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ERC Consolidator Grant für Johannes Kästner

Johannes Kästner

25.03.2015

Der theoretische Chemiker Prof. Dr. Johannes Kästner konnte sich beim European Research Council (ERC) in Brüssel mit seinem „exzellenten Forschungsantrag“ durchsetzen und erhält den begehrten ERC Consolidator Grant.

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ERC Consolidator Grant für Johannes Kästner

Johannes Kästner

Der theoretische Chemiker Prof. Dr. Johannes Kästner konnte sich beim European Research Council (ERC) in Brüssel mit seinem „exzellenten Forschungsantrag“ durchsetzen und erhält den begehrten ERC Consolidator Grant. Über fünf Jahre fördert der Grant Johannes Kästner nun beim Ausbau seiner eigenen unabhängigen Arbeitsgruppe – in einer Höhe von zwei Millionen Euro. Die Wahrscheinlichkeit, einen Consolidator Grant für ein Projekt einwerben zu können, ist relativ gering und deshalb eine besondere Ehre. Dementsprechend erleichternd sei dann die Zusage gewesen, so Johannes Kästner.

Sein ERC-Projekt TUNNELCHEM konzentriert sich auf die Erforschung des Tunneleffekts von Atomen. Dies ist ein quantenmechanischer Effekt, der in der Chemie allgegenwärtig ist. Quanteneffekte widersprechen oft unseren Alltagserfahrungen und der klassischen Mechanik. „Der Tunneleffekt beschreibt, dass Teilchen Wände durchdringen“, so Kästner. „Wenn man einen Ball einen Hang hinaufrollen lässt, rollt er normalerweise wieder zurück. Wenn der Ball sich nun quantenmechanisch bewegen würde, würde er immer wieder den Hügel hinauf rollen. Dann würde es irgendwann passieren, dass er auf der anderen Seite des Hügels auftaucht. Der Ball wäre aber nicht über den Hang gerollt, da seine kinetische Energie dazu nicht ausgereicht hätte – er wäre nicht schnell genug gewesen. Der Ball wäre sozusagen durch den Hang hindurch gerollt. Genau dies passiert mit Atomen, Protonen und Elektronen beim Tunneleffekt der Chemie – besonders, wenn die Teilchen sehr klein und leicht sind.“ Durch den Tunneleffekt können chemische Reaktionen beschleunigt werden.

Tunneleffekt

TUNNELCHEM untersucht nun die Auswirkungen des Tunneleffekts in verschiedenen Bereichen der Chemie. Johannes Kästner interessiert, wie man Rechentechniken und Programme verbessern kann, um den Tunneleffekt genauer und effizienter zu berechnen. In seiner SimTech-Arbeit entwickelte er mit seiner damaligen Doktorandin Judith B. Rommel die Methode um den Tunneleffekt zu berechnen. In diesem Rahmen wurde auch das zugehörige Programm geschrieben. Dieses bietet nun die Grundlage zu Kästners zukünftiger Forschung in TUNNELCHEM. Er erinnert sich: „In SimTech hatte ich die Möglichkeit, ohne den großen Druck, direkt und schnell Ergebnisse liefern und Methoden zu entwickeln zu müssen, zu forschen. Wir konnten etwas Neues ausprobieren – und das hat perfekt funktioniert.“

Mit dem ERC Consolidator Grant wird Johannes Kästner vier bis sechs neue Mitarbeiter einstellen können. Er kann nun relativ frei mit guten Ressourcen und guter Ausstattung ein neues Gebiet untersuchen. Die Forschung wird sowohl Enzymreaktionen der Biochemie als auch den Bereich der Katalyse, also die klassische organische Chemie oder die heterogene Katalyse bei Reaktionen an Oberflächen, umfassen. Besonders vielversprechend sei jedoch die Astrochemie, da es dort derzeit am meisten neues zu entdecken gäbe, so der theoretische Chemiker. „Außerdem gibt mir der Grant die Möglichkeit, mich nun vollständig auf Forschung und Lehre zu konzentrieren. Darauf freue ich mich schon.“

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SimTech bei der EXPO 2015 in Mailand

EXPO 2015 Show

01.05.2015

Nach dem großen Erfolg auf der EXPO 2010 in Shanghai stellen Forscher des SimTech-Exzellenzclusters auch auf der EXPO 2015 in Mailand wieder aus. Zum Deutschen Pavillon der diesjährigen Weltausstellung steuert SimTech Seilroboter bei.

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SimTech bei der EXPO 2015 in Mailand

Nach dem großen Erfolg auf der EXPO 2010 in Shanghai stellen Forscher des SimTech-Exzellenzclusters auch auf der EXPO 2015 in Mailand wieder aus. „Feeding the Planet, Energy for Life“ lautet das Thema der diesjährigen Weltausstellung. In den „Fields of Ideas“, so der Name des Deutschen Pavillons auf der EXPO Milano 2015, sollen die Besucherinnen und Besucher sich selbst einbringen. „Be(e) active!“ lautet das Motto. Am Ende des interaktiven Rundgangs durch den deutschen Pavillon findet eine Show statt, die maßgeblich durch SimTech-Forscher ermöglicht wurde. Hier sehen die Zuschauer Deutschland durch die Augen von Bienen bei deren Flug über das Land. Bewegt durch Drahtseile, angetrieben von Winden, die zwei Seilroboter steuern, dienen zwei große Bienenaugen als Projektionsfläche für die Deutschlandschau von oben. Die Bienenaugen „fliegen“ über die Köpfe der Besucher hinweg sozusagen durch den Raum.

EXPO 2015 Show

Was so einfach klingt, ist mit großem technischen Aufwand und wissenschaftlichem Know-How verbunden. Ohne Simulationen vor dem Bau des Prototyps wäre eine zeitnahe Entwicklung der Bienenaugen-Konstruktion nicht möglich gewesen. Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Exzellenzcluster SimTech unterstützte nicht nur die Forschungsgrundlagen für die Entwicklung der Seilroboter (Jun.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Pott habilitiert zu diesem Thema), sondern bot auch eine Plattform für die Netzwerkbildung unter den Wissenschaftlern. So konnten zwei Institute der Universität Stuttgart gemeinsam an dem Ausstellungsstück arbeiten: Das Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM) hat unter der Leitung von Direktor Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard und der Mitarbeit von Fabian Schnelle die Software entwickelt, mit der die Bewegung der beiden Seilroboter programmiert wurde. Sie legt zunächst die Flugbahnen der Augen sowie deren Blickrichtung im Raum fest. Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen (ISW) wiederum hat mit Seilroboter-Experte Andreas Pott und dessen Mitarbeiter Philipp Tempel die Roboter geplant und die Steuerungssoftware entwickelt.

Die Roboter hängen an jeweils acht Seilen und können sich im Raum bewegen und verdrehen. Die Software setzt die zuvor programmierten Bahnkurven und Ausrichtungen der Bienenaugen in Bewegungen um, indem sie die Befehle gibt, die Seile je nach gewünschter Bewegung zu verkürzen oder zu verlängern. Außerdem muss die Geschwindigkeit der einzelnen Seile variabel sein – passend zur Show-Dramaturgie des Bienenflugs. Eine komplexe Forschungs- und Entwicklungsarbeit der SimTech-Wissenschaftler, auf die Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel, Rektor der Universität Stuttgart, stolz ist: „Die Universität Stuttgart hat bewährte Industrietechnik so erweitert, dass die ungewöhnlichen Anforderungen durch Einbindung aktueller Forschungserkenntnisse erfüllt werden konnten. Ohne unsere beiden Softwareentwicklungen wäre die Umsetzung der Idee mit den Bienenaugen in der Show wohl nicht möglich gewesen.“

EXPO Show Milla

Begleitet wird die Vorführung in Mailand von Gitarristen und Beatboxern, den „BeeJs“: Ihre Aufgabe wird es sein, die Besucher dazu zu bringen, mit ihren Händen und Stimmen Klänge und Naturgeräusche zu erzeugen. „Auf diese Weise kreiert das Publikum selbst den mitreißenden Sound zu einer Reise durch Deutschland voller Bilder, Klänge und spannender Momente,“ erklärt Peter Redlin die Idee der Show, die er unter das Motto „Be(e) active“ gestellt hat. Als Creative Director von Milla & Partner, der für die Ausstellung verantwortlichen Agentur aus Stuttgart, erstellte er zusammen mit seinem Team das inhaltliche Konzept des deutschen Pavillons. Der Bienenflug führt über Felder und Streuobstwiesen hinein in die Stadt, vorbei an Orten und Menschen, die an der Erzeugung und Verteilung von Nahrungsmitteln beteiligt sind. „Spannende und humorvolle Situationen nehmen durch die gemeinsame Interaktion der Besucher überraschende Wendungen und machen das Motto des Deutschen Pavillons ‚Be active‘ eindrucksvoll spürbar,“ ist Redlin überzeugt. Das hohe Maß an Interaktion soll jedem Zuschauer bewusst machen, dass er die Zukunft aktiv mitgestalten kann und dass gemeinsames Handeln Freunde macht und verbindet.

Seilroboter

Gerade im Zusammenspiel von Gestaltung, Forschung und Sicherheit sah ITM-Direktor Prof. Peter Eberhard eine große Herausforderung: „Die translatorischen Bewegungen und Verkippungen der überdimensionierten Bienenaugen mit Projektionsflächen an der Unterseite über Personen hinweg über eine Ausstellungszeit von sechs Monaten erforderte höchste Zuverlässigkeit und Sicherheit in allen Aspekten. Bei dem nur von oben halb verspannten Seilroboter, der in der Ästhetik der Show nicht wie ein technischer Roboter wirken sollte, mussten zudem Einschränkungen der Bewegungsmöglichkeiten weitere technische Herausforderungen bewältigt werden.“ Die bedeutendste Rolle bei der Entwicklung der Bienenaugen spielte die Frage der Sicherheit. Täglich schweben die je 130 Kilogramm schweren Seilroboter über 16.000 Besuchern. Deshalb mussten die Randbedingungen bei der Entwicklung besonders scharf angesetzt werden. Einen für die Forscher eher ungewohnten Stellenwert nahm bei diesem Projekt die Ästhetik ein. Dass hinter der so leicht und spielerisch anmutenden Konstruktion höhere Mathematik und komplexe Simulationsmethoden stecken, lässt sich am Ende vom gebannten Zuschauer allenfalls vermuten. Und doch – ja vielleicht gerade deshalb – bietet die EXPO den Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre Arbeit vor einem größeren Publikum als üblich vorzustellen. Nun können die Mitarbeiter des SimTech-Projekts "Verbesserte Seil-Modellierungen für die Kinematik und Dynamik von Leichtbaurobotern" einem breiten internationalen Publikum zeigen, dass das, woran sie schon lange in der Theorie forschen, funktioniert.

Hintergrundinformation zum Deutschen Pavillon auf der Weltausstellung 2015 in Mailand
Universale, große Weltausstellungen finden im Wechsel mit kleineren Expos alle fünf Jahre statt. Die kommende große Expo in Mailand folgt auf Shanghai (2010), Aichi (2005) und Hannover (2000). Thema der Expo 2015 ist „Feeding the planet, energy for life“. Sie präsentiert sich als nachhaltiger Agrofood-Park ohne massive Monumentalbauten. Das Motto des Deutschen Pavillons „Fields of Ideas“ lautet „Be active!“.
Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie verantwortet die Messe Frankfurt Organisation und Betrieb des Deutschen Pavillons auf der Weltausstellung 2015 in Mailand. Konzept, Planung und Realisierung des Deutschen Pavillons übernimmt die Arbeitsgemeinschaft (ARGE) der Unternehmen Milla & Partner (Stuttgart), Schmidhuber (München) und Nüssli Deutschland (Roth bei Nürnberg). Dabei zeichnen Milla & Partner für das inhaltliche Konzept, die Ausstellungs- und Mediengestaltung verantwortlich, Schmidhuber für das räumliche Konzept, die Architektur und Generalplanung sowie Nüssli für Ausführung und Projektmanagement. Das Expo-Gelände liegt in der Nähe des bestehenden Mailänder Messegeländes.

Weitere Informationen zur EXPO finden Sie unter www.expo2015-germany.de.

 

Weitere Informationen:

Lisa Pietrzyk (Referentin für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit)
Universität Stuttgart
SimTech Exzellenzcluster
Tel. 0711 / 685-60097
E-Mail: lisa.pietrzyk (at) simtech.uni-stuttgart.de

 

Bildrechte:
© Messe Frankfurt GmbH / Regenscheit
© Milla & Partner / Schmidhuber
© SimTech

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Rainer Helmig ist Darcy Lecturer 2015


10.01.2015

Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig ist offizieller Darcy Lecturer 2015. Die Ernennung gilt als bedeutende Auszeichnung für Forschungsleistungen im Bereich der Grundwasserwissenschaft.

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Rainer Helmig ist Darcy Lecturer 2015

Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig ist offizieller Darcy Lecturer 2015. Die Ernennung gilt als bedeutende Auszeichnung für Forschungsleistungen im Bereich der Grundwasserwissenschaft. Eine hochrangige interdisziplinäre Jury wählte den Stuttgarter Wasserbauer als Repräsentanten für die Vortragsreihe 2015 aus. Die Darcy Distinguished Lecture Series in Groundwater Science wurde 1986 ins Leben gerufen und soll das Interesse an Themen der Grundwasserwissenschaft und -technik steigern. Die ausgewählten Darcy Lecturer halten ihre Vorträge auf Anfrage an wissenschaftlichen Einrichtungen der ganzen Welt und erreichen so ein breites internationales Publikum. Der Darcy Lecturer gibt üblicherweise mehr als 50 Vorträge weltweit quer über alle fünf Kontinente. Rainer Helmig referiert dabei zu zwei verschiedenen Themen:

„Evaluating the Competitive Use of the Subsurface: The Influence of Energy Storage and Production in Groundwater”

und

„Modeling and Analysis of Soil-Moisture Processes in the Subsurface: The Influence of Evaporation and Salt Precipitation in Groundwater”

Rainer Helmig ist Direktoriumsmitglied von SimTech und bereits seit 2000 Inhaber des Lehrstuhls für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung am Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung. Sein Forschungsinteresse gilt der numerischen Modellierung von Strömungs- und Transportprozessen, die für Umweltfragen, aber auch in technischen und Biosystemen eine große Rolle spielen, wie etwa bei der Energiespeicherung im Untergrund.

Die Darcy Lecture Series erinnert mit ihrem Namen an den französischen Wasserbauingenieur Henry P. G. Darcy, der sich mit Durchströmungen poröser Medien beschäftigte und eine bis heute in der Grundwasserwissenschaft gültige Gesetzmäßigkeit formulierte – das sogenannte Dary-Gesetz, mit dem sich laminare Strömungen erfassen lassen.

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