Forschungsprojekte im Themenjahr 2026

Neben der stetigen Weiterentwicklung der optischen Lithographie treten immer mehr alternative Nanofabrikationstechnologien auf den Plan. Im Graduiertenkolleg GRK 2182 wird seit 2017 an der Erarbeitung der wissenschaftlich-technischen Grundlagen zur systematischen und konsequenten Anwendung von präzisionstechnischen und präzisionsmesstechnischen Strategien und Ansätzen auf Nanofabrikations­ prozesse erfolgreich verfolgt. Methodisch geht es dabei um die synergetische Verbindung leistungsfähigster AFM-Spitzen- und Laser­ basierter Nanofabrikationstechnologien mit hochpräziser, skalenübergreifender 30-Nanopositionier- und Nanomesstechnik.

Ein größerer Fokus soll auf die direkte Verbindung von Nanofabrikation und Nanomesstechnik, beispielsweise die Iteration von Fertigung und Messung oder die Realisierung neuer hochpräziser lokalisierter Reparaturverfahren, gelegt werden. Zusätzlich   soll verstärkt auf neue, innovative Applikationen orientiert werden, die sich aus den gewachsenen Möglichkeiten der Nanofabrikation ergeben.

Das an der TU Ilmenau eingerichtete Graduiertenkolleg „Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in ausgedehnten makroskopischen Arbeitsbereichen (NanoFab)" hat in seiner ersten Antragsphase hervorragende Ergebnisse in der Grundlagenforschung zur synergetischen Verbindung hochentwickelter Nanofabrikationstechniken mit den herausragenden Fähigkeiten von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPMM) erzielt. Insbesondere die Forschungsarbeiten zur Erweiterung der NPMM um zwei weitere Rotationsfreiheitsgrade zu einem ersten 5-Achs-NPMM-Demonstrator kombiniert mit einem konfokalen Mikrosensor und erste Ergebnisse der Implementierung eines Nanoimprintmoduls zeigen das große Potential.

Ziel ist es, das im Graduiertenkolleg gezeigte Proof-of-concept in einem neuen Prototyp einer Multiachs-Nanofabrikationsmaschine mit deutlich erhöhten messtechnischen Eigenschaften umzusetzen und gemeinsam mit dem Anwendungspartner zu testen. Damit soll die Lösung eines großen messtechnischen Problems der hochpräzisen Messung, insbesondere von optischen Präzisionsoberflächen, wie Asphären und Freiformflächen, demonstriert werden. Für das laufende Graduiertenkolleg bietet sich damit die Möglichkeit, auch die Nanofabrikation auf solchen Oberflächen signifikant voranzutreiben. Im Zent-rum des neuartigen Lösungsansatzes steht die Kombination einer zweiachsigen Rotationskinematik mit Hemisphärenspiegel und integriertem 3-Achs-Mikrointerferometer mit einer neuen Tetraeder-Nanopositionier- und Nanomessmaschine und der Möglichkeit zur Integration von diversen Nanoantastsensoren bzw. Nanotools.

Turbulente Konvektionsströmungen zeigen in der Natur auffällige Muster im Mesoskalenbereich, deren charakteristische Länge in horizontaler Richtung die Höhe der Systemskala übersteigt. Sie sind als turbulente Überstrukturen der Konvektion bekannt, die sowohl auf größeren als auch auf kleineren Skalen nicht vorhanden sind und sich auf bisher unverstandene Weise entwickeln. Sie sind jedoch ein wesentliches Bindeglied für den Wärme- und Impulstransport auf größeren Skalen, eine wichtige Triebkraft für intermittierende Fluidbewegungen auf submesoskaligen Skalen und eine der Hauptquellen für Unsicherheiten bei der Vorhersage von Klimawandel und Weltraumwetter. In MesoComp wird die Bildung von Überstrukturen in massiv parallelen Simulationen kompressibler turbulenter Konvektion in horizontal ausgedehnten Gebieten untersucht, um ein tieferes Verständnis ihres dynamischen Ursprungs und ihrer Rolle beim Wärme- und Impulstransport zu erlangen.

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Der nächste globale Mobilfunkstandard 6G strebt an, die technologischen Grenzen der Mobilkommunikation noch weiter zu verschieben als seine Vorgänger: Datenraten von über 100 Gbit/s, Bandbreiten von über 1 GHz und Latenzzeiten von unter einer Millisekunde erfordern sehr leistungsfähige Entwicklungswerkzeuge, um das Ausmaß an Innovation zu ermöglichen, das für den geplanten Funktionsumfang von 6G erforderlich ist. Ein weiteres Novum von 6G ist die Erweiterung des Standards über den Horizont der reinen Mobilkommunikation hinaus: Erstmalig soll mit "lntegrated Sensing and Communication (ISAC)" u. a. Radar-ähnliche Funksensorik standardisiert werden. ISAC verändert das Mobilfunknetz grundsätzlich hin zu einer stark verteilten, multi-statischen Signalverarbeitungsarchitektur. 6G mit ISAC ermöglicht u. a. bessere und ressourcenschonendere Sensorik für eine sichere, nachhaltige und komfortable Mobilität der Zukunft sowie für den Schutz kritischer Infrastruktur.

Gegenwärtig verfügbare, konventionelle Messtechnik ist den Anforderungen von 6G und insbesondere ISAC nur bedingt gewachsen. Ziel des Vorhabens 6Gsens ist daher die Hard- und Software-Entwicklung für die Erbringung des Proof-of-Principle eines intelligenten Messsystems mit vernetzter Struktur auf Basis selbst entwickelter Software-defined Radios (SDR). Diese SDRs werden grundsätzlich für eine spätere Integration in produktive 6G-ISAC-Mobilfunknetze konzipiert, aber genauso für die 6G- und ISAC-Forschung geeignet sein.

Diese Vision verwirklicht die erste und einzige umfassende Lösung für ISAC-Messungen und andere anspruchsvolle Funkanwendungen. Nach erfolgter Gründung befähigt die 6Gsens-Technologie die deutsche und europäische Industrie zu ISAC-Forschung auf internationalem Spitzenniveau. Hiermit leistet 6Gsens einen essenziellen Beitrag zur technologischen Souveränität Deutschlands und der Europäischen Union.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Versuchsaufbaus, bei dem verschiedene kurzlebige Mössbauer-lsotope von hoher Reinheit zur Untersuchung schneller thermischer Reaktionen in verschiedenen Verbindungen (Halbleiter, Polymere usw.) eingesetzt werden können. Die Entwicklung von Defekten nach der Implantation, ultrakurze Diffusionsprozesse und ultraschnelle Verarbeitung können zu Materialzuständen führen, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreicht werden können, und ermöglichen die Untersuchung von Eigenschaften in verschiedenen Tiefen. In Kombination mit einem speziellen Probenauswurfsystem wird der Aufbau außerdem entscheidend für chemische Experimente sein, die unmittelbar nach der Implantation langlebiger Isotope durchgeführt werden können, wobei die Proben im Abzug weiterverarbeitet und innerhalb der vorgegebenen Lebensdauer offline gemessen werden.

Das Teilvorhaben an der TU Ilmenau reiht sich ein in das BMBF Verbundforschungsprojekt FusioTile zur Herstellung von Hochleistungs-Pulskompressionsgittern mit Abmessungen im Meterbereich, einer Kernkomponente für den Betrieb von Ultrakurzpulslasern für die Laserfusion. Etablierte Prozessketten zur Gitterbeschreibung lassen sich nicht ohne unverhältnismäßig großen Aufwand skalieren, daher sollen im Projekt FusioTile große Gitter in Meterbereich beschrieben werden. Diese Anwendung erfordert jedoch sehr hohe Genauigkeiten in der Positionierung und Winkelausrichtung der Schreibvorrichtung, deswegen nimmt die Präzisionspositionierung, das Arbeitsgebiet dieses Teilvorhabens, eine Schlüsselrolle ein. Diese herausfordernde Problemstellung soll in diesem Teilvorhaben insbesondere auch durch den Einsatz fortgeschrittener, kompakter Interferometriemethoden und innovativer Metrologiemethoden gelöst werden. Damit kann dieses Projekt einen langfristigen Beitrag zur erfolgreichen Einsatz der Laserfusion und dem Aufbau der für die Kernkomponenten nötigen Produktionskapazitäten leisten.

Die Flora Incognita App ist ein innovatives Tool zur automatischen Pflanzenbestimmung, das eine Vielzahl von Nutzern anspricht und ihnen dabei hilft, die pflanzliche Artenvielfalt der Natur zu erkunden und zu verstehen. Gleichzeitig werden mit der App wichtige Daten zur Verbreitung von Pflanzen in Deutschland gesammelt. Im Rahmen des Projektes wird eine kontinuierliche Bereitstellung und Weiterentwicklung der Flora Incognita sichergestellt. Die App wird an neue Betriebssysteme und wachsende Nutzerzahlen angepasst. Zusätzliche Funktionen werden implementiert, um das Potenzial der App zu erweitern. Darüber hinaus werden räumliche und zeitliche Analysen zu den Citizen Science Daten durchgeführt, um die Flora Incognita noch besser an die Anforderungen eines langfristigen Biodiversitätsmonitorings anzupassen. Das Projekt wird durch umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit und Umweltbildungsangebote begleitet.

Direct sensing of electrical fields, through using optical fiber sensors combined with 3d printed piezoelectric strain transducers, could revolutionize biosensing by allowing truly contactless signal acquisition, for example for neonatal babies.

Aktuelle Hochrechnungen prognostizieren, dass bis 2030 rund ein Fünftel der weltweiten elektrischen Energieproduktion für den Informationstechnologie (IT)-Sektor benötigt wird. Deshalb ist die Entwicklung einer neuen „grünen“ Mikroelektronik, die auf diese Problematik eine technologische Antwort gibt und nicht nur im Betrieb, sondern entlang der gesamten Wertschöpfungskette und im gesamten Materialkreislauf nachhaltig und klimaneutral ist, das Ziel dieses Projektvorhabens – der Ilmenau School of Green Electronics (ISGE).

Die ISGE konzentriert sich auf die Felder der bio-inspirierten Mikroelektronik, der intelligenten Werkstoffe, Bauelemente und Technologien und des energieeffizienten Computings, die idealerweise in einem leistungsstarken, aber energieeffizienten neuromorphen System zusammenkommen. Hierbei sollen zwei strategische Zielstellungen verfolgt werden:

(i) die Förderung und Bündelung interdisziplinärer Spitzenforschung im Feld der grünen Elektronik an der TU Ilmenau und

(ii) die Nachwuchskräftesicherung durch die interdisziplinäre Ausbildung einer neuen Generation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die an den Schnittstellen der genannten Forschungsfelder arbeiten und die die neuen und wachsenden Herausforderungen in der Informationstechnologie bewältigen können.

Mehr als 11 % der Menschen in der EU sind von Hörverlust betroffen, aber nur 41 % verwenden eine Hörhilfe aufgrund weiterhin auftretender Probleme beim Sprachverständnis und beim Anpassen der Geräte [1]. Unser Ziel ist es, die Akzeptanz von und die Versorgung mit Hörhilfen zu verbessern, indem deren Leistungsfähigkeit deutlich erhöht und die Anpassung an den Patienten und verschiedene Hörsituation stark erleichtert und automatisiert wird. Dazu werden Prinzipien biologischer Informationsverarbeitung in die Hörgerätetechnologie integriert und interaktive Ausgaben für besseres Hörverständnis untersucht, sodass Personen mit Hörbeeinträchtigung ihre Fähigkeit zur Hörwahrnehmung weitgehend zurückerlangen.

Pollenbedingte Atemwegsallergien betreffen bis zu 30% der Weltbevölkerung und insbesondere Kinder. Diese Allergien verursachen hohe Krankheitskosten, führen zu Arbeits- und Schulversäumnissen und resultieren in frühen Todesfällen. Durch den Klimawandel wird sich die Pollenproblematik in den nächsten Jahren weiter verschärfen, weil über längere Perioden mehr und aggressivere Pollen erwartet werden. PollenNet verfolgt folgende Ziele unter Nutzung und Weiterentwicklung von KI-Methoden:

(1) genaue Analyse und Vorhersage der Verbreitung allergener Pflanzen und insbesondere deren Wachstumsphasen (Phänologie),

(2) bessere Charakterisierung von Polleneigenschaften, insbesondere bzgl. Allergenität und Ausbreitung, mittels Cytometer- Analysen und strömungsmechanischen Experimenten, (3) Entwicklung von Pollentransport- und ausbreitungsmodellen zur hochaufgelösten örtlichen, zeitlichen und taxonomischen Vorhersage von Pollenbelastungen, und

(4) Erforschung von objektiven individuellen Markern im EEG für Allergiker im häuslichen Umfeld. Aus der Integration dieser Erkenntnisse soll ein Ansatz entwickelt werden, welcher deutlich genauere und aktuellere Vorhersage der lokalen Pollenbelastung ermöglicht.