiprocessor and inter-processor communication channels, to cope with the fact that hardware platforms are getting more and more complex. Expected Impact MADES technologies are expected to reduce development costs of complex embedded systems for the Aerospace, Defence and other key European industries, while enabling a next generation of highly complex embedded systems to be developed that are more reliable, yet costing less to maintain and evolve as industry needs change and hardware capabilities increase. New market opportunities for European industries, including SME size technology companies, will appear as companies relying on design and integration of embedded systems in their products are more competitive in global markets through lower costs and improved abilities to deliver new or enhanced products faster to market.
  • Mesoskopische Simulation des selektiven Strahlschmelzens
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.06.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/
    Die grundlegenden Mechanismen, die beim Pulverschmelzen und der Werkstoffverdichtung im selektiven Strahlschmelzprozess wesentlich sind, sind bisher wenig verstanden. Der Großteil der in der Literatur vorhandenen analytischen und numerischen Modelle beschreibt den Konsolidierungsprozess in einem homogenisierten Bild, d. h. einzelne Pulverpartikel werden nicht aufgelöst. Dieses Vorgehen gibt zwar Auskunft über Mittelwerte, kann aber den lokalen Einfluss des Pulvers nicht erfassen, wie z. B. die Pulvergrößenverteilung, den stochastischen Effekt der Pulverschüttung, die Benetzung des Pulvers durch die Schmelze und die Ausbildung des Schmelzbads. Der eigentliche selektive Schmelzprozess und die dabei wirkenden Mechanismen können nur mit Hilfe der numerischen Simulation auf mesoskopischer Skala, d. h. auf der Skala der Pulverpartikel, verstanden werden. Ziel dieses Projektes ist es, ein numerisches Werkzeug zur mesoskopischen Simulation des selektiven Strahlschmelzens zu schaffen und zur Entwicklung von innovativen Prozessstrategien zu nutzen. Die mesoskopische Skala gestattet die Vorhersage von Defekten, der Oberflächengüte und der Strukturgenauigkeit für verschiedene Werkstoffe als Funktion der Materialparameter (Pulverform, Schüttdichte, ...) und der Prozessparameter (Strahlform, Streckenenergie, Geschwindigkeit, ...).
    Im der ersten Phase wurde ein Programm zur 2D-Simulation des selektiven Elektronenstrahlschmelzens entwickelt und anhand experimenteller Ergebnisse validiert. Die Hauptaufgabe bestand in der Abbildung des gesamten Aufbauprozesses, da dieser von unterschiedlichen Zeitskalen (Vorheizen, Schmelzen, Auftrag der Pulverschicht) geprägt wird. Dabei wird, unter anderem, die komplexe Einkopplung des Strahles in das Pulver, Strahlungsverluste an der Oberfläche, Masse- und Energieverlust durch Verdampfung und die Deformation des Schmelzbads durch den Verdampfungsdruck berücksichtigt. Das Programm ist nun in der Lage, Aufbauprozesse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Scanstrategien über viele Schichten zu simulieren. So konnten unterschiedliche Prozessstrategien, wie z. B. die Remelt-Strategie, die Refill-Strategie, untersucht werden. Die Verifikation der numerischen Resultate erfolgt in enger Zusammenarbeit mit TP B2.
    In der zweiten Phase soll zum einen, um auch das Laserschmelzen von Polymeren simulieren zu können, das bisherige Modell auf Polymere übertragen und implementiert werden. Dazu muss die Absorption des Laserstrahls im teilweise transparenten stochastischen Pulverbett sowie das hochviskose, viskoelastische Materialverhalten beschrieben werden. Die Erarbeitung und Verifikation des Modells erfolgt in Zusammenarbeit mit Teilprojekt TP B3. In einem weiteren Schritt wird eine Methode zur 3D-Simulation der Kornstruktur beim selektiven Strahlschmelzen von Metallen implementiert, um die Textur der Werkstoffe als Funktion der Prozessstrategie vorhersagen zu können.
  • Makroskopische Modellierung, Simulation und Optimierung des selektiven Strahlschmelzens mit pulverförmigen Ausgangswerkstoffen (C03)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.06.2015
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    Das Ziel des Teilprojekts ist die makroskopische Modellierung und Simulation strahlbasierter Ferti-gungsprozesse unter simultaner Berücksichtigung des Materialauftrags, thermischer Effekte und inelastischen Materialverhaltens. Kontinuumsmechanische Methoden und Finite-Elemente Simulationen werden eingesetzt, um prozessinduzierte Eigenspannungen, Schädigungen und Bauteilverzug zuverlässig vorherzusagen.
  • Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.06.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/
    Ziel dieses Teilprojektes ist es, innovative Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen zu erarbeiten, um so Material- und Bauteilqualität zu verbessern. Dabei ermöglichen zwei wesentliche Faktoren das Erforschen neuer Strahlführungskonzepte. Zum einen lässt sich der Strahl nahezu trägheitsfrei und dadurch mit sehr hohen Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 m/s bewegen. Zum anderen stehen hohe Leistungen zur Verfügung. Zunächst sollen Prozessstrategien entwickelt werden, die ein Einstellen des Temperaturfeldes, der Schmelzbadgeometrie sowie insbesondere der Bedingungen an der Erstarrungsfront ermöglichen. Dabei wird auf die Strategie der Vielfachwechselwirkung, welche im ersten Projektzeitraum erarbeitet wurde, aufgebaut. Diese beschreibt die Ausbildung eines linienförmigen Schmelzbades bei sehr hohen Strahlgeschwindigkeiten, welches senkrecht zur Bewegungsrichtung des Strahls erstarrt. Es soll untersucht werden, inwieweit die Vielfachwechselwirkung ein Herabsetzen der auftretenden Maximaltemperaturen sowie der Dynamik des Schmelzbades und damit einer Verbesserung der resultierenden Werkstoffeigenschaften begünstigt. In enger Zusammenarbeit mit TP B4 werden dabei numerische Simulationen mit experimentellen Erkenntnissen verglichen. Des Weiteren soll untersucht werden, wie durch eine Modulation von Ausprägung und Richtung des Temperaturgradienten die Mikrostruktur und Textur des Gefüges lokal variiert werden kann. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der gezielten Einstellung von epitaktischem Kornwachstum bzw. Neubildung von Körnern. Simulationen aus TP C5 sollen das Erarbeiten geeigneter Strategien optimieren. Ein weiterer zu untersuchender Punkt ist das Verständnis der Mechanismen, die zur im Prozess auftretenden Materialverfrachtung führen. Dieser Effekt ist bisher negativ gewertet worden. Weiterführende Untersuchungen sollen die grundlegenden Erkenntnisse schaffen, um nun diese Effekte entweder zu vermeiden oder als systematische Materialverfrachtung für vollkommen neue Gestaltungsmöglichkeiten zu nutzen. So sollen beispielsweise durch geschickte Prozessführung abgeschlossene, pulverfreie Hohlräume oder dünne Kanäle erzeugt werden. Ein weiteres Ziel ist die Verbesserung der Ober- und Seitenflächenqualität der gebauten Teile durch Materialverfrachtung. Kollaborationen mit TP B4 und C4 werden ein besseres Verständnis der auftretenden Mechanismen sowie eine detailliertere Auswertung der gebauten Strukturen ermöglichen. Am Ende der zweiten Antragsperiode steht die Validierung der erarbeiteten Prozessstrategien anhand mehrerer Demonstratoren. In der abschließenden Periode sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf die Verarbeitung neuer Werkstoffsysteme angewendet werden.
  • Untersuchung der Lösungs- und Kristallisationsgleichgewichte im System GaN/NH3 als Grundlage für die ammonothermale Kristallzüchtung von Nitriden
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1600: Chemie und Technologie der Ammonothermal-Synthese von Nitriden
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.07.2014
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Für die Bestimmung von Gleichgewichten werden bei der ammonothermalen Züchtung von Gallium-nitrid bisher meist gravimetrische ex situ Verfahren eingesetzt, unabhängig davon ob im ammonobasi-schen oder ammonosauren Fluid kristallisiert wird. Die Vorgänge im Reaktor, wie die Reaktionsschritte beim Lösungsvorgang, dem Transport der Spezies und der Kristallisation selbst sind bisher wenig oder gar nicht bekannt. Für ein Verstehen und das Beschreiben des Kristallisationsprozesses der Gruppe-III-Nitride und einer gezielten Züchtung von Volumenkristallen ist die Kenntnis von Löslichkeits- und Gleichgewichtsdaten auch unter ammonothermalen Bedingungen unbedingt erforderlich. Eine prozessrelevante Löslichkeit der Gruppe-III-Nitride in Ammoniak wird erst beobachtet, wenn geeignete Lösungsvermittler wie z. B. Ammoniumhalogenide oder Alkaliamide zugesetzt werden. In Kooperation mit den in situ Untersuchungsmethoden des TP 3 und TP 5 sollen im TP 4 Apparaturen entwickelt werden, die zeitabhängig eine repräsentative Probennahme ermöglichen, damit eine Bilan-zierung des Kristallisationsvorganges nahe den jeweiligen Gleichgewichtsbedingungen bei verschie-denen Prozessparametern möglich wird. Dazu soll sowohl bezüglich der Autoklaventechnik als auch bezüglich der zu entwickelnden Röntgentechnik sich schrittweise den Anforderungen des Modellsys-tems GaN/NH3-Systems über die Zeolith- und ZnO-Kristallisation angenähert werden.
  • Flexible additive Fertigung anwendungsangepasster metallischer Baugruppen mit Blech-Grundkörper
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.06.2015
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/
    Die Vision des Teilprojekts ist die Herstellung großflächiger Bauteile aus schwer umzuformenden metallischen Halbzeugen mit additiv gefertigten Funktionselementen. Im Rahmen des Teilprojekts sollen die hohe Produktivität umformtechnischer Fertigungsprozesse und die große Flexibilität additiver Herstellungsverfahren kombiniert werden. Die notwendigen wissenschaftlichen Grundlagen einer geeigneten Prozesskette bestehend aus den Schritten Umformen, additive Fertigung, Kalibrieren sollen im Kollektiv des SFB erarbeitet werden.
  • In situ Visualisierung des ammonothermalen Kristallisationsprozesses mittels Röntgenmesstechnik
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: FOR 1600: Chemie und Technologie der Ammonothermal-Synthese von Nitriden
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.07.2014
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Dieses Teilprojekt befasst sich mit der in situ Visualisierung des ammonothermalen Synthese- und Kristallwachstumsprozesses mittels bildgebender, digitaler Röntgenmesstechnik. Ziel ist die Bilanzie-rung der chemischen Reaktionen und des Stofftransportes bei der solvothermalen Nitrid-Kristallisation, indem der zeitliche Massenzuwachs aus 2D-topographischen Projektionen der Kristallite im Inneren der Wachstumszelle ausgewertet wird. Experimentell kommen eine portable Röntgenquelle und ein digital auslesbarer Flächendetektor aus der Medizintechnik zum Einsatz. Die Ortsauflösung liegt bei ca. 50 μm bis 100 μm. Die ammonothermalen Wachstumsexperimente erfolgen wegen der hohen Drücke von mehreren kbar in dickwandigen Edelstahl-Autoklaven, die zur Sicherstellung der Röntgen-strahlen-Transparenz mit Saphir-Fenstern ausgestatteten werden. Zur Etablierung der Messmethode sind im Rahmen der Methodenentwicklung zunächst Experimente an den chemisch verwandten hyd-rothermalen Zeolith- und ZnO-Systemen eingeplant, welche im Druckbereich von unter 100 bar durchgeführt werden können und deutlich niedrigere technische Anforderung an den Messaufbau stellen. Ziel der Methodenentwicklung ist die Optimierung des Röntgenbildkontrastes und der Verfei-nerung der Auswertung der Kristallit-Volumina. Im dritten Jahr ist schließlich die Entwicklung einer in situ Röntgenbeugung geplant, mit deren Hilfe der 100 nm bis 1 μm Kristallit-Bereich experimentell zugänglich wird.
  • Inkrementelle In-Line Prüftechnik für die additive Fertigung (C04)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814: Additive Fertigung
    Laufzeit: 01.07.2011 - 30.06.2019
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/index.shtml
    Die Qualität von SLM-gefertigten Bauteilen (englisch: Selective Laser Melting, Abk. SLM) wird von vielen unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Schwindung, Verzug, Lunker und Materialeinschlüsse, sowie Schwankungen der Oberflächenrauheit wirken sich auf die Funktionalität der Bauteile aus.

    Um bereits während der Bauphase die Qualität und Maßhaltigkeit von additiv gefertigten Bauteilen überprüfen zu können, werden im Teilprojekt C4 die wissenschaftlichen Grundlagen für eine inkrementellen Inline-Prüfung basierend auf optischen Messprinzipien untersucht. Am Beispiel eines SLM-Prozesses für Polymere werden angepasste Messstrategien, optische Koordinatenmesssysteme und Sensorkühlkonzepte realisiert und evaluiert. Dabei kann gezeigt werden, dass alleine mit einer ausschließlich dimensionelen inkrementelle Messung nicht alle Ursachen für Bauteilabweichungen eindeutig zugeordnet werden können. Für eine  zielgerichtete Korrektur der Fertigungsparameter sind die daraus resultierenden  Unsicherheiten damit noch zu groß.

    Gegenstand weiterer Untersuchungen ist es daher, die bisherige fotogrammetriebasierte Inline-Messtechnik einerseits um die Messung weiterer Einflussgrößen wie Laserleistung, Schmelzpoolgröße sowie Anlagen- und Messsystemtemperatur zu erweitern, andererseits Referenzierungssysteme zur Verkürzung des metrologischen Kreises und zur Reduzierung der Messunsicherheiten aufzubauen. Damit können Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge für Fertigungsabweichungen besser quantifiziert werden, was zu einem verbesserten Prozessverständnis beiträgt, eine Korrektur dieser Einflüsse ermöglicht sowie die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit von SLM-Bauteilen signifikant verbessert.

    Eine Verknüpfung der gewonnenen Erkenntnisse und Informationen soll zu einer Bauteilüberwachung führen, wodurch ein Trend zur Abweichung von der idealen Geometrie erkannt und korrigiert werden kann.

  • Darstellung und Codierung von mehrdimensionalen medizinischen Datensätzen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2011 - 01.06.2014
    Mittelgeber: Siemens AG
  • Effiziente Kompression von Displaydaten und objektive Qualitätsbeurteilung von Video- und Bildinhalten für die automatisierte Integrationserprobung von Infotainment-Systemen in Automobilen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2011 - 01.06.2014
    Mittelgeber: Industrie
  • Verarbeitung und Einstellung der Mikrostruktur von y-TiAl durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2011 - 30.04.2013
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Titanaluminde haben durch das Ersetzen deutlich schwererer Nickelbasislegierungen großes Potential für Kraftstoffeinsparungen in zukünftige Generationen von Flugzeug- und Kraftwerksturbinen. Die Verarbeitung dieser Materialien gestaltet sich allerdings äußerst schwierig, da die Materialeigenschaften stark von der Mikrostruktur und chemischen Homogenität des Endproduktes abhängen. Im vorliegenden Vorhaben soll ein Rapid Manufacturing Prozess, das selektive Elektronenstrahlschmelzen, zur Verarbeitung der Titanaluminde verwendet werden. Durch den schichtweisen Aufbau können in diesem Verfahren beliebig komplexe Geometrien aufgebaut werden, wobei zu jedem Zeitpunkt nur eine sehr kleine Menge an Material im schmelzflüssigen Zustand ist. Die kleinen Aufschmelzvolumina führen zu hohen, von der Bauteilgeometrie unabhängigen, Abkühlraten, welche zu feinen Gefügen und einer hohen chemischen Homogenität führen, beides Voraussetzungen für gute mechanische Eigenschaften. Der Fokus unserer Arbeit liegt darin, ein grundlegendes Verständnis für die Korrelation zwischen Prozessparametern, Mikrostrukturen und Eigenschaften zu erarbeiten. Ziel ist es, die Mikrostruktur der Bauteile durch die Variation der Prozessparameter zu steuern, um damit Mikrostrukturen und Eigenschaften zu erzeugen, die anders nicht realisierbar sind.
  • Probabilistische Beschreibungslogik als Fragment der Probabilistischen Logik Erster Stufe
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.04.2011 - 01.04.2014
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    In vielen Anwendungen von Beschreibungslogik, etwa in bio-medizinischen Ontologien, spielt unsicheres Wissen eine wichtige Rolle. Da jedoch klassische Beschreibungslogiken Fragmente der Logik erster Stufe sind, stellen sie keinerlei Ausdrucksmittel für derartiges Wissen zur Verfügung. Aus diesem Grund besteht seit einiger Zeit großes Interesse an probabilistischen Erweiterungen von Beschreibungslogiken. Die Anwendung existierender Erweiterungen dieser Art erfolgt aber eher zögerlich, da diese entweder aus Sicht der aktuellen Forschung veraltet sind oder aber Wahrscheinlichkeiten und nicht-monotone Aspekte in einer Weise mischen, die in einer schwer verständlichen Semantik resultiert. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, eine neue Familie von Beschreibungslogiken zu definieren und analysieren, die sich zur wohletablierten probabilistischen Logik erster Stufe in gleicher Weise verhalten wie klassische Beschreibungslogiken zur klassischen Logik erster Stufe. Wie in unserer Vorarbeit demonstriert, erhält man durch dieses Vorgehen eine transparente Semantik, eine nützliche Ausdrucksstärke und gute Berechnungseigenschaften. Ebenso wie für probabilistische Logik erster Stufe wird es Varianten unserer Logik geben, die zur Repräsentation statistischer Wahrscheinlichkeiten geeignet sind, sowie Varianten für subjektive Wahrscheinlichkeiten und für eine Mischung der beiden Arten von Wahrscheinlichkeit. Wir werden ausdrucksstarke Beschreibungslogiken wie SHIQ und SROIQ erweitern, um möglichst ausdrucksstarke (aber noch entscheidbare) probabilistische Beschreibungslogiken zu erhalten. Zusätzlich werden wir, auf der Grundlage ausdrucksschwacher klassischer Beschreibungslogiken wie EL und DL-Lite, probabilistische Beschreibungslogiken identifizieren, die Schlussfolgern in polynomieller Zeit erlauben. Für alle neuen Logiken werden wir die Ausdrucksstärke und die Berechnungskomplexität verschiedener Schlussfolgerungsprobleme (Subsumption, Berechnung von Wahrscheinlichkeiten, Top-k Answers in der Beantwortung von konjunktiven Anfragen) analysieren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dann auf probabilistische Logiken erster Stufe rückübertragen werden, um dort entscheidbare Fragmente zu identifizieren. Da manche Aspekte unsicheren Wissens (wie etwa der Zusammenhang von statistischen und subjektiven Wahrscheinlichkeiten) inhärent nicht-monoton sind, werden wir auch Erweiterungen der neuen Logiken um nicht-monotone Aspekte studieren. Endergebnis des Projekts ist ein umfassendes Rahmenwerk für die ontologische Repräsentation unsicheren Wissens mit klar verständlicher Semantik und umfassend herausgearbeiteten Berechnungseigenschaften.
  • Sichere und frühe Bewertung von Gussdefekten zur optimalen schwingfesten Bauteilauslegung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2011 - 31.10.2014
    Mittelgeber: Industrie, Bayerische Staatsministerien
    Die Auslegung von sicherheitsrelevanten Gussteilen im Leichtbau erfordert eine Berücksichtigung der inhomogenen Werkstoffeigenschaften bereits in der Konstruktionsphase, was aktuell in der Praxis noch nicht vollzogen ist. Durch Kopplung der Prozesssimulation mit der Lebensdauerberechnung sollen eine frühe Bewertung fertigungsbedingter Fehler im Hinblick auf die Schwingfestigkeit erreicht werden und konstruktive Maßnahmen zur optimierten Auslegung abgeleitet werden. Am Beispiel des Kokillengussverfahrens von Aluminium wird diese virtuelle Prozesskette erarbeitet und validiert. Die Modellierung der Herstellung beschreibt detailliert die Entstehung fertigungstypischer Defekte und die Evaluierung der Eigenschaften wird experimentell an entsprechenden, gezielt eingestellten Werkstoffzuständen durchgeführt. Damit wird eine frühe und sichere Bewertung durch rechnerische Bestimmung der Schwingfestigkeit möglich, die an einem Demonstrator vollzogen und im Anschluss an Realbauteilen validiert wird.

    Ziel dieses Projekts im Verbund:

    Die einzelnen Prüfkörper und Bauteile werden nach der zerstörenden Prüfung fraktografisch untersucht. Durch Betrachtung der Bruchflächen wird versucht, auf den Bruch auslösenden Bestandteil des Gefüges zu schließen und diesen zu dokumentieren. Im Einzelnen soll untersucht werden:

    • Art des bruchauslösenden Gefügemerkmals (Erstarrungspore, Gaspore oder Oxidfilm)
    • Größe, Ausprägung und Lage im Probekörper

    Die Untersuchungen erfolgen vor allem im Rasterelektronenmikroskop. In Werkstoffen mit hinreichend großen Defekten (wie Gussporen und Einschlüsse) werden diese zum Ort des kritischen Anrisses. Sie können im Allgemeinen gut auf den Bruchflächen an Hand der Bruchverlaufslinien nachgewiesen werden. Eine Ausnahme stellen aber Oxidfilme dar, die oft nicht oder nur unzureichend sichtbar gemacht werden können. Hier muss im vorliegenden Forschungsprojekt Neuland betreten werden. Als Lösungsweg bieten sich REM-FIB-Untersuchungen an.

    An ausgewählten Proben werden metallografische Schliffe zur Dokumentation der Mikrostruktur (im Zusammenhang mit dem Bruch) und der Porosität erstellt. Die Ergebnisse werden entsprechend statistisch aufgearbeitet und mit den Ergebnissen der gerechneten Defektverteilung korreliert.

    Zusätzlich soll der Einfluss der defektfreien Mikrostruktur, insbesondere des Eutektikums, auf die Schwingfestigkeit untersucht werden. Dabei steht im Vordergrund, die Rolle der Morphologie des interdendritischen Bereichs zu evaluieren.

  • Diffusionskoeffizienten von Gasgemischen mittels Loschmidt-Verfahren basierend auf holografischer Interferometrie
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2011 - 28.02.2013
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    In dem beantragten Projekt soll das Loschmidt-Verfahren basierend auf holografischer Interferometrie zur hochgenauen Bestimmung von Diffusionskoeffizienten binärer Gasgemische weiterentwickelt werden. Hierfür ist die Optimierung einer bestehenden Apparatur notwendig, die von der Arbeitsgruppe um Prof. Vogel von der Abteilung Physikalische Chemie der Universität Rostock übernommen wurde. Die durch holografische Interferometrie zugängliche Information über die Partlaidichte in Abhängigkeit von Ort und Zeit kann genutzt werden, um die Transportvorgänge in der Loschmidt-Zelle vollständig zu erfassen. Auf dieser Basis soll ein neues Auswerteverfahren zur präzisen Bestimmung von binären Diffusionskoeffizienten entwickelt werden, das neben der molekularen Diffusion auch Konvektion, Quellen und Senken sowie die Konzentrationsabhängigkeit des binären Diffusionskoeffizienten berücksichtigt. Die verbesserte Apparatur und das neue Auswerteverfahren sollen zunächst an dem Edelgassystem Argon-Neon getestet werden, wobei der binäre Diffusionskoeffizient in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Konzentration ermittelt wird. Bei weiteren Untersuchungen für das System Krypton-Helium liegt der Schwerpunkt auf der Analyse der Konzentrationsabhängigkeit, für die in der Literatur widersprüchliche Ergebnisse zu finden sind. Das dritte zu untersuchende System Ammoniak-Helium wurde aufgrund des stärkeren Realgasverhaltens im Vergleich zu den Edelgassystemen gewählt.
  • A coupled MD-FE simulation method accounting for interphases in nanoparticle filled thermoplastics.
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1369: Polymer Solid Contacts: Interfaces and Interphases
    Laufzeit: 01.02.2011 - 28.02.2014
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    This proposal aims at an extension of a recently developed, hybrid MD-FE simulation scheme towards its application to materials dominated by polymer-solid interphases. Only particle-based methods are able to intrinsically resolve microstructure and mechanical behavior of interphases. Therefore, we proceed with the following setup: A coarse-grained MD domain, which contains a single nanoparticle and as much polymer as necessary to ensure bulk behavior at the boundary, is included into a FE do-main. The FE boundary is used to apply various types of deformations and to record the overall stress responses of particle, surrounding interphase and bulk. With these data, the parameters of a purely continuous counterpart to the hybrid setup are iteratively adjusted until it behaves identically. As its main feature, the continuous ersatz-model substitutes the interphase between particle and polymer by an interface governed by a surface energy in the sense of Gibbs. This can be understood as a condensation of micro-scale property profiles within the 3-D interphase into a 2-D continuum mechanical model. Ultimately, after homogenizing the continuous ersatzmodel, macroscopic structure simulations allowing for a due consideration of interphase effects as occurring around nanoparticles are to be realized.
  • Bestimmung der Umgebungsbedingungen während coseismischer Deformation mittels Ti-in-Quarz Thermometrie und Ar-Ar Datierung von Pseudotachylyten
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2011 - 31.01.2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Despite a wealth of data about seismic fault zones there is an ongoing discussion about the possibility of frictional melting of quartzitic rocks. In the present study we analysed fault vein bearing fault zones within quartzitic rocks within the Schneeberg Normal Fault Zone (SNFZ), Southern Tirol, Italy. Electron microscopy (scanning electron microscopy, SEM, including electron back scatter diffraction, EBSD, and cathodoluminescence, CL, analysis  in combination with transmission electron microscopy, TEM) analyses revealed that the fault veins (0.5-2 mm thick) are not ultracataclastic zones as presumed initially (see original title of the project WA 1010/11-1). Instead an extensive melting and subsequent quenching of quartz is evident. These quenched friction-induced melts along a fault during seismic slips are so-called tectonic pseudotachylytes and record paleo-earthquakes.  Pseudotachylytes are typically considered to be representative for the brittle upper crust and in association with cataclasites. However the Schneeberg NFZ quartzites show clear evidence of crystal plasticity and dynamic recrystallization resulting in ultrafine-grained (1-2 µm) aggregates along microshear zones (50-150 µm thick) in the host rock adjacent to pseudotachylyte veins. Ar-Ar dating of the Schneeberg NFZ pseudotachylyte reveal an age of 60-66 Ma and indicates that the coseismic event is younger than the greenschist facies metamorphism of the Schneeberg NFZ (76 Ma, exiting data from the literature). Thus pseudotachylyte formation should has occurred after exhumation of the Schneeberg NFZ into the brittle crust under far field ambient temperatures conditions <250-300 °C. The occurrence of such fine recrystallized quartz was also reported in other pseudotachylytes-bearing faults, but these microstructures have been overlooked in most works on pseudotachylytes (also considering that they are hardly visible with standard optical methods) and a detailed electron microscopy study including crystallographic preferred orientation analysis of the microstructure was missing. In this project we carried out a direct comparison between the deformation microfabrics of quartz in two different pseudotachylyte-bearing faults both showing the development of ultrafine-grained recrystallization aggregates: the Schneeberg NFZ quartzite and the Adamello Gole Larghe Fault Zone(GLFZ) tonalite (Southern Alps). The observations of this study suggest that the association of ultrafine recrystallization and frictional melting is a systematic feature of most pseudotachylyte-bearing faults and could yield a more complete information on the mechanics of coseismic slip. Based on thermal models we suggest that crystal plastic deformation of quartz accompanied by dramatic grain size refinement by dynamic recrystallization occurs during seismic faulting at the base of the brittle crust as a result of the high temperature transients (> 800°C) related to frictional heating in the host rock selvages of the slip surface. These localised high deformation temperatures made possible that the process of dynamic recrystallization, including recovery processes, could occur in a time lapse of a few tens of seconds.

    In order to verify these modeled quartz deformation temperatures we applied the Ti-in-quartz geothermometer by measuring the Ti content in quartz by nanoSIMS. The geochemical analysis for both pseudotachylyte-bearing samples (Schneeberg NFZ and Adamello GFZL) showed that during the seismic-related development of ultrafine-grained dynamic recrystallized quartz aggregates the pre-seismic host Ti signal is inherited. Therefore no temperature related resetting of the Ti content occurs during seismically-induced quartz recrystallization. However the steep increase of Ti in quartz in the direct vicinity (1-2 µm) of melt-related submicron-sized Ti-bearing particles gives evidence of Ti diffusion and points to short-timed high temperature transient, which is consistent with the thermal modelling of pseudotachylyte vein and its host rock margin.

     

  • Zellulare Superlegierungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: MATSOL
    Laufzeit: 01.01.2011 - 31.12.2016
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
    URL: http://www.encn.de/en/forschungsthemen/regenerative-energieerzeugung/solarthermie/zellulare-superlegierungen/
    Das Aufgabengebiet „Innovative solarthermische Energiegewinnung“ hat sich zum Ziel gesetzt, die Kombination von Nickelbasisstrahlungsabsorbern mit thermoelektrischen Materialien zur Stromerzeugung zu untersuchen. Dabei werden in additiven Fertigungsverfahren neuartige offenzellulare Receiverstrukturen aus hochtem­peratur­beständigen Superlegierungen (Nickel- und Cobaltbasis) entwickelt und getestet. Weiterhin werden p- und n-leitende Diamantstrukturen für den Bau eines effizienten Thermoelektrischen Generators erforscht und getestet. Dabei kommen vorwiegend kohlenstoffbasierte Schichten, wie z. B. Diamant,  zur Anwendung. Im Vordergrund steht in diesem Bereich die Grundlagenforschung, um Diamant durch geeignete Dotierung von einem Nichtleiter zu einem Halbleiter zu transformieren. Die Herstellung und Untersuchung der in enger Beziehung zu den dotierten Diamantschichten stehenden Metallkarbide erfolgt mit der neu am EnCN aufgestellten PVD-Anlage TINA 700. Über die integrierten unterschiedlichen PVD-Techniken (Sputtern, Lichtbogenabdampfen, Widerstandsverdampfen) sollen durch Reaktion mit einer Kohlenstoff-haltigen Gasphase Metallkarbidschichten im Bereich 50 µm bis 100 µm hergestellt und deren thermoelektrischen Eigenschaften charakterisiert werden Die Zugabe von Stickstoff in den PVD-Prozess soll die Herstellung von Metallnitriden bzw. Metallcarbonitriden ermöglichen.
  • Theoretisches Maschinelles Lernen
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2011 - 01.01.2014
    This project summarizes theoretical contributions to machine learning research.
  • CVD-Diamantelektrode
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2011 - 31.01.2015
    Mittelgeber: Industrie
  • Kompositionelle Zuverlässigkeitsanalyse auf Systemebene unter Berücksichtigung von Unsicherheiten
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.11.2010 - 31.10.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/crau
    CRAU Compositional System Level Reliability Analysis in the Presence of Uncertainties Ever shrinking device structures are one of the main reasons for a growing inherent unreliability of embedded system components. The small device structures are susceptible to, e.g., environmental changes like cosmic rays or to manufacturing tolerances. These so-called uncertainties are due to changes and can only be approximated or estimated at design time. The ultimate goal of this project is the investigation and development of a methodology for system-level reliability analysis and design of reliable systems through means of self-adaptation and error-resiliency. This project focuses on (a) the development of suitable cross-level reliability analysis techniques that combine various reliability analysis techniques across different levels of abstraction, (b) enrich well-known reliability analysis techniques by the ability to consider and explicitly model uncertainties, and (c) integrate such a compositional analysis into a system-level design space exploration to allow for cost evaluation of reliability-increasing techniques.
  • Verdampfungsphänomene beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen und deren Einfluss auf die Materialkonsolidierung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2010 - 30.06.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die additive Fertigung von Bauteilen gehört zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft. Das selektive, pulverbasierte Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) eröffnet die Möglichkeit, Hochleistungswerkstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen zu komplexen Bauteilen zu verarbeiten. Allerdings ist der hochdynamische, sehr komplexe additive Aufbauprozess, bei dem Materialfehler, Veränderungen der Legierungszusammensetzung und auch Prozessinstabilitäten auftreten, kaum verstanden. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen beim SEBM zu verstehen, vorherzusagen und damit die resultierende Materialqualität gezielt beeinflussen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, soll das SEBM auf mesoskopischer Ebene, d.h. auf der Größenskala der Pulverpartikel, mit Hilfe einer Lattice Boltzmann Methode unter Berücksichtigung von Verdampfungsphänomenen numerisch simuliert werden. Die Materialverdampfung führt zu einem Masseverlust, beeinflusst die Schmelzbaddynamik und verändert die Legierungszusammensetzung. Die mesoskopische Skala macht Phänomene, die auf der komplexen Wechselwirkung zwischen Strahl, Pulver und Schmelze beruhen, zugänglich. Die numerischen Resultate sollen durch begleitende experimentelle Untersuchungen an einer Beispiellegierung verifiziert werden.
  • Kinetik der Sprödphasenbildung in einkristallinen Ni-Basis-Superlegierungen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Stabile und metastabile Mehrphasensysteme bei hohen Anwendungstemperaturen
    Laufzeit: 01.10.2010 - 31.03.2015
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: http://www.gradko-ht-mat.uni-bayreuth.de/
  • Diffusionslöten von einkristallinen Superlegierungen: Neue Lotzusammensetzung und besseres Prozessverständnis
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Stabile und metastabile Mehrphasensysteme bei hohen Anwendungstemperaturen
    Laufzeit: 01.10.2010 - 31.03.2015
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    URL: http://www.gradko-ht-mat.uni-bayreuth.de/
  • Endkonturnahe Formgebung von komplexen Formteilen aus Karbon
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.10.2010 - 31.12.2012
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
  • Konzepte zur Realisierung, Optimierung der Auslegung und Prototypisierung einer modularen und konfigurierbaren elektronischen Datenkonsolidierungseinheit für den Einsatz in zivilen Flugzeugen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 15.09.2010 - 14.09.2014
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/dccd
    Elektronische Systeme in Flugzeugen müssen eine große Ausfallsicherheit besitzen. Hierfür werden Steuer- und Auswerteelektronik meist redundant ausgelegt. Das heißt, dass die gleiche Aufgabe durch mehrere Systemeinheiten getrennt berechnet und die Resultate in einer Datenkonsolidierungseinheit überprüft werden. Die Hauptaufgaben der Konsolidierungsarbeit sind der Transfer und die Speicherung der Daten von zwei redundanten Brechungseinheiten in der Konsolidierungseinheit, das Überprüfen der Datenkonsistenz mit Hilfe eines Regelwerks sowie der Rücktransfer in die Berechnungseinheiten. Die Implementierung des Regelwerks sollte für verschiedene Überwachungsaufgaben konfigurierbar sein. Ziele Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen Konzepte zur Überwachung von Signalkonsistenzen mit Hilfe einer solchen Datenkonsolidierungseinheit für den Einsatz in Flugzeugen der zivilen Luftfahrt entstehen. Im Einzelnen sind hierbei folgende Probleme zu lösen: Analyse und weitere Optimierung des Datenkonsolidierungs-Konzepts. Erstellung einer Spezifikation eines ersten Datenkonsolidierungs-Prototypen. Realisierung eines ersten Datenkonsolidierungs-Prototypen für ein ausgewähltes Szenario. Demonstration des Datenkonsolidierungs-Prototypen.
  • SiC-BIFET: Untersuchungen zu bipolaren SiC-Feldeffekttransistoren für das Mittelspannungsnetz
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.09.2010 - 10.07.2017
    Ein weiterer Ausbau erneuerbarer Energiequellen bedarf einer substantiellen Weiterentwicklung des Mittelspannungsnetzes. Hierzu ist unter anderem ein neuer technologischer Lösungsansatz zur Realisierung eines halbleiterbasierten Leistungsschalters erforderlich, der eine effiziente Steuerung des Energieflusses zwischen den Energiequellen und der Verteilerebene ermöglicht. Ein solcher Leistungsschalter sollte dabei vor allem über möglichst geringe Durchlassverluste sowie über eine hohe Sperr- und Kurzschlussfestigkeit verfügen. In den vergangenen Jahren konnte am Beispiel des bipolaren SiC-IGBTs bereits hinlänglich gezeigt werden, dass sich bei der Verwendung von SiC als Halbleitergrundmaterial Leistungsschalter mit den geforderten Durchlassverlusten und Sperrfestigkeiten realisieren lassen. Aufgrund des auf einem MIS-Kondensator basierenden Steuerungsprinzips des SiC-IGBTs, erscheint es jedoch fraglich, ob für diesen auch eine entsprechend hohe Kurzschlussfestigkeit erreicht werden kann. Unter diesem Aspekt stellt der SiC-BIFET, bei dem es sich ebenfalls um einen bipolaren SiC-Feldeffekttransistor handelt, dessen Steuerungsprinzip aber auf der Modulation der Raumladungszone eines pn-Überganges basiert, einen vielversprechenden Lösungsansatz zur Realisierung eines solchen Leistungsschalters dar.

    Die tatsächliche Eignung des SiC-BIFETs wird entscheidend davon bestimmt, ob sich mit diesem bislang weitestgehend unerforschten Bauelementkonzept auch die entsprechenden Durchlassverluste in der geforderten Spannungsklasse von mindestens 10kV erzielen lassen. Um dies zu untersuchen, wurden im Rahmen dieser Arbeit 10kV-SiC-p-BIFETs mit p-dotiertem Kanal- und Driftgebiet und 10kV-SiC-n-BIFETs mit n-dotiertem Kanal- und Driftgebiet und einer nominellen Sperrfestigkeit von jeweils 10kV hergestellt und elektrisch charakterisiert. Auf Grundlage der gemessenen Durchlasseigenschaften konnte sowohl für den 10kV-SiC-n-, als auch für den 10kVSiC-p-BIFET eine leichte Modulation des Driftgebietes nachgewiesen werden. Dies zeigt die prinzipielle Möglichkeit mit beiden Varianten dieses Bauelementkonzeptes eine für bipolare Leistungsbauelemente typische Modulation des Driftgebietes erreichen zu können. Allerdings zeigen diese Ergebnisse auch, dass für den SiC-n-BIFET in zukünftigen Entwicklungen ein deutlich größeres Entwicklungspotential als für den SiC-p-BIFET zu erwarten ist. Die Weiterentwicklung des SiC-BIFETs sollte sich daher explizit auf die Weiterentwicklung des SiC-n-BIFETs konzentrieren.

    Durch den Vergleich der gemessenen Durchlasseigenschaften mit den Ergebnissen der numerischen Modellbildung ließ sich für diesen nachweisen, dass der Grad der Modulation durch eine Erhöhung der ambipolaren Lebensdauer im Driftgebiet deutlich gesteigert werden kann. In den vergangenen Jahren konnten durch die Entwicklung eines entsprechenden Verfahrens bereits erhebliche Fortschritte bei der Erhöhung der ambipolaren Lebensdauer erzielt werden. Bei einer Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist daher zu erwarten, dass es in naher Zukunft möglich sein wird, das aus der Modulation des Driftgebietes resultierende Potential des bipolaren Bauelementkonzeptes bezüglich einer Minimierung der Durchlassverluste vollständig auszunutzen. Darüber hinaus ermöglicht die Auslegung des SiC-n-BIFETs als ein im Normalbetrieb leitfähiges Bauelement (normally-on), für das der Steuerungsbereich unabhängig von der Gate-Ansteuerung dimensioniert werden darf, eine weitere signifikante Reduzierung der Durchlassverluste.

    Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen unterstreichen damit die vielversprechende Eignung des SiC-BIFETs für die Anwendung als Leistungsschalter im Mittelspannungsnetz. Der SiC-BIFET stellt den bislang einzigen technologisch bekannten Lösungsansatz zur Realisierung eines halbleiterbasierten Leistungsschalters für das Mittelspannungsnetz dar.

     

  • Anwenderorientierte Assistenzsysteme zum sicheren Einsatz optischer Abstandssensoren
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Anwenderorientierte Assistenzsysteme zum sicheren Einsatz optischer Abstandssensoren
    Laufzeit: 01.09.2010 - 31.08.2014
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    URL: http://www.optassyst.de/index.html
    Im Verbundprojekt soll ein Assistenzsystem für optische Messeinrichtungen entwickelt werden, um dem Anwender eine optimale Nutzung seines Messgerätes zu ermöglichen. Die Implementierung erfolgt als Referenzsoftware bei der PTB und modular bei den teilnehmenden Messgeräteherstellern.
  • Experimentell basierte Modellierung, Simulation und Kompensation thermischer Einflüsse beim Drehen mesoheterogener Werkstoffe aus Al-MMC.
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1480: Modellierung, Simulation und Kompensation von thermischen Bearbeitungseinflüssen für komplexe Zerspanprozesse
    Laufzeit: 01.08.2010 - 30.08.2012
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Aluminium-Metall-Matrix-Composltes (Al-MMC) zählen zu einer Gruppe komplexer zweiphasiger Hochleistungswerkstoffe, für die aufgrund Ihrer hervorragenden Funktionseigenschaften zukünftig stark ansteigende Verwendung prognostiziert wird. Bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Al-MMC treten prozessbedingt hohe Temperaturen auf. Abhängig von der Höhe der eingebrachten Temperatur können diese zu Werkstückverformungen sowie zu Änderungen im Werkstoffgefüge führen. Um Prozessparameter zu finden, die diese Veränderungen im Werkstück vermeiden, sind heute zeit- und materialintensive experimentelle Untersuchungen notwendig. Aufgrund der hohen Herstellkosten von Al-MMC ist die Reduzierung der Zahl experimenteller Untersuchungen für diese Werkstoffgruppe von besonderer Relevanz. Im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens soll daher ein Modell für das thermomechanische Materialverhalten von Al-MMC entwickelt werden, welches eine FE-Simulation des thermischen Einflusses auf das Werkstück bei der Drehbearbeitung ermöglicht. Anhand der Simulationsergebnisse wird eine Kompensation thermischer Einflüsse durch gezielte Prozessführung vorgenommen. In der ersten Antragsphase dieses Vorhabens wird grundlegend die Auswirkung des Temperatureintrags bei der Drehbearbeitung von homogenen Werkstoffen untersucht. Aufbauend auf diesen Untersuchungen erfolgt dann in der zweiten und dritten Antragsphase die Betrachtung mehrphasiger Al-MMC. Dabei wird auch der Einfluss einer variierenden Partikelverteilung auf das thermische Verhalten berücksichtigt werden.
  • Untersuchungen zur Herstellung von keramisch-metallischen Komplettimplantaten für die Dentalchirurgie im Pulverspritzguss - „Komplettimplantat“
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Spitzencluster Medical Valley, Verbund Therapiesysteme
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2013
    Mittelgeber: BMBF / Spitzencluster
    Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines besonders wirtschaftlichen auf dem Pulver­spritzguss basierenden Herstellungsverfahrens zur Fertigung einteiliger Komplettimplantate für die Dentalchirurgie. Dabei sollen die Vorteile des einteiligen Implantates mit einer sofortigen Belastbarkeit durch ein den mechanischen und medizinischen Anforderungen angepasstes paraboles Außendesign, spezieller Oberflächenstrukturierung durch Mikrogrooves und die unterschiedlichen Materialeigenschaften von Titan und Zirkonoxid kombiniert werden. So stellt Titan das ideale Material für die Implantation in den Knochen dar, da Titanoxid über Wasserstoffbrückenbindungen direkt Proteine an die Oberfläche binden kann und der Elastizitätsmodul von Titan dem E-Modul des Knochens am nächsten kommt. Zirkonoxid dagegen ist im Gingivabereich ideal wegen der dem Zahnschmelz ähnlichen Farbe und den guten Einheileigenschaften im Bereich der Gingiva.
  • Autonome, selbst-optimierende Kommunikationsinfrastrukturen für eingebettete Mehrprozessor-Systeme (B05)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_b5_PhII.php

    Erforscht werden invadierbare On-Chip-Kommunikationsnetze (sog. iNoCs) mit dem Ziel,
    die Vorhersagbarkeit von Ausführungseigenschaften von nebenläufigen Anwendungen zu
    erhöhen. Hierfür soll die Abbildung von Aktor-Modellen durch Hardware unterstützt werden.
    Engere Schranken für die Kommunikationslatenz sollen durch neue Circuit-Switching-Netze
    ermöglicht werden. Neben der Latenz sollen auch weitere nichtfunktionale Eigenschaften,
    insb. Sicherheit, Fehlertoleranz und Energieverbrauch untersucht werden.
    Weiterhin werden neue NoC-Topologien (3D NoCs) sowie Cache-Kohärenz untersucht.

     

  • CARINA - Carbon capture by means of indirectly heated carbonate looping process
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Carbon capture by means of indirectly heated carbonate looping process
    Laufzeit: 01.07.2010 - 31.12.2013
    Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/energiesysteme-energiewirtschaft/carina/
    Eine vielversprechende Methode um die CO2-Emissionen von Kohlekraftwerken zu reduzieren, ist der so genannte Carbonate Looping Prozess. Dabei wird das gereinigte Rauchgas eines Kohlekraftwerkes durch eine Schüttung aus Kalziumoxid (CaO) geleitet. Darin reagiert das CO2 bei ca. 650°C mit Kalziumoxid zu Kalziumcarbonat (CaCO3). Dieses so entstandene CaCO3 zerfällt anschließend im so genannten Calciner bei ca. 900°C in CaO und CO2, welches somit zur Speicherung bereit steht. Da die Abwärme dieses Prozesses zur Dampferzeugung genutzt werden kann, fallen die Wirkungsgradeinbußen gegenüber anderen  CO2-Abscheideprozessen geringer aus.

    Der Forschungsschwerpunkt am EVT beschäftigt sich im Rahmen des RFCS Projektes „CARINA“ (Carbon Capture by means of an Indirectly heated Carbonate Looping Process) mit den Vorgängen im indirekt beheizten Calciner. Ziel dabei ist eine weitere Verringerung der Wirkungsgradeinbußen zu erreichen.

  • Automatic Learner-Feedback-System
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2010 - 31.12.2011
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    AUWL (AUtomatic Web-based Learner feedback system) is a sequel of the C-AuDiT research project with digital publishing and FAU as partners. It aims at pronunciation and dialogue training for learners of English by presenting a dialogue of the day to language learners who should take over the role of the dialogue partners by, for instance, repeating (parroting) or shadowing the tutor's utterances; the learners' pronunciation is assessed and they are provided with automatically generated feedback. Besides novel methods for pronunciation assessment, the second focus of research is how to automatically give a user the most useful feedback, accounting for the special needs and problems of the user.
  • Power Eval - Leistungsevaluierung und -optimierung zukünftiger mobiler Funkplattformen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.07.2010 - 31.12.2013
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/powereval
    Mobile Funkplattformen bestehen sowohl aus Hardware-Komponenten, wie Prozessoren, Busse, Speicher und Hochfrequenzkomponenten, als auch aus Software-Komponenten, wie Betriebssystem, Treiber, Kommunikationsprotokollstapel und Systemschnittstellen zur Applikations-Software. Das PowerEval-Projekt soll eine neue Methodik definieren, um bereits auf Spezifikationsebene Abschätzungen zur Energieeffizienz mobiler Funkplattformen durchzuführen. Diese neue Methodik soll in späteren Entwicklungsprojekten eingesetzt werden und den Entwicklern helfen, frühzeitig Entwurfsentscheidungen quantitativ zu evaluieren und damit 1) Unsicherheiten im Entwurfsprozess mobiler Funkplattformen signifikant reduzieren, 2) die Verlustleistung zukünftiger mobiler Funkplattformen nennenswert verringern, 3) die Effizienz im Entwurfsprozess sichtbar steigern. Heutige Ansätze zur Verlustleitungsabschätzung beziehen sich auf einzelne Komponenten, d.h. digitale Hardware-, Software- und analoge Hardwarekomponenten, und sind auf tieferen Abstraktionsebenen anzusiedeln. Keiner der heute verfügbaren Ansätze auf Systemebene, z.B. virtuelle Prototypen, unterstützt die integrierte Modellierung der Energieeffizienz digitaler und analoger Teilsysteme. Weiterhin modellieren virtuelle Prototypen oftmals zu viele Details für eine frühzeitige Abschätzung der Entwurfsqualität. Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz basiert auf der am Lehrstuhl für Hardware-Software-Co-Design der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Prof. Teich) entwickelten SystemCoDesigner-Methodik. SystemCoDesigner modelliert Anwendungen und Plattformen mit Hilfe einer geeigneten Teilmenge der Systembeschreibungssprache SystemC. Die Einschränkung von SystemC erlaubt eine automatische Transformation der Modelle zu verschiedenen Zwecken, insbesondere zur Analyse des Zeitverhaltens digitaler Hardware/Software-Systeme.
  • Zentrale Dienste des SFB/Transregio und Öffentlichkeitsarbeit (Z01)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_z.php
    Die zentralen Aktivitäten und Dienste im SFB/Tranregio werden im Teilprojekt Z verwaltet und durchgeführt. Diese sind in zwei Teile aufgeteilt: Der erste Teil bietet administrative Unterstützung, Organisation von Gesamttreffen (Projekt-interne Treffen, Doktoranden-Retreats) und Unterstützung für Gastwissenschaftler und Gastaufenthalte der beteiligten Wissenschaftler. Weiterhin werden technische Unterstützung und Werkzeuge zur Kommunikation und Zusammenarbeit geboten. Zu guter Letzt wird in diesem Teilprojekt die finanzielle Verwaltung und die Buchhaltung abgewickelt. Der zweite Teil gilt der Bewerbung von Invasivem Rechnen. Es wird Kontakt mit wichtigen Wissenschaftsstandorten und der Industrie hergestellt. Dazu wird ein internationales Industrie-Board sowie ein wissenschaftlicher Ausschuss gegründet, um Ideen und Ergebnisse auszutauschen. Weiterhin werden internationale Workshops und Konferenzen veranstaltet und Kontakt zu weiterbildenden Schuleinrichtungen durch die Veranstaltung von Seminaren hergestellt.
  • Übersetzung und Code-Erzeugung für Invasive Programme (C03)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_c3_PhII.php
    Teilprojekt C3 untersucht Ubersetzungstechniken für invasive Architekturen. Entwickelt werden soll ein Compiler für die konkrete Sprache aus A1, voraussichtlich eine Erweiterung von X10. Effizienter Code für invasive Konstrukte ist essentiell. Basierend auf FIRM sollen Backends zur Codegenerierung für sowohl SPARC als auch eng gekoppelte Prozessorfelder (TCPAs) für Schleifenprogramme entwickelt werden. Die generierten invasiven Programme sollen sich dabei zur Laufzeit auf einem Feld von Prozessoren korrekt entfalten und synchronisieren können. Dies soll durch Untersuchung symbolischer Abbildungstechniken erreicht werden.
  • Invasives Laufzeitunterstützungssystem (iRTSS) (C01)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2014
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    Teilprojekt C1 erforscht Systemsoftware für invasiv-parallele Anwendungen. Bereitgestellt werden Methoden, Prinzipien und Abstraktionen zur anwendungsgewahren Erweiterung, Konfigurierung und Anpassung invasiver Rechensysteme durch eine neuartige, hochgradig flexible Betriebssystem-Infrastruktur. Diese wird zur praktischen Anwendung in ein Unix-Wirtssystem integriert. Untersucht werden (1) neue Entwurfs- und Implementierungsansätze nebenläufigkeitsgewahrer Betriebssysteme, (2) neuartige AOP-ähnliche Methoden für die statische und dynamische (Re-)konfigurierung von Betriebssystemen sowie (3) agentenbasierte Ansätze für die skalierbare und flexible Verwaltung von Ressourcen.
  • Invasive eng gekoppelte Prozessorfelder (B02)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_b2_PhII.ph
    Mikro- und makro-architekturelle Hardware-Unterstützung zur taktgesteuerten Invasion
    auf eng gekoppelten Prozessorfeldern (TCPAs). Die Untersuchungen umfassen die Aspekte
    a) Fehlertoleranz (DMR, TMR) durch Invasion redundanter Prozessorfeldregionen sowie
    Techniken zur Behandlung und Erholung von Fehlern auf TCPAs, b) Konzepte zur Erhöhung
    der Code-Dichte von VLIW-Prozessorelementen sowie c) Verfahren zum feingranularen
    Leistungsmanagement von Regionen eines TCPAs unter Berücksichtigung vorhersagbarer und
    energieeffizienter Abarbeitung sowie Dark Silicon.
  • Grundlagen Invasiven Rechnens (A01)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_a1_PhII.php
    Programmiermodell und theoretische Grundlagen zur Erhöhung der Vorhersagbarkeit
    nichtfunktionaler Ausführungseigenschaften invasiver Programme. Schwerpunkte liegen
    auf (a) einer formalen Semantik und einem Typsystem der invasiven Kernsprache als
    Basis für Ressourcennutzungsgarantien und eines Speichermodells invasiver Architekturen,
    (b) Programmiererweiterungen, um typische invasive Programmiermuster und nichtfunktionale
    Anforderungen auszudrücken und formale Programmanalyse zu ermöglichen, (c) Untersuchung
    von Ressourcenmanagement-Strategien zur gültigen und optimalen Programmausführung.
  • Simulation invasiver Anwendungen und invasiver Architekturen (C02)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2014
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_c2.php
    Durch Erforschung neuer Simulationsmethoden trägt Teilprojekt C2 zur Validierung und Variantenexploration aller wichtigen Aspekte Invasiven Rechnens in einem frühen Projektstadium bei. Die beiden Forschungsschwerpunkte sind: (a) Entwicklung von Konzepten zur Verhaltenssimulation von ressourcengewahren invasiven Programmen und (b) Simulation von invasiven Architekturen in einem ganzheitlichen Ansatz. Um die Komplexität und Vielfalt dieser Architekturen als auch diverse invasive Programmier-, Ressourcenverwaltungs- und Invasionsstrategien beherrschbar zu machen, werden neue Methoden zur Modularisierung und Orthogonalisierung der Explorationsaspekte erforscht.
  • TRR 89: Invasives Rechnen
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://www.invasic.de
    Unter dem Begriff Invasives Rechnen soll ein völlig neues Paradigma für den Entwurf und die Programmierung zukünftiger paralleler Rechensysteme erforscht werden. Die Grundidee besteht darin, parallelen Programmen die Fähigkeit zu verleihen, in einer als Invasion bezeichneten Phase ressourcengewahr Berechnungen auf eine Menge aktuell verfügbarer Ressourcen zu verteilen, und nach paralleler Abarbeitung diese in einer als Rückzug bezeichneten Phase wieder frei zu geben. Um diese neue Art der selbstadaptiven und ressourcengewahren Programmierung auf zukünftigen MPSoCs (engl. Multi-Processor-Systems-on-a-Chip) effizient zu ermöglichen, bedarf es neuer Programmierkonzepte, Sprachen und Compilern wie auch Laufzeit- bzw. Betriebssystemen sowie revolutionärer Architekturerfindungen, die sich auf die Rekonfigurierbarkeit von sowohl Prozessor-, Verbindungs- als auch Speicher- Ressourcen beziehen.
  • Validierung und Demonstrator (Z02)
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
    Laufzeit: 01.07.2010 - 30.06.2018
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_z2_PhII.php
    Unterstützt wird der Aufbau von Demonstratoren, mit dem die Vorteile invasiven
    Rechnens gezeigt werden sollen. Hierzu werden Kachel-basierte invasive
    Mehrkernarchitekturen auf einem FPGA-System prototypisiert, in das die Hardware- und
    Software-Komponenten aller beteiligten Projekte integriert werden. Zudem wird für
    Software- und Anwendungsprojekte ein Standard-Mehrkernrechner (x86-basiert) zur
    Verfügung gestellt. Schwerpunkt ist die Evaluierung nichtfunktionaler Eigenschaften,
    insbesondere von Vorhersagbarkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz.
  • Simulation and Analysis of Optical Properties of Thin-Film Solar Cells
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2010 - 01.03.2013
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
  • Mechanismen der Rissbildung bei der Erstarrung von Nickelbasislegierungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.06.2010 - 30.06.2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Kernziel des Vorhabens ist ein verbessertes mechanistisches Verständnis der Heißrissbildung bei der Erstarrung von Nickelbasislegierungen. Die Ergebnisse können in einem eventuellen Nachfolgeprojekt zur Entwicklung neuer besser gießbarer Legierungssysteme genutzt werden. Auf Basis umfangreicher Vorarbeiten gehen wir von der Erkenntnis aus, dass die Restschmelze in gut gießbaren Legierungen lokalisiert vorliegt und nicht filmartig verteilt ist. Im Antragszeitraum soll unter Verwendung numerischer und experimenteller Methoden die Mikrostrukturbildung während der Abkühlung aus dem vollflüssigen Bereich für unterschiedliche Legierungszusammensetzungen untersucht werden. Die numerische Darstellung des transienten Erstarrungsvorganges innerhalb der Mehrkomponentensysteme erfolgt mit Hilfe der Phasenfeldmethode. Es soll untersucht werden, ob der Legierungseinfluss über die Grenzflächenenergie oder die Grenzflächenmobilität ausgeübt wird. Die experimentellen Arbeiten umfassen detaillierte metallographische Untersuchungen (SEM-FIB, Mikrosondenmessungen) und die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des erstarrenden dendritischen Netzwerkes anhand von Gleeble-Versuchen.
  • Untersuchungen zur Leistungsdichte und Effizienz eines isolierenden DC/DC-Wandlers in GaN-Technologie
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Leistungswandler in GaN-Technologie zur Erschließung ungenutzter Energiepotentiale (PowerGaNplus)
    Laufzeit: 01.06.2010 - 31.05.2013
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    Für die dynamische Charakterisierung der neuartigen GaN-Leistungsbauelemente wurde ein speziell dafür angepasster Messplatz entwickelt und aufgebaut, der auch einen Vergleich mit Silizium- oder Siliziumkarbid-Bauelementen erlaubt. Der Fokus liegt auf der Erfassung des Schaltverhaltens im Nanosekundenbereich bei Spannungen von bis zu 2 kV und Strömen bis ca. 100 A. Neben der Charakterisierung von Kenngrößen, die von Silizium-Leistungshalbleitern bekannt sind, erfolgt auch eine Bewertung von speziellen Effekten wie zum Beispiel dem dynamischen Einschaltwiderstand Rdson. Die Messergebnisse dienen als Ausgangsbasis für sinnvolle Betriebspunkte eines DC/DC-Wandlers und zeigen das Potential der GaN-Technologie für leistungselektronische Anwendungen auf.
  • INNER: Im Fokus des Projektes NORLED steht die Herstellung einer neuen Technologie für energieeffiziente, weiße Leuchtdioden auf Basis fluoreszierenden Siliziumkarbids, die im Vgl. zum Stand der Technik umweltfreundlicher und kostengünstiger ist
    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
    Laufzeit: 01.05.2010 - 30.04.2012
    Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
    Im Gesamtprojekt NORLED (N-INNER) werden weiße Leuchtdioden auf Basis von fluoreszierendem SiC (f-SiC) hergestellt. Die Innovation des f-SiC liegt in der definierten Misch-Dotierung des Halbleiters SiC mit N, und vor allem Al und B. Zur Bauelementherstellung kommt der sog. Fast Sublimation Growth Prozess (FSGP) des Projektpartners IFM M.SYVÄJÄRVI zum Einsatz, welches ohne umweltgefährliche metallorganische Prekursoren, wie bei den Standard GaN Leuchtdioden auskommt. Das vorliegende Teilprojekt (IMS P.WELLMANN) bildet das Materialfundament des Gesamtprojektes und stellt speziell dotierte SiC-Substrate und Ausgangsmaterialien für den FSG-Prozess zur Verfügung. Zum Einsatz kommt das von P.Wellmann entwickelte, sog. Modifiziertes PVT (physical vapor transport), das Dotierstoffe über eine extra Gasleitung in die Wachstumszelle einleitet. Die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie im Teilprojekt FOE E.SPIECKER bildet das Fundament der Materialcharakterisierung. WISSENSCHAFTLICH-TECHNOLOGISCH steht die Ausbalancierung der Dotierstoffe N, Al und B zur Erzeugung von weißem Licht im Fokus. (1) Bereitstellung von Ausgangsmaterialien für den FSG-Prozess (poly-SiC dotiert mit N, Al und B). (2) Herstellung von kristallinen SiC-Wafern (50mm und 75mm) dotiert mit N, Al und B. (3) Optimierung der Bauelement-Farbe Weiß durch Variation der Dotierung (4) Korrelation Dotierung mit Kristalldefekten. Die deutschen Teilprojekte ergeben bereits in sich eine sinnvoll abgeschlossene Einheit.
  • Erweiterte Diagnosefähigkeit in Halbleiterbauelementen und übergeordneten Systemen zur verbesserten Analysierbarkeit von permanenten und sporadischen Elektronikausfällen im Gesamtsystem Automobil
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2010 - 30.04.2013
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/diana
    Im DIANA Projekt wird erforscht, wie sich die Analyse- und Diagnosefähigkeiten von elektronischen Steuergeräten im Fahrzeug verbessern lassen, um Elektronikstörungen im Automobil schneller und effizienter erkennen und beheben zu können. Um eine derartige Diagnosefähigkeit zu erhalten, wird entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Automobilindustrie, vom Halbleiterhersteller über die Systemlieferanten der elektronischen Steuergeräte bis zum Automobilhersteller, eng zusammgearbeitet. Der Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design) entwickelt hierbei Entwurfsmethoden, um Diagnoseaufgaben, beispielsweise in Form von Selbst-Tests, effizient in das Fahrzeug zu integrieren. Hierbei gilt es, unter minimaler Aufwendung zusätzlicher Kosten eine hohe möglichst hohe Diagnosegüte zu erzielen, ohne dabei vorhandene Systemfunktionalität zu stören.
  • Kompensiertes multidimensionales Waveletlifting und dessen Anwendung zur Codierung und Analyse von Volumen- und Hypervolumendatensätzen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.05.2010 - 31.12.2018
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Volumendatensätze mit drei und mehr Dimensionen treten in vielen Bereichen der Natur- und Ingenieurwissenschaften auf. Beispielsweise gewinnen in der medizinischen Bildverarbeitung dynamische 3-D Volumina aus Magnetresonanztomographiedaten (MRT) oder Computertomographiedaten (CT) immer mehr an Bedeutung. Weiterhin spielen dynamische Volumendaten auch eine wichtige Rolle in der Geophysik, z.B. zur Analyse von Meeresströmungen oder atmosphärischen Änderungen. Im Antrag sollen kompensierte multidimensionale liftingbasierte Wavelettransformationen untersucht werden, die sich zur Transformation solcher Datensätze eignen. Im Rahmen der bisherigen Forschung des Antragstellers und in der Literatur konnten bereits beachtliche Erfolge bei der Verwendung kompensierter Liftingwavelets zur Codierung von Video- und Mehrkameravideodaten erzielt werden. Solche Daten können als ein Spezialfall von 3-D Volumen- bzw. 4-D Hypervolumendaten angesehen werden. Bei der Kompensation handelt es sich in den genannten Spezialfällen um blockbasierte Bewegungs- bzw. Disparitätskompensation. Im Antrag soll nun erstmalig systematisch der Einsatz von kompensierten Liftingwavelets im Hinblick auf Codierung und Analyse beliebiger (Hyper-)Volumendaten untersucht werden. Eine Besonderheit im Vergleich zu existierenden Waveletverfahren für die Volumenverarbeitung besteht darin, dass angestrebt wird, effiziente signalangepasste Kompensationsverfahren in die Transformation zu integrieren. Der Vorteil der verwendeten Liftingstruktur besteht darin, dass es mit ihr möglich ist, beliebige Prädiktionsverfahren einzusetzen ohne die perfekte Rekonstruierbarkeit der Transformation zu gefährden (im Gegensatz zur klassischen Wavelettransformation).“
  • Aktororientierte Synthese und Optimierung digitaler Hardware/Software-Systeme auf Systemebene
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2010 - 31.12.2015
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/aeos
    Während Entwurfsverfahren sowohl für Hardware als auch für Software auf den niederen Abstraktionsebenen mittlerweile weitgehend automatisiert sind, fehlt es nach wie vor an entsprechenden Verfahren für eingebettete Rechensysteme auf der Systemebene. Dies ist umso bedenklicher, da 80% aller Entscheidungen im Entwurfsprozess auf dieser Ebene getroffen werden. Diese Entscheidungen besitzen einen enormen Einfluss auf die Optimalität der entwickelten Produkte. Schlimmer noch lassen sich Fehlentscheidungen in späteren Entwurfsphasen nicht mehr mit vertretbarem Aufwand revidieren. Ohne automatisierte Entwurfsverfahren auf hohen Ebenen wird es kaum gelingen, alternative Entwurfsentscheidungen frühzeitig zu untersuchen und somit die Entwurfsqualität nachhaltig zu verbessern. In diesem Forschungsvorhaben sollen daher Methoden zur Synthese und zur Optimierung von eingebetteten Systemen auf Systemebene entwickelt werden. Ein Dilemma besteht heute darin, dass es zuviel kosten würde, die Eigenschaften verschiedener Entwurfspunkte nach deren Implementierung zu bestimmen. Umgekehrt kann es sein, dass die Entwurfsqualität ohne Synthese viel zu schlecht und ungenau abgeschätzt wird. Um das Dilemma zu überwinden, wollen wir folgenden Ansatz verfolgen: Ausgehend von einer aktorbasierten Beschreibung der Anwendung werden Verfahren zur automatischen Entwurfsraumexploration untersucht, um unterschiedliche, aber dennoch optimale Lösungen identifizieren zu können. Um dies effizient durchzuführen, bestimmen wir zunächst das zugrunde liegende Berechnungsmodell der Anwendung, um somit Zugang zu automatisierten domänenspezifischen Optimierungs- und Syntheseschritte auf tieferen Abstraktionsebenen zu erhalten. Durch diesen Ansatz ist zu erwarten, dass die Entwurfsqualität, insbesondere zeitliche Eigenschaften, Energieverbrauch, Kosten etc., verlässlicher analysiert bzw. abgeschätzt werden. Wir hoffen mit dieser Methodik einen Meilenstein zu setzen in der Entwurfsautomation auf Systemebene.
  • Mehrskalenmodellierung und -simulation der Mechanik von Materialien mit Faserstruktur
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2010 - 30.03.2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Im Fokus dieses Vorhabens steht die mechanische Mehrskalenmodellierung und -simulation von Materialien mit heterogener Faserstruktur (z.B. schaumartige Filterstrukturen oder Dämmungs-materialien aus der Automobilindustrie) unter besonderer Berücksichtigung des Kontakts zwi-schen den einzelnen Fasern. Das Problem wird dabei durch die Berücksichtigung der verschie-denen geometrischen Längenskalen so komplex, dass eine direkte numerische Simulation nicht mehr möglich ist. Für eine effektive Berechnung ist daher ein Mehrskalenzugang erforderlich. Das Vorhaben soll daher zum einen die Anwendungsgrenzen der asymptotischen Homogenisie-rung auf die mechanische Analyse von Kontaktproblemen in der Mikrostruktur von Fasermate-rialien erweitern und damit ein geeignetes effektives phänomenologisches Konstitutivgesetz herleiten. Aufgrund des Kontaktes zwischen den Fasern ist das resultierende effektive phäno-menologische Konstitutivgesetz nichtlinear. Das effektive phänomenologische Konstitutivgesetz soll dabei insbesondere für verschiedene Kontaktgesetze in der Mikrostruktur hergeleitet und umfassend analysiert werden. Zum anderen soll das Mehrskalenproblem inklusive Kontakt in der Mikrostruktur basierend auf dem Konzept eines Repräsentativen-Volumen-Elementes (RVE) direkt berechnet und die nume-rischen Ergebnisse nach einer Volumenmittelung mit dem vorgeschlagenen effektiven phäno-menologischen Konstitutivgesetz gefittet werden. Als Werkzeug zur Simulation eines RVEs (bzw. einer Periodizitätszelle) dient hierbei die Finite-Element-Methode, die sowohl mit 3D Vo-lumenelementen als auch mit Balkenelementen umgesetzt und auf die Behandlung des Kon-takts zwischen den Fasern erweitert werden soll. Das Gesamtvorhaben soll in einer engen Kooperation zwischen den beteiligten Antragstellern mit den jeweiligen Kernkompetenzen im Bereich der asymptotischen Homogenisierung und der Kontinuumsmechanik bzw. Numerischen Mechanik bearbeitet werden.
  • Mehrskalenmodellierung und -simulation der Mechanik von Materialien mit Faserstruktur
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2010 - 30.03.2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Im Fokus dieses Vorhabens steht die mechanische Mehrskalenmodellierung und -simulation von Materialien mit heterogener Faserstruktur (z.B. schaumartige Filterstrukturen oder Dämmungs-materialien aus der Automobilindustrie) unter besonderer Berücksichtigung des Kontakts zwi-schen den einzelnen Fasern. Das Problem wird dabei durch die Berücksichtigung der verschie-denen geometrischen Längenskalen so komplex, dass eine direkte numerische Simulation nicht mehr möglich ist. Für eine effektive Berechnung ist daher ein Mehrskalenzugang erforderlich. Das Vorhaben soll daher zum einen die Anwendungsgrenzen der asymptotischen Homogenisie-rung auf die mechanische Analyse von Kontaktproblemen in der Mikrostruktur von Fasermate-rialien erweitern und damit ein geeignetes effektives phänomenologisches Konstitutivgesetz herleiten. Aufgrund des Kontaktes zwischen den Fasern ist das resultierende effektive phäno-menologische Konstitutivgesetz nichtlinear. Das effektive phänomenologische Konstitutivgesetz soll dabei insbesondere für verschiedene Kontaktgesetze in der Mikrostruktur hergeleitet und umfassend analysiert werden. Zum anderen soll das Mehrskalenproblem inklusive Kontakt in der Mikrostruktur basierend auf dem Konzept eines Repräsentativen-Volumen-Elementes (RVE) direkt berechnet und die nume-rischen Ergebnisse nach einer Volumenmittelung mit dem vorgeschlagenen effektiven phäno-menologischen Konstitutivgesetz gefittet werden. Als Werkzeug zur Simulation eines RVEs (bzw. einer Periodizitätszelle) dient hierbei die Finite-Element-Methode, die sowohl mit 3D Vo-lumenelementen als auch mit Balkenelementen umgesetzt und auf die Behandlung des Kon-takts zwischen den Fasern erweitert werden soll. Das Gesamtvorhaben soll in einer engen Kooperation zwischen den beteiligten Antragstellern mit den jeweiligen Kernkompetenzen im Bereich der asymptotischen Homogenisierung und der Kontinuumsmechanik bzw. Numerischen Mechanik bearbeitet werden.
  • Vorentwicklung rheniumfreie Einkristalllegierung
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.03.2010 - 30.08.2012
    Mittelgeber: Industrie
  • Einsetzbarkeit von neuen verschleißfesten Elektrodenbeschichtungen für die Mikrosenkerosion
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2010 - 30.06.2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Ziel der geplanten Arbeiten sind die Erforschung, Entwicklung und Anwendung von neuen verschleißfesten Elektrodendiamantdünnschichten für die Mikrosenkerosion. Der Vorteil solcher Diamantbeschichtungen liegt in der effizienten Mikrostrukturierung von großflächigen Elektroden mit spanenden Fertigungsverfahren wie z. B. Mikrofräsen und dem anschließenden Beschichten mit einer verschleißfesten Beschichtung, welche einen effizienten Materialabtrag während des Einsatzes ermöglicht. Durch den Einsatz von Diamantdünnschichten als Elektrodenbeschichtung sind die erreichbaren und abbildbaren Strukturgenauigkeiten im Vergleich zu Diamantdickschichtelektroden erheblich höher, da die Ungenauigkeiten der Beschichtung geringer sind. Die Strukturierung des Substratwerkstoffes stellt deswegen die limitierende Größe zur Geometrie- und Abbildegenauigkeit des Diamantdünnschichtelektrodensystems dar. Die auf den z. B. mittels Mikrofräsen bearbeiteten Substratwerkstoffen aufgebrachte Schicht besitzt eine geringe Schichtdicke und daher einen geringen Einfluss auf die erreichbare Formgenauigkeit. Mit diesem neu entwickelten Beschichtungswerkstoffe mit Diamantdünnschicht werden relevante Materialien bearbeitet und die erzielten Ergebnisse hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit bewertet. Dabei sollen materialwissenschaftliche, technologische und maschinenspezifische Fragestellungen bearbeitet und geklärt werden. Abschließend sollen die validierten Elektrodendiamantbeschichtungen in eine abgestimmte Prozesstechnologie für die Mikrosenkerosion überführt werden und als Technologietabellen zur Verfügung stehen. Die Nutzung einer Elektrode für die Finishbearbeitung wird angestrebt, muss aber im Rahmen der Forschung untersucht werden.
  • CIS-Qualitätsoffensive
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2010 - 31.01.2013
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Im geplanten Projekt im Bereich der Dünnschicht-Photovoltaik sollen die Möglichkeiten der CIS(Kupfer-Indium-Diselenid)-Technologie erkundet und ausgeweitet werden. Die grundlegenden Untersuchungen haben das Ziel, die elektronische Qualität, die strukturelle Homogenität des CIS-Halbleiters und mittelbar auch den Wirkungsgrad von CIS-Solarzellen zu erhöhen. Dies soll zu einer Verringerung der Energierücklaufzeit der Solaranlagen und zum Erreichen der Konkurrenzfähigkeit mit herkömmlichen Energiequellen führen.
  • High-Level-Modellierung von Bus-Controllern und -Systemen in der Automatisierungstechnik
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.02.2010 - 31.03.2013
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (StMWIVT) (bis 09/2013)
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/hlesi
    Der am Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design) entwickelte Ansatz zur Modellierung von Hardware/Software-Systemen auf Systemebene wird auf seine Einsatzfähigkeit im Bereich der Automatisierungstechnik untersucht. Der Modellierungsansatz basiert auf SystemC, einem De-Facto-Standard für die Systemmodellierung und wurde bereits zur funktionalen Modellierung von Multimedia- und Netzwerkanwendungen eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass gegenüber einer zyklen- und bitgenauen Hardwarebeschreibung ca. 90-95 Prozent des Beschreibungsaufwandes eingespart werden kann. Aus dem funktionalen Modell des Systems kann durch eine am Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Codesign) entwickelte Methodik ein sogenanntes High-Level-Modell generiert werden, welches eine erste Abschätzung bzgl. der Systemlatenz, des Systemdurchsatzes und auch der Verlustleistung erlaubt. Zu untersuchen gilt es, in wie weit sich der oben skizzierte Ansatz zur Modellierung und Bewertung von Bus-Controllern und -Systemen in der Automatisierungstechnik eignet. Eine große Herausforderung stellen hierbei die hohen Anforderungen an das Echtzeitverhalten dieser Systeme dar. Auf Grund der Anforderungen sind die Systeme zeitgetrieben (im Gegensatz zu datengetriebenen Multimedia-Anwendungen) ausgelegt. Außerdem ist die Anzahl der Kommunikationsteilnehmer in einem solchen verteilten System weitaus größer als in Ein-Chip-Lösungen.
    Als konkrete Fallstudie implementiert der Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design) in diesem Projekt ein High-Level-Modell eines PROFINET IO Controllers.
  • Analyse von Code-Repositories
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 01.01.2013
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/AnaCoRe/

    Bei der Weiterentwicklung von Software führen die Entwickler oftmals sich wiederholende, ähnliche Änderungen durch. Dazu gehört beispielsweise die Anpassung von Programmen an eine veränderte Bibliotheksschnittstelle, die Behebung von Fehlern in funktional ähnlichen Komponenten sowie die Parallelisierung von sequentiellen Programmteilen. Wenn jeder Entwickler die nötigen Änderungen selbst erarbeiten muss, führt dies leicht zu fehlerhaften Programmen, beispielsweise weil weitere zu ändernde Stellen übersehen werden. Wünschenswert wäre stattdessen ein automatisiertes Verfahren, das ähnliche Änderungen erkennt und mit dieser Wissensbasis Software-Entwickler bei weiteren Änderungen unterstützt.
     

    Änderungsextraktion
    In 2017 entwickelten wir ein neues Vorschlagssystem mit Namen ARES (Accurate REcommendation System). Verglichen mit bisherigen Ansätzen erzeugt es genauere Vorschläge, da seine Algorithmen Code-Verschiebungen während der Muster- und Vorschlagserzeugung berücksichtigen. Der Ansatz basiert darauf, dass zwei Versionen eines Programms miteinander verglichen werden. Das Werkzeug extrahiert dabei automatisch, welche Änderungen sich zwischen den beiden Versionen ergeben haben, und leitet daraus generalisierte Muster aus zu ersetzenden Code-Sequenzen ab. Diese Muster können anschließend von ARES dazu verwendet werden, analoge Änderungen für den Quellcode anderer Programme automatisch vorzuschlagen.
    Zur Extraktion der Änderungen verwenden wir ein baumbasiertes Verfahren. Im Jahr 2016 wurde ein neuer Algorithmus (MTDIFF) für solche baumbasierten Verfahren entwickelt und gut sichtbar publiziert, der die Genauigkeit der Änderungsbestimmung verbessert.

    Symbolische Ausführung von Code-Fragmenten
    Im Jahr 2014 wurde ein neues Verfahren zur symbolischen Code-Ausführung namens SYFEX entwickelt, welches die Ähnlichkeit des Verhaltens zweier Code-Teilstücke bestimmt. Mit diesem Verfahren soll eine Steigerung der Qualität der Verbesserungsvorschläge erreicht werden. Abhängig von der Anzahl und Generalität der Muster in der Datenbank kann SIFE ohne das neue Verfahren unpassende Vorschläge liefern. Um dem Entwickler nur die passenden Vorschläge anzuzeigen, wird das semantische Verhalten des Vorschlags mit dem semantischen Verhalten des Musters aus der Datenbank verglichen. Weichen beide zu sehr voneinander ab, wird der Vorschlag aus der Ergebnismenge entfernt. Die Besonderheit von SYFEX besteht darin, dass es auf herausgelöste Code-Teilstücke anwendbar ist und keine menschliche Vorkonfiguration benötigt.
    SYFEX wurde im Jahr 2015 verfeinert und auf Code-Teilstücke aus Archiven von verschiedenen Software-Projekten angewendet. Der Schwerpunkt im Jahr 2016 lag auf einer Untersuchung, inwieweit SYFEX zum semantischen Vergleich von Abgaben eines Programmierwettbewerbs geeignet ist. Im Jahr 2017 wurde SYFEX optimiert. Des Weiteren wurde mit der Erstellung eines Datensatzes semantisch ähnlicher Methoden aus quelloffenen Software-Archiven begonnen.

    Detektion von semantisch ähnlichen Code-Fragmenten
    SYFEX erlaubt es, die semantische Ähnlichkeit zweier Code-Fragmente zu bestimmen. So ist es damit prinzipiell möglich, Paare oder Gruppen von semantisch ähnlichen Code-Fragmenten (semantische Klone) zu identifizieren. Auf Grund des hohen Laufzeitaufwands verbietet sich der Einsatz von SYFEX -- wie auch von anderen Werkzeugen dieser Art -- allerdings, um in größeren Code-Projekten nach semantisch ähnlichen Code-Fragmenten zu suchen. Im Jahr 2016 wurde deshalb mit der Entwicklung eines Verfahrens begonnen, mit dessen Hilfe die Detektion semantisch ähnlicher Code-Fragmente beschleunigt werden kann. Grundlage dieses Verfahrens ist eine Reihe von sog. Basiskomparatoren, die zwei Code-Fragmente jeweils hinsichtlich eines Kriteriums (beispielsweise die Anzahl bestimmter Kontrollstrukturen oder die Beschaffenheit der Kontrollflussgraphen) miteinander vergleichen und dabei möglichst geringen Laufzeitaufwand haben. Diese Basiskomparatoren können anschließend zu einer Hierarchie von Verfahren verknüpft werden. Um damit die semantische Ähnlichkeit zweier Fragmente möglichst genau bestimmen zu können, wird mit Hilfe der Genetischen Programmierung nach Hierarchien gesucht, die die von SYFEX für eine Reihe von Code-Paaren berechneten Ähnlichkeitswerte möglichst gut approximieren. Im Rahmen einer ersten Untersuchung hat sich gezeigt, dass sich das implementierte Verfahren tatsächlich für die Bestimmung von semantisch ähnlichen Code-Paaren eignet.
    Die Implementierung dieses Verfahrens wurde im Jahr 2017 weiter verbessert. Zudem spielte die tiefergehende Evaluation des Verfahrens auf Basis von Methodenpaaren aus Software-Archiven sowie von Abgaben für Programmieraufgaben eine wichtige Rolle.

    Semantische Code-Suche
    Häufig steht die bei der Software-Entwicklung zu implementierende Funktionalität bereits in ähnlicher Form als Teil von Programmbibliotheken zur Verfügung. In vielen Fällen ist es ratsam, diese bereits vorhandene Realisierung zu verwenden statt die Funktionalität erneut zu implementieren, beispielsweise um den Aufwand für das Entwickeln und Testen des Codes zu reduzieren.
    Voraussetzung für die Wiederverwendung einer für den Anwendugszweck geeigneten Implementierung ist, dass Entwickler diese überhaupt finden können. Zu diesem Zweck werden bereits heute regelmäßig Code-Suchmaschinen verwendet. Etablierte Verfahren stützen sich dabei insbesondere auf syntaktische Merkmale, d.h. der Nutzer gibt beispielsweise eine Reihe von Schlüsselwörtern oder Variablen- und Methodennamen an, nach denen die Suchmaschine suchen soll. Bei diesen Verfahren bleibt die Semantik des zu suchenden Codes unberücksichtigt. Dies führt in der Regel dazu, dass relevante, aber syntaktisch verschiedene Implementierungen nicht gefunden werden ("false negatives") oder dass syntaktisch ähnliche, aber semantisch irrelevante Ergebnisse präsentiert werden ("false positives"). Die Suche nach Code-Fragmenten auf Basis ihrer Semantik ist Gegenstand aktueller Forschung.
    Im Jahr 2017 wurde am Lehrstuhl mit der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur semantischen Code-Suche begonnen. Der Nutzer spezifiziert dabei die gesuchte Funktionalität in Form von Eingabe-Ausgabe-Beispielen. Mit Hilfe eines aus der Literatur stammenden Verfahrens zur Funktionssynthese wird eine Methode erzeugt, die das durch die Beispiele beschriebene Verhalten möglichst genau realisiert. Diese synthetisierte Methode wird dann mit Hilfe des im Rahmen dieses Forschungsprojekts entwickelten Verfahrens zur Detektion von semantisch ähnlichen Code-Fragmenten mit den Methodenimplementierungen vorgegebener Programmbibliotheken verglichen, um ähnliche Implementierungen zu finden, die dem Nutzer als Ergebnis der Suche präsentiert werden. Eine erste Evaluation der prototypischen Implementierung zeigt die Umsetzbarkeit und Verwendbarkeit des Verfahrens.

    Cluster-Bildung von ähnlichen Code-Änderungen
    Voraussetzung für die Erzeugung generalisierter Änderungsmuster ist es, die Menge aller aus einem Quelltext-Archiv extrahierten Code-Änderungen in Teilmengen zueinander ähnlicher Änderungen aufzuteilen. Im Jahr 2015 wurde diese Erkennung ähnlicher Änderungen im Rahmen eines neuen Werkzeugs C3 verbessert. In einem ersten Schritt wurden verschiedene Metriken für den paarweisen Ähnlichkeitsvergleich der extrahierten Code-Änderungen implementiert und evaluiert. Darauf aufbauend wurden aus der Literatur bekannte Clustering-Algorithmen evaluiert und neue Heuristiken zur automatisierten Bestimmung der jeweiligen Parameter implementiert, um das bisherige naive Verfahren zur Identifizierung ähnlicher Änderungen zu ersetzen. Mit den im Rahmen von C3 implementierten Verfahren konnte im Vergleich zum bisherigen Ansatz eine deutliche Verbesserung erzielt werden. So können mit den neuen Verfahren mehr Gruppen ähnlicher Änderungen identifiziert werden, die sich für die Weiterverarbeitung im Rahmen von SIFE zur Generierung von Vorschlägen eignen.
    Die zweite Verbesserung zielt darauf ab, die erhaltenen Gruppen ähnlicher Änderungen zusätzlich automatisiert zu verfeinern. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Verfahren aus dem Umfeld des maschinellen Lernens zur Ausreißererkennung untersucht, um Änderungen, die fälschlicherweise einer Gruppe zugeordnet wurden, wieder zu entfernen.
    Im Jahr 2016 wurde C3 um eine weitere Metrik zum Vergleich zweier Code-Änderungen erweitert, die im Wesentlichen den textuellen Unterschied zwischen den Änderungen (wie er beispielsweise von dem Unix-Werkzeug 'diff' erzeugt wird) bewertet. Des Weiteren wurde das in C3 implementierte Verfahren im Rahmen eines Konferenzbeitrags veröffentlicht. In diesem Zusammenhang wurde auch der zur Evaluation des Verfahrens erzeugte Datensatz von Gruppen ähnlicher Änderungen unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht, siehe https://github.com/FAU-Inf2/cthree . Dieser kann zukünftigen Arbeiten als Referenz oder Eingabe dienen. Außerdem wurden prototypisch Verfahren implementiert, mit denen die Ähnlichkeitsberechnung und das Clustering in C3 inkrementell erfolgen können. Diese erlauben es, dass bei neuen Änderungen, die zu einem Software-Archiv hinzugefügt werden, die zuvor bereits berechneten Ergebnisse weiterverwendet werden können und nur ein Teil der Arbeit wiederholt werden muss.

     

  • Adaptive responsive Eingebettete Systeme
    (Projekt aus Eigenmitteln)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 31.12.2014
    URL: https://www4.cs.fau.de/Research/ARES/
    Ziel des Projekts ist die Bereitstellung selektiver und adaptiver Fehlertoleranzmaßnahmen in eingebetteten, sicherheitskritischen Echtzeitsystemen. Im Fokus stehen dabei transiente Hardwarefehler, deren Fehlerraten im Zuge der technologischen Entwicklung signifikant ansteigen. Die entwickelten Konzepte und Techniken ermöglichen den Aufbau von Echtzeitsystem mit Anwendungen unterschiedlicher Sicherheitsanforderungen (Mixed-criticality Applications) und die Beeinflussung der nicht-funktionalen Eigenschaft Zuverlässigkeit unabhängig von der eingesetzten Hardware. Sicherheitskritische Anwendungen lassen sich damit auf (kostengünstiger) Hardware einsetzten, wo dies nicht mehr möglich war, beziehungsweise in Zukunft nicht mehr möglich sein wird. Gleichzeitig können Standardanwendungen uneingeschränkten Gebrauch von der Leistungsfähigkeit der Hardware machen. Da kritische Fehlerstellen vermieden werden, ist bei Änderungen an der Software eine Rezertifizierung nicht zwingend angezeigt. Die erweiterten Entwurfskonzepte für die regelungstechnische Modellierung vereinfachen zudem die Abbildung der replizierten Regelungsanwendung auf das Echtzeitsystem. Evaluiert wird der Ansatz in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie und der Regelungstechnik. Zu diesem Zweck wurde eigens ein Quadrocopter (unbemanntes Modellfluggerät) inklusive der zugehörigen Fluglagesteuerung nach dem aktuellen Stand in Forschung und Industrie entwickelt.
  • Synthesis, mechanical properties and microstructure of carbon nanotube reinforced magnesium metal composits
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 31.12.2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • SystemC-basierte Performance-Abschätzung des Channel-Subsystems der System z Architektur
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 31.12.2010
    Mittelgeber: Industrie
    URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/systemc-systemz
    System z ist der Markenname von IBM-Großrechnern, so genannten Mainframe-Computern. In diesem Projekt entsteht in enger Zusammenarbeit mit mehreren IBM-Standorten zunächst ein Performance-Modell aktueller Mainframes. Dieses Modell wird dann dazu verwendet, Entwurfsentscheidungen für zukünftige Architekturen zu treffen.
  • Datenfusion multisensoriell ausgeführter Koordinatenmessungen
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 31.08.2013
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/109956736
    Die ganzheitliche Prüfung mikrotechnischer Bauteile mit hohen Anforderungen an Messgenauigkeit und -geschwindigkeit, der zunehmende Fokus auf Vielpunktmessungen komplexer Objektmerkmale und Freiformflächen sowie oberflächenstrukturbedingt nicht unisensoriell erfassbare Gestalteigenschaften erfordern den Einsatz von multisensoriellen Koordinatenmessgeräten (KMGs). Sie integrieren mehrere verschiedene Messprinzipien in Form von taktilen, optischen oder bildverarbeitenden Sensoren in einem Messgerät. Die Vorteile der einzelnen Sensoren können kombiniert und messaufgabenspezifisch optimale Messabläufe und genaue Messergebnisse erreicht werden. Zur Nutzung der vielfältigen Vorteile der Zusammenführung multisensoriell erfasster Formelementinformationen, fehlt gegenwärtig ein universeller Ansatz für eine emergente Datenfusion. Die für einzelne Sensoren nachgewiesene ausgezeichnete Messgenauigkeit von Multisensor-KMGs ist bisher nicht für fusionierte Messergebnisse bestätigt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung eines allgemeingültigen (d.h. sensorunabhängigen) Verfahrens zur beständigen sich iterativ selbst optimierenden Datenfusion mittels verteilungsfreier Bayes’scher Statistik für die multisensorielle Koordinatenmesstechnik angewandt auf Bauteile der Mikrosystemtechnik. Dazu werden die in einem Messprozess generierten Beobachtungen eines gemessenen Geometriemerkmals durch zeitdiskrete, nichtlineare, nicht-gauß’sche Differentialgleichungen eines stochastischen Systemmodells mit beliebigen Rauschprozessen beschrieben1. Die Messaufgabe wird hierdurch in ein Schätzproblem für die Modellparameter transformiert, welche auf Basis von Wiederholmessungen ermittelt werden können. Der Einsatz der auch der GUM-konformen Messunsicherheitsermittlung zugrundeliegenden Bayes’schen Schätztheorie lässt erwarten, dass dieses Problem in iterativer, adaptiver Vorgehensweise optimal gelöst werden kann. Nach Abschluss des Forschungsvorhabens wird ein allgemeingültiges, konsistentes, rechnergestütztes Verfahren zur Datenfusion multisensoriell ausgeführter Koordinatenmessungen verfügbar sein, welches für Sensoren unterschiedlicher Wirkprinzipien und Auflösungen das Messergebnis (bestehend aus bestem Schätzwert und Unsicherheit) unter den gegebenen Randbedingungen optimal bestimmt. Das Verfahren erfordert vom Anwender weder das Aufstellen einer Modellgleichung des Messprozesses noch a priori Verteilungsannahmen. Es ermöglicht optimale, momentenbasierte Fusionsstrategien, bei denen Abweichungen sowie die Dynamik des Messprozesses erfasst werden und Vorwissen integriert werden kann.
  • Open Access Publizieren
    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 01.01.2010 - 31.12.2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Um ihre Angehörigen bei der Veröffentlichung von Open-Access-Zeitschriftenartikeln zu unterstützen, möchte die Universität Erlangen-Nürnberg einen Publikationsfonds etablieren. Über die Anschubfinanzierung der DFG soll so eine verlässliche Struktur zur Finanzierung von Publikationskosten geschaffen werden. Aus dem Fonds können Gebühren für die Veröffentlichung von Artikeln in originären, qualitätsgeprüften Open-Access-Zeitschriften übernommen werden. Begleitende Maßnahmen im organisatorischen, technischen und rechtlichen Bereich stellen sicher, dass Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ein wirklicher Service für die Bereitstellung ihrer Forschungsergebnisse im Open Access geboten wird.