Herr Dr. Volker Heck ist neuer Außerplanmäßiger Professor in der Fakultät IV

Herr Apl.-Prof. Dr. Heck ist bereits seit 2007 für zentrale Lehrinhalte in Geographie und Geographiedidaktik zuständig. Aus der Ausbildung angehender Lehrerinnen und Lehrer im Sachunterricht ist das Fach Geographie, das Apl.-Prof. Dr. Heck seit dem Jahr 2009 alleine an der Universität Siegen vertritt, nicht wegzudenken. Formal ist er am Lehrstuhl für Physikdidaktik und Astronomie verortet. Dort konnte er von Anfang an selbstbestimmt und vor allem sehr erfolgreich forschen und lehren. Die Naturwissenschaftlich–Technische Fakultät freut sich, dass dem Engagement von Herrn Apl.-Prof. Dr. Heck nun durch die Verleihung der Bezeichnung „Außerplanmäßiger Professor“ Rechnung getragen wird.

Die entsprechende Urkunde wurde ihm am 8.11.23 durch Dekan Prof. Dr. Holger Schönherr überreicht.

Förderung für innovative Siegener Lehrkonzepte

Vier Projekte von Wissenschaftler*innen der Universität Siegen sind im Rahmen des Förderprogramms „Freiraum 2023“ der Stiftung Innovation in der Hochschullehre zur Förderung ausgewählt worden. Die Uni Siegen zählt damit zu den sechs erfolgreichsten Hochschulen des Programms.

Die Lehre an Hochschulen lebt von innovativen Ideen und Konzepten. Dass die Universität Siegen bei der Weiterentwicklung der Lehre ganz vorne mit dabei ist, hat sie erneut unter Beweis gestellt: Im Rahmen des Förderprogramms „Freiraum 2023“ der Stiftung Innovation in der Hochschullehre wurden gleich vier Siegener Projekte bewilligt. Die Universität gehört damit zu den sechs erfolgreichsten Hochschulen des Programms. Mit „Freiraum 2023“ unterstützt die Stiftung die Entwicklung und Erprobung neuer Lehrkonzepte an Hochschulen. Das Fördervolumen beträgt dabei insgesamt rund 50 Mio. Euro. Die vier Projekte der Uni Siegen werden mit bis zu 830.000 Euro unterstützt, Projektstart ist im Frühjahr 2024.

„Schon im vergangenen Jahr gehörte unsere Universität zu den erfolgreichsten Hochschulen des Programms. Dass in diesem Jahr erneut so viele Siegener Anträge bewilligt wurden, zeigt, dass die Weiterentwicklung der Lehre bei uns über alle Fakultäten hinweg konsequent und mit viel Engagement vorangetrieben wird“, sagt Prof. Dr. Alexandra Nonnenmacher, Prorektorin für Bildung der Universität Siegen. Im Namen der Hochschulleitung gratulierte sie den beteiligten Wissenschaftler*innen zu ihrem Erfolg und wünschte gutes Gelingen für die neuen Projekte.

Folgende Projekte der Universität Siegen wurden im Rahmen eines wissenschaftlichen Auswahlverfahrens im Programm „Freiraum 2023“ bewilligt:

„Internationale Sommerschulen Quantum Science“ 
Jun.-Prof. Dr. Stefan Nimmrichter – Fakultät IV

An der Universität Siegen ist zum Wintersemester 2023/2024 der internationale Master-Studiengang „Quantum Science“ gestartet, der Studierenden Quantentechnologien vermitteln soll – von der mathematisch-physikalischen Grundlagenforschung bis hin zu konkreten Anwendungsfeldern. Durch innovative Lehrformate sollen den Studierenden neben fachlichen auch interkulturelle Kompetenzen vermittelt werden. Dies wird durch zwei Sommerschulen in den Jahren 2024 und 2025 ergänzt, zu denen lokale und internationale Studierende eingeladen werden. Die Sommerschulen sind eigenständige Lehrveranstaltungen, bei denen Studierende über den Tellerrand der eigenen Disziplin hinausblicken und das Konferenzformat kennenlernen können. Die Erkenntnisse aus den Sommerschulen fließen anschließend in die Gestaltung weiterer Module des Quantum-Science-Studiengangs ein.

„Digitale Escape-Games zur Stärkung mathematischer Kompetenzen in der Studieneingangsphase“ 
Jun.-Prof. Dr. Daniel Thurm – Fakultät IV

Das Projekt soll MINT-Studierende in der frühen Studieneingangsphase (zum Beispiel in Vorkursen) unterstützen: Kern sind dabei digitale Escape-Games, die einen spielerischen Zugang zu mathematischen Basiskompetenzen bieten und gleichzeitig die Motivation und Kooperation der Studierenden fördern. Mitentwickelt werden die Escape-Games von Master-Lehramtsstudierenden im Fach Mathematik, die in diesem Zuge ihre fach- und mediendidaktischen Kompetenzen vertiefen können. Nach Abschluss des Projektes werden alle Escape-Games über eine Website veröffentlicht und stehen anderen Universitäten zur freien Verfügung. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der TU Dortmund, der Universität Utrecht und der Universität Haifa durchgeführt.

„Individuelle Förderung in der MINT-Lehre“ 
Prof. Dr. Roman Obermaisser – Fakultät IV

Im Rahmen des Projektes sollen für Studierende innerhalb ihres Studiums automatisiert und gezielt Modulbestandteile zusammengestellt werden – basierend auf ihren jeweiligen Interessen, vorhandenem Vorwissen und dem verfügbaren Lehrangebot. Die Module umfassen digitale Lerninhalte, aber auch Präsenzlehre und Labore. Das Projekt soll Studierende dabei unterstützen, bessere Lernergebnisse zu erzielen. Gleichzeitig soll das Studium attraktiver und die Organisation erleichtert werden. Das Projekt umfasst die Modellierung von Studiengängen, die Entwicklung personalisierter Algorithmen zur Zusammenstellung der Module sowie die Implementierung in konkrete Lehrangebote. Der neue Ansatz soll anschließend in Informatikstudiengängen an der Universität Siegen exemplarisch erprobt und bewertet werden.

„Internationally connected digital classrooms“ 
Jun.-Prof. Dr. Thomas Kopp, Fakultät III

Das Projekt verfolgt drei Ziele: Die Einführung neuer hybrider Online-Lehrmethoden im Hochschulbereich, die Stärkung und Verbesserung der Lehrerausbildung an den teilnehmenden Universitäten und die Förderung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Durch die Wissenserweiterung im Bereich der Nachhaltigkeit werden im Rahmen des Projektes auch internationale Perspektiven sowie die internationale Zusammenarbeit gefördert.

Weitere Informationen zur Stiftung und dem Förderprogramm „Freiraum 2023“ finden Sie hier.

„Die Universität entscheidend mitgestaltet“

Mit einer letzten Vorlesung verabschiedete sich Professor Dr. Jürgen Jensen in den Ruhestand: Über 30 Jahre hatte er an der Universität Siegen den Lehrstuhl für Hydromechanik, Binnen- und Küstenwasserbau inne.

Aus ganz Deutschland und sogar aus den USA waren sie angereist: Familie, Freunde, Kolleg*innen, ehemalige Mitarbeit*innen und Doktorand*innen, von denen inzwischen viele selbst Professuren an nationalen und internationalen Universitäten innehaben. Auch zahlreiche Angehörige der Uni Siegen sowie Vertreter*innen aus der Region waren in die Aula des Paul Bonatz-Campus gekommen. Nach über 30 Jahren Forschung und Lehre am Siegener Lehrstuhl für Hydromechanik und Wasserbau hatte Prof. Dr. Jürgen Jensen zur Abschiedsvorlesung geladen. Unter dem Titel „Meine Retrospektive ‚Wasser(bau)‘ – vom Lebenselixier zur Sintflut“ sprach er ein letztes Mal im Hörsaal über sein großes Thema: „Die Faszination Wasser ist das, was mich mein ganzes Leben lang begleitet hat und bis heute wissenschaftlich beschäftigt.“

1991 war Jensen an die Universität Siegen berufen worden. Für ihn damals das „große Los“, wie der gebürtige Nordfriese und Schleswig-Holsteiner rückblickend feststellte: „Nie zuvor hatte ich solche Möglichkeiten, mich beruflich und wissenschaftlich zu verwirklichen.“ Möglichkeiten, die Jensen voll ausschöpfte: 1994 gründete er an der Uni Siegen das renommierte Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu). Seinen Lehrstuhl baute er zu einem der erfolgreichsten der Universität aus – mehr als 250 nationale und internationale Forschungsvorhaben im Binnen- und Küstenwasserbau setze er als Projektleiter zusammen mit seinem Team um. Er warb insgesamt rund 14,5 Mio. Euro Drittmittel ein und betreute mehrere hundert Abschlussarbeiten von Studierenden sowie 25 Promotionen. Als Dekan des Fachbereichs Bauingenieurwesen überführte Jensen den Fachhochschulstudiengang Bauingenieurwesen 2004 in einen universitären Studiengang mit Promotionsrecht.

Jensen habe die Universität „in einer Vielzahl von Funktionen und Aktivitäten ganz entscheidend mitgestaltet“, sagte der Prorektor für Digitales und Regionales, Prof. Dr. Volker Wulf in seinem Grußwort. Auch Uni-Kanzler Ulf Richter dankte Jensen für sein großes Engagement für die Universität und die Region: „Das ist nicht selbstverständlich. Aber man merkt, wie sehr Sie für diesen Job gebrannt haben und immer noch brennen.“ Der Sprecher des Departments Bauingenieurwesen, Prof. Dr. Daniel Pak, erinnerte daran, dass Jensen in seinem Wasserbaulabor unter anderem auch den Abriss der „Siegplatte“ in der Siegener Innenstadt wissenschaftlich begleitete: Einer riesigen Betonplatte, die über viele Jahrzehnte den Fluss Sieg überdeckte und als Parkfläche für Autos diente. Während seiner Berufungsverhandlungen im Herbst 1991 mit dem Rektor der Uni Siegen habe er seiner Frau empfohlen, sich die Siegener Innenstadt anzuschauen und an der Sieg entlang spazieren zu gehen, erinnerte sich Jensen lachend: „Aber als wir uns wiedertrafen, sagte mir meine Frau, sie habe den Fluss nicht finden können. Ich bin auch rückblickend sehr stolz darauf, dass ich das Projekt ‚Siegen – zu neuen Ufern‘ und den damit verbundenen Abriss der Siegplatte begleiten konnte. Siegen ist dadurch viel lebenswerter geworden.“

In seiner Vorlesung beschrieb Jensen die Ambivalenz „seines“ Elementes Wasser: Einerseits wichtigstes Lebensmittel und ältester Energieträger – andererseits im Zusammenhang mit Extremwetterereignissen potenziell lebensbedrohlich. In international beachteten Forschungsprojekten hat Jensen mit seinem Team die Auswirkungen des Klimawandels auf den Meeresspiegelanstieg untersucht. Auch Sturmfluten und Hochwasserereignisse haben den Wissenschaftler intensiv beschäftigt. Die Flutkatastrophe an der Ahr vor zwei Jahren habe ihn „zutiefst beeindruckt“, sagte Jensen: „An der Ahr wurde sehr viel falsch gemacht, wir Menschen tragen eine große Mitverantwortung dafür, dass die Schäden so groß waren.“ Jensen appellierte in diesem Zusammenhang auch anhand der historischen Sturmflutkatastrophen an der Nord- und Ostsee über die letzten 1000 Jahre sowie des Magdalenen-Hochwassers von 1342 eindringlich, aus der Vergangenheit zu lernen: „Es gab schon in früheren Jahren extreme Hochwasser in Deutschland. Diese sollten wir uns genau anschauen, um den zukünftigen Hochwasserschutz zu verbessern. Tote durch Starkregen, Sturmfluten und Hochwasser sind absolut inakzeptabel – wir müssen daran arbeiten, das künftig zu verhindern.“

Musikalisch begleitet wurde die Abschiedsvorlesung von Heiko Ogorek und Sascha Lecher, die mit Akustik-Gitarren und Gesang Songs von den Beatles, Pink Floyd, Fleetwood Mac und Bruce Springsteen präsentierten. Zum Ausklang des Abends lud Prof. Jensen in norddeutscher Tradition zu kühlen Getränken und Fischbrötchen ein.

3D Bildgebung der Zukunft

Schneller und präziser: Wissenschaftler der Universität Siegen arbeiten im Projekt ULTRA-SENSE 3D an Kamerasystemen auf der Basis von Sensoren aus amorphem Silizium.

Ob in der Automobilindustrie, der Medizintechnik, in Sicherheitssystemen oder in Smartphones: 3D-Kameras finden immer größere Verbreitung und Verwendungsmöglichkeiten. Eine Technologie, die sich rasant weiterentwickelt. Als zukunftsorientiertes Thema mit hoher gesellschaftlicher Relevanz ist die notwendige Sensorik ein zentrales Forschungsgebiet des Lehrstuhls „Graphen-basierte Nanotechnologie“ und des Lehrstuhls „Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik“ an der Universität Siegen.

Ein Verfahren, das sich wegen seiner Benutzerfreundlichkeit bei 3D-Kamerasystemen immer mehr durchsetzt, ist das Laufzeitverfahren (Time-of-Flight, ToF). Dabei können aus der Zeitdifferenz zwischen einem ausgesendeten und dem vom Objekt reflektierten Lichtimpuls genaue Entfernungen bestimmt und somit Bilder mit räumlicher Tiefe produziert werden. Allerdings benötigt die vergleichsweise aufwendige ToF-Sensorik relativ viel Chipfläche, ist somit teuer, und für mögliche Anwendungsfelder mit hohem Integrationsgrad begrenzt. Der Integrationsgrad bezeichnet dabei die absolute Anzahl lichtempfindlicher Sensoren auf einem Mikrochip.

Wissenschaftler der Universität Siegen arbeiten in dem neuen Forschungsprojekt „ULTRA-SENSE 3D“ an neuartigen, hochpräzisen und leistungsstarken 3D-Kamerasystemen basierend auf der Focus-Induced Photoresponse (FIP). „FIP ist eine recht neuartige Technologie, deren Grundstein durch intensive Forschungsaktivitäten bei uns am ZESS, dem Zentrum für Sensorsysteme der Universität Siegen, gelegt wurde“, erklärt Dr. Andreas Bablich, der gemeinsam mit Prof. Dr. Peter Haring Bolívar das Projekt leitet. Die Forschung soll sich nun auf die Leistungspotentiale von 3D-fähigen FIP-Sensoren auf Basis von amorphem Silizium konzentrieren. „Es freut mich, in einem solchen Projekt die enge und befruchtende Zusammenarbeit von Grundlagenforschung und Innovationsimpulsen für die industrielle Umsetzung demonstrieren zu können“, konstatiert Prof. Dr. Peter Haring Bolívar. ULTRA-SENSE 3D wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp einer dreiviertel Million Euro für drei Jahre gefördert. Für Dr. Andreas Bablich ist der Erfolg seines Erstantrags ein wichtiger Meilenstein in der Forscherkarriere. Die DFG unterstützt mit ihrer Förderung ausdrücklich den Forschernachwuchs.

FIP-Sensoren können weitaus empfindlicher als aktuelle Konzepte hochpräzise Tiefeninformationen über große Distanzen in nur einem Bildpunkt identifizieren. Denn beim FIP-Effekt wird nicht nur die Menge des einfallenden Lichts vom Sensor gemessen, sondern auch die Größe des Lichtflecks, was exakte Messungen von Entfernungen in Echtzeit ermöglicht und das auch dann, wenn das Umgebungslicht nicht besonders gut ist. „Allerdings sind die Auslesegeschwindigkeiten und Empfindlichkeiten aktueller FIP-Detektoren basierend auf organischen oder bleihaltigen Materialien massiv eingeschränkt“, erklärt Dr. Andreas Bablich weiter. In dem neuen Ansatz wurden daher in der Siegener Arbeitsgruppe FIP-Sensoren auf Basis amorphen Siliziums (a-Si:H) entwickelt, die aktuell einen, verglichen zum Stand der Technik, um etwa zwei Größenordnungen schnelleren, sensitiveren und steuerbaren FIP-Effekt aufweisen. Das aktive Material, amorphes Silizium, wird dünn und bei niedrigen Temperaturen auf einem Chip aufgebracht. Man spricht im technischen Zusammenhang auch vom Aufwachsen des Siliziums auf der Chipoberfläche. Typische Schichtdicken liegen hierbei im Bereich von 10 Nanometer bis 1.5 Mikrometer, wobei letzteres circa einem Hundertstel Teil des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. „Die Sensorkonzepte entwickeln, optimieren und charakterisieren wir nicht nur am Lehrstuhl, sondern stellen die Sensoren auch im jetzigen Reinraum der Universität selbst her. Weiterhin werden wir die technologische Umsetzung dieser und weiterer spannender Forschungsthemen im entstehenden INCYTE-Forschungsgebäude am Campus Adolf-Reichwein-Straße weiter vorantreiben und intensivieren.“

Die Siegener Wissenschaftler haben neben der Sensorik außerdem ein neuartiges Auslesekonzept konzipiert, so dass Bildraten integrierter 3D-Kameras erheblich gesteigert und Rauscheinflüsse reduziert werden könnten. Dr. Bablich: „Erste Abstandsmessungen wurden bereits erfolgreich durchgeführt und die erzielten Auflösungen im Bereich von etwa 500 Mikrometern zeigen erhebliche Potentiale, das Verfahren der FIP-Detektion deutlich zu verbessern.“ Ein mögliches zukunftsorientiertes Anwendungsfeld sehen die Forscher bei der hochempfindlichen 3D-Szenenerkennung zum Beispiel in der Sicherheitstechnik oder in industriellen Qualitätskontrollen.

Dr. Andreas Bablich bei der Arbeit im Reinraum. (Foto: Heiner Manderbach)

Gratulation zum Dienstjubiläum

Am 13. April feierte Herr Prof. Dr. Bernd Engel sein 25-jähriges Dienstjubiläum. Der Dekan übergab ihm die Urkunde in einem persönlichen Treffen im Dekanat. Er dankte Prof. Engel im Namen der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät für seine Lehr- und Forschungstätigkeiten als Professor für Umformtechnik. Die zahlreichen Forschungsprojekte und das Forum „Biegen in Siegen“ haben die Arbeitsgruppe, die im Department Maschinenbau angesiedelt ist, national und international bekannt gemacht. Zudem sei sein Wirken im Automotive Center Südwestfalen (ACS) in Attendorn besonders hervorzuheben.

Automatisch zur Prozesskette: Wie ein 3D-Drucker für Autoteile

Wissenschaftler der Uni Siegen entwickeln eine neuartige Fertigungszelle für Blechbauteile von Fahrzeugen. Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und flexiblen Fertigungsverfahren sollen darin spezielle Karosserieteile in Kleinserie profitabel hergestellt werden.

Die Individualisierung ist ein gesellschaftlicher Megatrend, der auch vor der Autoindustrie nicht haltmacht: Immer mehr Fahrzeug-Modelle stehen zur Auswahl, immer mehr Elemente sind veränderbar. Von zahllosen Details der Innenausstattung über Motorspezifikation bis hin zur Getriebeart können sich Kunden ihren Neuwagen heute individuell zusammenstellen. Für jedes Modell stehen Tausende von Kombinationen zur Verfügung. Das hat massive Auswirkungen auf die Produktion: Zulieferer müssen Bauteile in viel mehr Varianten herstellen als noch vor einigen Jahren – gleichzeitig sinken die geforderten Stückzahlen. Doch wie können die Unternehmen angesichts dieser Anforderungen trotzdem noch profitabel produzieren? Wissenschaftler der Universität Siegen entwickeln dazu eine neuartige Fertigungszelle für Karosserie-Bauteile: Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und flexiblen Fertigungsverfahren sollen darin individualisierte Blechbauteile rentabel hergestellt werden.

„Wir brechen die traditionelle feste Fertigungskette im Karosseriebau auf“, sagt Prof. Dr.-Ing. Martin Manns vom Siegener Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Montage (FAMS). Das innovative Projekt, an dem ein weiterer Lehrstuhl und eine Forschungsgruppe der Universität sowie verschiedene Industrie-Partner beteiligt sind, wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit insgesamt rund 7,6 Mio. Euro gefördert. Es ist im Januar 2023 angelaufen. Das Ziel ist, die Herstellungskosten für neue, geometrisch unterschiedliche Karosserie-Varianten zu senken und die Produktion der entsprechenden Bauteile für mittelständische Zulieferer attraktiv zu machen: „Damit stärken wir den Produktionsstandort Deutschland“, sagt Prof. Dr. Bernd Engel vom Lehrstuhl für Umformtechnik (UTS).

Im Labor des Lehrstuhls für Umformtechnik wird für das Vorhaben hochmoderne Technik aufgebaut: Maschinen wie ein Schweißapparat, eine Presse oder eine Schwenkbiegemaschine werden miteinander verknüpft und von autonomen, mobilen Robotern gesteuert. Die automatisierte Fertigungszelle soll Facharbeiter*innen in der Produktion aber nicht ersetzen, versichert Prof. Manns: „Fachkräfte werden auch in Zukunft gebraucht. Sie werden in der Zelle kollaborativ mit Robotern zusammenarbeiten.“ Als Laie könne man sich die Zelle wie eine Art großen 3D-Drucker für Automobil-Bauteile vorstellen, beschreibt Prof. Engel: „Zunächst geben wir alle relevanten Daten des gewünschten Bauteils ein – zum Beispiel CAD-Daten, Material-Informationen oder die geforderte Stückzahl. Ein Prozessgenerator berechnet dann mit Hilfe künstlicher Intelligenz, wie das Bauteil am günstigsten in der Zelle gefertigt werden kann.“

Auch der Fertigungsprozess selbst verläuft in der Zelle anders als bei der herkömmlichen Folgeverbundfertigung: Statt festgelegter und aufeinander aufbauender Fertigungsschritte werden die Blechbauteile innerhalb der Zelle flexibel umgeformt, geschweißt und gefügt – bisher getrennte Arbeitsschritte werden dabei gemischt und neu miteinander gekoppelt. „Das setzt eine intelligente Verknüpfung durch den Prozessgenerator voraus“, erklärt Prof. Engel. Im Rahmen des Projektes möchte das Team untersuchen, für welche Art von Bauteilen diese flexible Produktionsweise funktioniert: „Unser Ziel ist es, ein Spektrum von Karosserie-Teilen zu erschließen, die sich so herstellen lassen. Dabei müssen wir selbstverständlich auch die Qualität der fertigen Teile genau im Blick behalten. Wir sind aber zuversichtlich, den Anforderungen gerecht werden zu können“, sagt Prof. Manns.

In dem Projekt fließen Forschungsergebnisse und -Erkenntnisse der drei Siegener Lehrstühle aus den vergangenen Jahren zusammen: aus den Bereichen der künstlichen Intelligenz, der Flexibilisierung und Digitalisierung von Produktionsprozessen sowie aus dem 3D-Metalldruck. „Aus der Einzelforschung gehen wir jetzt in den Verbund, auch deshalb hat das Projekt für uns eine große Bedeutung“, sagt Prof. Engel.

Hintergrund:
Am Projekt SkaLaB („Skalierbares Center für die Herstellung von Karosseriebauteilen aus Blech“) sind seitens der Universität Siegen der „Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Montage“ (Prof. Dr.-Ing. Martin Manns), der „Lehrstuhl für Umformtechnik“ (Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel) sowie die Forschungsgruppe „(Menschenzentrierte) Cyber-Physische Systeme“ (Prof. Dr. Thomas Ludwig) beteiligt. Sie erhalten für das Projekt zusammen Fördermittel in Höhe von rund 1,8 Mio. Euro. Darüber hinaus sind verschiedene Industriepartner mit im Boot: Die VIA Consult GmbH aus Olpe, die Franz Hof GmbH aus Haiger, die HMT Heldener Metalltechnik GmbH aus Attendorn, die voestalpine Automotive Components Dettingen GmbH & Co. KG, die TWT GmbH Science & Innovation und die MPA Technology GmbH aus Burbach. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren.

Kontakt:
Prof. Dr. Bernd Engel (Lehrstuhl für Umformtechnik)
Tel.: 0271 740 2849
E-Mail: bernd.engel@uni-siegen.de

Von links nach rechts: Peter Frohn-Sörensen, Michael Schiller, Marco Fries, Jun.-Prof. Dr. Thomas Ludwig, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel,  Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Manns vom SkalaB-Team.

Millionenförderung für Siegener KI-Forschungsprojekt

Das Land NRW fördert die industrielle Transformation in Südwestfalen. 3,75 Millionen Euro stehen für das Forschungsprojekt „Cyber Production Management Lab“ zur Verfügung, gearbeitet wird an einem wegweisenden Ansatz für einen ganzheitlichen Einsatz Künstlicher Intelligenz in der Produktion.

Digitale Transformation, ressourcen- und klimaschonende Produktion und demografischer Wandel stellen produzierende Unternehmen vor große Herausforderungen. Künstliche Intelligenz kann einen wichtigen Beitrag leisten, damit Industrieunternehmen auch künftig wettbewerbsfähig bleiben. Auf dem „Campus Buschhütten“ in Kreuztal entsteht derzeit mit Unterstützung der Landesregierung ein Entwicklungs- und Experimentierraum, in dem Bildung, Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam an passgenauen Lösungen arbeiten: das Cyber Production Management Lab. Wirtschafts- und Klimaschutzministerin Mona Neubaur überreichte nun Förderbescheide über insgesamt 3,75 Millionen Euro an ein Konsortium aus den Universitäten Siegen und RWTH Aachen sowie den Unternehmen Achenbach Buschhütten, Heuel & Löher, Innofarming und SDFS Smarte Demonstrationsfabrik Siegen.

Ministerin Neubaur: „Ressourcen- und klimaschonende Produktionsprozesse sind ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität. CO2-Emissionen reduzieren, nach dem Kreislaufprinzip arbeiten und die Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktion erhöhen – das steigert nicht nur die ökologische, sondern auch die ökonomische Nachhaltigkeit, sichert Arbeitsplätze und stärkt den wichtigen Industriestandort Südwestfalen. Die Digitalisierung der Produktion und Künstliche Intelligenz können einen wichtigen Beitrag für eine nachhaltige und emissionsarme Industrie liefern. Ich freue mich sehr, dass wir mit dem Cyber Production Management Lab einen leistungsstarken Hub für die Digitalisierung von Unternehmen und die Aus- und Weiterbildung hochqualifizierter Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter unterstützen können.“

Das Forschungsprojekt ist an der Universität Siegen bei der Professur für International Production Engineering and Management (IPEM) angesiedelt. Im Mittelpunkt steht der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktion in einem ganzheitlichen Ansatz. „Zusammen mit einem qualifizierten Projektteam aus Wissenschaft, Lehre und Industrie stellt sich der Lehrstuhl den aktuellen und künftigen Kernherausforderungen in der industriellen Fertigung“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Peter Burggräf.

Das Konsortium will ermitteln, in welchen Prozessschritten sich der KI-Einsatz besonders lohnt, und dieses Wissen dann im realen Produktionsbetrieb der Demonstrationsfabrik Campus Buschhütten anwenden. Die Produktionsszenarien werden dazu in vier themenspezifische Einheiten, so genannte Micro Labs, unterteilt. In diesen werden aktuelle und zukünftige Trends der Industrie in den Bereichen Metallverarbeitung, Additive Fertigung, Intralogistik und Lebensmittelherstellung erforscht .„Wir freuen uns darüber, mit der Förderung nachhaltige und langfristige Lösungen entwickeln zu können, um Künstliche Intelligenz in die reale Produktion zu integrieren“, sagt Prof. Burggräf.

Unter dem Schwerpunkt Cyber Production Management forscht der Lehrstuhl bereits seit seiner Gründung an dem Einsatz und der erleichterten Implementierung von Künstlicher Intelligenz in der Produktion und bietet zudem einen realen Produktionsbetrieb für die Erprobung der Forschungsthemen. Als Bindeglied zwischen Industrie und Forschung in Südwestfalen ist er die ideale Umgebung für das Cyber Production Management Lab, das verschiedenste Forschungsthemen zu aktuellen und zukünftigen Trends im gemeinsamen Austausch mit Wirtschaft und Industrie behandeln wird. 

Der immer schneller voranschreitende technische Fortschritt, der demografische Wandel sowie die Reduzierung der CO2-Emissionen stellen produzierende Unternehmen vor große Herausforderungen. Um diese zu bewältigen, müssen sie Produktions-, Logistik- und Organisationsprozesse ressourceneffizient und kreislauforientiert und zudem unter Einsatz der neuesten Technologien gestalten. Neben der Schaffung einer geeigneten digitalen Infrastruktur, sind es vor allem die Integration von KI und der neue Mobilfunkstandard 5G, die in der heimischen Produktion umgesetzt werden müssen. Nur mithilfe von KI und der Übertragung großer Datenmengen in Echtzeit können die zunehmend komplexeren Aufgaben wie die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern in der Industrie 4.0 oder die Kommunikation von Fahrzeugen und Verkehrssystemen beim autonomen Fahren bewältigt werden. „Um hier nicht den internationalen Anschluss zu verlieren und auch technologisch souverän zu bleiben, ist die frühe und intensive Auseinandersetzung mit diesen Themenstellungen unabdingbar für den Industriestandort NRW“, erklärt Prof. Burggräf.

„Während viel Arbeit in die Verbesserung von Algorithmen und deren Erprobungen gesteckt wird, fehlt vielerorts ein integrativer, ganzheitlicher Blick auf eine mögliche Einführung von KI in den Produktionsbetrieb“, sagt Fabian Steinberg, Geschäftsführer SDFS Smarte Demonstrationsfabrik Siegen. Der Ansatz des Cyber Production Management Labs zeigt diese ganzheitliche Verknüpfung anhand realer Anwendungsfälle. Betrachtet wird eine durchgängige Produktionsumgebung mit Produktionsszenarien, die technologieübergreifend miteinander vernetzt werden, um somit die Praxistauglichkeit über den gesamten Prozess hinweg zu demonstrieren. 

In Düsseldorf überreichte Ministerin Mona Neubaur die Förderbesscheide. Zu sehen sind (von links): Axel Barten und Dr. Gabriele Barten (Achenbach Buschhütten), Mona Neubaur (Wirtschafts- und Klimaschutzministerin des Landes Nordrhein-Westfalen), Prof. Dr. Peter Burggräf (Universität Siegen) und Fabian Steinberg (Smarte Demonstrationsfabrik Siegen). Foto: MWIKE NRW

Nachruf auf Prof. Dr. Fritz W. Bopp

Fritz W. Bopp wurde 1945 in Hechingen geboren. Er studierte Physik an der Universität München, an der University of Arizona und der University of Illinois. Dort promovierte er im Jahre 1973. Nach wissenschaftlichen Tätigkeiten an den Universitäten in Bielefeld und Siegen habilitierte er sich 1978 in Siegen, wo er seit 1983 Professor ist. Er unternahm zahlreiche, manchmal längere Forschungsaufenthalte an den Forschungszentren CERN in Genf, am LAPP in Annecy und dem LPTHE in Orsay und den Universitäten Leipzig und Houston. Sein Hauptarbeitsgebiet war die Phänomenologie der Elementarteilchen. Damit trug er auch zu Monte Carlo Modellen zur Beschreibung der Propagation kosmischer Strahlung in der Atmosphäre bei.

Er beschäftigte sich aber auch mit Problemen der Quantenmechanik und speziellen quanten-statistischen Effekten dieser Theorie. Daneben arbeitete er auf dem Gebiet der Vielteilchenproduktion in einem Dual-Parton Model auch unter Berücksichtigung der Resultate der Schwerionenwechselwirkungen aus Daten des Large Hadron Colliders am CERN, und weiteren Gebieten der Teilchenproduktion in Hadron-Hadron Wechselwirkungen. Neben seinen Vorlesungen zur theoretischen Physik schrieb er aus seinem Arbeitsgebiet ein Buch über Kerne, Hadronen und Elementarteilchen bei Springer, das er auch selbst ins Englische übersetzte. In seiner aktiven Zeit war Fritz Bopp im Institut immer sehr präsent, viele Mitglieder der Theoretischen Teilchenphysik erinnern sich gerne an die Diskussionen mit ihm über die verschiedensten, manchmal auch skurrile Themen. Fritz W. Bopp starb nach längerer Krankheit im März 2023 in Siegen, wir werden ihn in als Freund uns Kollegen vermissen.

Thomas Mannel

Claus Grupen

Metastasenbildung am Computer simulieren

Forschende der Universitäten Siegen und Gießen zeigen mit einem neuen Simulationsmodell, wie Zellen, die sich von einem Tumor abgetrennt und über das Blutgefäßsystem verteilt haben, in gesundes Gewebe eindringen. Das kann die Vorhersage der Wirksamkeit von Therapien verbessern.

Krebserkrankungen sind für fast zehn Millionen Tote pro Jahr weltweit verantwortlich. Die Hauptursache für den krebsbedingten Tod ist die Bildung von Metastasen, eine Folgeerscheinigung des eigentlichen Tumors. Obwohl dieses Phänomen ein Hauptmerkmal von Krebs ist, ist es bisher noch nicht in seiner Gesamtheit erforscht. Da die Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Krebsbehandlung deutlich sinkt, wenn der Tumor bereits Metastasen gebildet hat, sind Werkzeuge zur Vorhersage des Tumorwachstums und der Metastasenbildung sehr wichtig. In der Forschung können Computersimulationen dabei wichtige Erkenntnisse liefern. Daran arbeiten Forschende der Universitäten Siegen und Gießen.

Privatdozent Dr. Stephan Bäurle, Leiter des Arbeitskreises für Theoretische Chemie an der Universität Siegen, hat zusammen mit seinem Doktoranden Kay M. Schneider und der Zellbiologin Prof. Dr. Klaudia Giehl (Justus-Liebig-Universität Gießen) den Prozess der Metastasenbildung mithilfe von Computer-Methoden simuliert. „Wir können dabei das Wechselspiel zwischen verschiedenen mechanischen, chemischen und biologischen Faktoren einbeziehen“, erklärt Dr. Bäurle. „Die Simulationen tragen so zur Aufklärung der Mechanismen der Metastasierung und zur Vorhersage der Wirksamkeit sowie der Abschätzung von Risiken wirkstoffbasierter Tumortherapien bei.“ Der neu entwickelte Computer-Algorithmus ist in der Lage, den vollständigen Prozess zu simulieren. 
Bevor der Algorithmus eine Simulation ermöglicht, müssen die biomechanischen und physiologischen Prozesse verstanden werden. Die Forschenden wissen, dass der Prozess der Metastasenbildung aus mehreren Schritten besteht. Zuerst spalten sich die metastasierenden Zellen vom Primärtumor ab und treten dann in das Blutgefäßsystem ein. Man spricht dabei von Intravasation. Die Zellen, die auch als zirkulierende Tumorzellen (ZTZ) bezeichnet werden, wandern dann durch das Gefäßsystem. Wenn die Tumorzellen diesen Schritt überlebt haben, können sie das Gefäßsystem auch wieder verlassen und in das umliegende Gewebe eindringen. Dieser Prozess, auch Extravasation genannt, ist abgeschlossen, wenn die Tumorzelle sich im Zielgewebe eingebettet hat.

Obwohl es bereits zahlreiche experimentelle Studien gibt, die die verschiedenen Phasen dieser Prozesse beschreiben, gab es bislang noch keine zellbasierten Computer-Modelle, die imstande waren, den vollständigen Prozess der Extravasation von zirkulierenden Tumorzellen zu simulieren.

In einer kürzlich erschienen Veröffentlichung (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/cnm.3679) haben Bäurle, Schneider und Giehl einen Algorithmus vorgestellt, der genau das kann. Mithilfe des neuen Rechenverfahrens ist es möglich, die zeitliche Entwicklung des Zellsystems und die Veränderung der Verteilung der abgesonderten Substanzen vorherzusagen. Die Forschenden fanden heraus, dass sich der Extravasationsprozess in vier verschiedene Phasen aufspaltet. In Phase I kommt es zur Anziehung mittels einer chemischen Substanz (Chemoattraktion) von Blutplättchen durch die Tumorzellen und zur Bildung von ZTZ-Blutplättchen-Clustern. In Phase II steigert sich ihre chemotaktische Empfindlichkeit und die ZTZ-Blutplättchen-Cluster wandern, angezogen durch eine weitere chemische Substanz, in Richtung der Blutgefäßwand. In Phase III erfolgt die Durchdringung der Blutgefäßwand. Und in Phase IV wird die Wunde in der Blutgefäßwand geschlossen und es findet die Einbettung der Tumorzellen im Epithelzellgewebe, einer Art zellulärer Schutzschicht um das Blutgefäß, statt.

Was im Modell auch deutlich wurde: „Bei der finalen Simulationszeit ist die Tumorzelle immer noch nicht zum Stillstand gekommen“, erklärt Dr. Bäurle. „Ihre Fähigkeit sich durch das Epithelzellgewebe zu bewegen wird sowohl durch die gewebeeigene Bewegung als auch durch Einschränkungen ihrer Bewegung durch die Umgebung bestimmt.“

Es zeigte sich, dass das Modell im Einklang mit experimentellen Ergebnissen steht und somit also der vollständige Prozess der blutplättchen-induzierten Extravasation von ZTZ simuliert werden kann. „Damit ist der Weg für die Entwicklung neuer Softwarewerkzeuge zur Vorhersage der Wirksamkeit wirkstoffbasierter Tumortherapien und für neue experimentelle Arbeiten geebnet“, so Dr. Bäurle. 

Dr. Stephan Bäurle (rechts ) und sein Doktorand Kay M. Schneider von der Universität Siegen haben zusammen mit der Zellbiologin Prof. Dr. Klaudia Giehl von der Universität Gießen den Prozess der Metastasenbildung am Computer simuliert.

Neuer außerplanmäßiger Professor in der NT-Fakultät

Am 16.02.23 wurde Herrn PD Dr. Tobias Huber die Bezeichnung Außerplanmäßiger Professor verliehen. Herr Prof. Dr. Huber ist Akademischer Oberrat im Department Physik. 

Nach seiner Dissertation an der Universität Zürich im Jahr 2006 wechselte Dr. Huber zunächst als Postdoc an die RWTH Aachen. Seit 2009 lehrt und forscht er im Department Physik der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät an der Universität Siegen. Dr. Huber arbeitet im Bereich der theoretischen Elementarteilchenphysik und hat sich im Jahr 2017 erfolgreich habilitiert. Ebenfalls im Jahr 2017 wurde Herr Dr. Huber mit dem Nachwuchslehrpreis der NT-Fakultät ausgezeichnet.

Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehört die Phänomenologie der Elementarteilchen, insbesondere die Physik schwerer Quarks und Mesonen.

Der Dekan gratuliert herzlich im Namen der Fakultät und freut sich über den Zuwachs im Kollegium.