Kontrolle chaotischer Systeme

Prof. Dr. Sabine Klapp ist Sprecherin des Sonderforschungsbereichs 910 zur Kontrolle nichtlinearer Systeme. Sie leitet das Fachgebiet Computersimulationen und Theorie komplexer Fluide am Institut für Theoretische Physik der TU Berlin. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Professor Dr. Sabine Klapp is coordinator of the Collaborative Research Center 910 on control of nonlinear systems. She is also head of the Chair of Computer Simulations and Theory of Complex Fluids at TU Berlin. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Prof. Dr. Sabine Klapp und Roland Aust freuen sich, dass der Sonderforschungsbereich 910 zur Kontrolle nichtlinearer Systeme noch einmal vier Jahre gefördert wird. Prof. Dr. Sabine Klapp ist Sprecherin des Sonderforschungsbereichs und leitet das Fachgebiet Computersimulationen und Theorie komplexer Fluide am Institut für Theoretische Physik der TU Berlin. Roland Aust ist Geschäftsführer des Sonderforschungsbereichs. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Professor Sabine Klapp and Roland Aust are delighted that Collaborative Research Center 910 on control of nonlinear systems is being funded for another four years. Professor Klapp is coordinator of the Collaborative Research Center and head of the Chair of Computer Simulations and Theory of Complex Fluids at TU Berlin. Roland Aust is managing director of the Collaborative Research Center. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Der Erfolg ist komplett. Zum dritten Mal bewilligt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Förderung des Sonderforschungsbereichs (SFB) 910 zur Kontrolle nichtlinearer Systeme an der TU Berlin. Sprecherin des Sonderforschungsbereichs ist Prof. Dr. Sabine Klapp. Sie leitet das Fachgebiet Computersimulationen und Theorie komplexer Fluide am Institut für Theoretische Physik der TU Berlin. Während der nächsten vier Jahre werden die Forschungen mit über acht Millionen Euro finanziert. Damit wird die Gesamtsumme, mit der der Sonderforschungsbereich über zwölf Jahre gefördert wird, mehr als 20 Millionen Euro betragen.

Unter dem Titel „Kontrolle selbstorganisierender nichtlinearer Systeme: Theoretische Methoden und Anwendungskonzepte“ sollen innovative Kontrollstrategien und -methoden erforscht werden. Neu innerhalb des Sonderforschungsbereichs ist unter anderem die Einrichtung eines integrierten Graduiertenkollegs.

Thematische Schwerpunkte und Zielsetzungen

Der Sonderforschungsbereich 910 befasst sich mit dissipativen, nichtlinearen dynamischen Systemen fernab des thermischen Gleichgewichts. Solche Systeme sind in der Physik, Chemie und der Biologie weit verbreitet. Dazu zählen zum Beispiel offene Quantensysteme, strömende Flüssigkeiten und pulsierendes Herzgewebe. Ein charakteristisches Merkmal solcher Systeme ist Selbstorganisation, das heißt die spontane Bildung zeitlicher, räumlicher oder raum-zeitlicher Strukturen. Das Ziel des Sonderforschungsbereiches ist es, solche selbstorganisierenden dissipativen Strukturen gezielt zu generieren und zu kontrollieren, zum Beispiel zur Optimierung bestimmter Materialeigenschaften.

Im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen angewandten Mathematikerinnen/Mathematikern, theoretischen Physikerinnen/Physikern und Neuro-Informatikerinnen/Neuro-Informatikern werden hierzu neue Kontrollkonzepte und -methoden entwickelt und deren Anwendung auf ausgewählte innovative Systeme modelliert. Diese Systeme reichen von harter kondensierter Materie bis zu biologischen Systemen und umfassen räumliche Skalen von Nanometer bis Mikro- und Millimeter. Dabei werden verschiedene Kontrollkonzepte aus der nichtlinearen Dynamik und Chaoskontrolle, der klassischen Steuerungs- und Optimierungstheorie, und der Quantenkontrolle zusammengeführt. Eine zentrale Methode des 2011 von Prof. Dr. Dr. h.c. Eckehard Schöll gegründeten Sonderforschungsbereichs 910 sind Rückkopplungsschleifen zur Stabilisierung instabiler Zustände. Ein Beispiel hierfür ist die zeitverzögerte Rückkopplungskontrolle, die bereits in den ersten beiden Förderperioden des Sonderforschungsbereichs erfolgreich auf neue Systeme angewendet wurde. Anwendungsschwerpunkte in der dritten Förderperiode sind die Kontrolle der Dynamik in Quantennanostrukturen und topologischen Quanteninformationssystemen, die Kontrolle komplexer und aktiver Fluide im Nichtgleichgewicht und die Kontrolle erregbarer Medien wie Herzgewebe und makroskopische Hirn-Netzwerke.

Struktur des Sonderforschungsbereiches

Der Sonderforschungsbereich gliedert sich in die zwei Projektbereiche theoretische Methoden (A) und Anwendungskonzepte (B) mit insgesamt 16 wissenschaftlichen Teilprojekten. Der Bereich theoretische Methoden beschäftigt sich mit grundlegenden, theoretischen Untersuchungen selbstorganisierender nichtlinearer Systeme. Durch seine interdisziplinäre Zusammensetzung bündelt er Expertise aus den Forschungsgebieten Theoretische Physik und Mathematik. Ziel ist ein fundamentales Verständnis erfolgreicher Kontrolle von selbstorganisierenden Prozessen. Der Projektbereich Anwendungskonzepte konzentriert sich auf die Anwendung der in Bereich A entwickelten Kontrollprinzipien auf beispielhaft ausgewählte innovative Modellsysteme. Die zu untersuchenden Modellsysteme stammen aus der Physik, Chemie und Biologie. Genauer wird die Kontrolle von angeregten Quantensystemen, kolloidaler Materie, komplexer Fluide, Herzgewebe, Hirn-Netzwerken, Lasern oder chaotischer Oszillatoren untersucht und weiterentwickelt. Die Dynamiken in solchen Systemen umfassen eine weite Bandbreite nichtlinearer Phänomene auf unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen, die mit vielfältigen Kontrollstrategien gezielt beeinflusst werden können.

Die wissenschaftlichen Teilprojekte werden in der dritten Förderperiode durch ein integriertes Graduiertenkolleg „Design und Kontrolle komplexer Systeme“ unter der Leitung von Prof. Dr. Holger Stark, Dr. Alexander Carmele (beide TU Berlin) und Prof. Dr. Alexander Mielke vom Weierstraß-Instituts für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) begleitet.

Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses

Ein besonderes Anliegen des SFB ist die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses sowie spezielle Maßnahmen zur Gleichstellung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sowie zur Vereinbarkeit von Wissenschaft und Familie. Dazu plant der Sonderforschungsbereich Fördermaßnahmen sowohl für Bachelor- und Masterstudierende als auch für Doktorandinnen und Doktoranden und Postdoktorandinnen und -doktoranden.

Maßnahmen wie eine gesonderte finanzielle Unterstützung für Nachwuchsprojekte sind während der ersten beiden Förderperioden bereits umgesetzt worden und bieten nun weitere Chancen für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Durch Mentorenprogramme wird versucht, Frauen für die Naturwissenschaften aktiv zu gewinnen und zu fördern. Die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden frühzeitig durch Austausch- und Kooperationsprogramme in internationale Kooperationen mit führenden Forschungsgruppen in aller Welt eingebunden. Das neue integrierte Graduiertenkolleg bietet den Doktorandinnen/Doktoranden und Stipendiaten des Sonderforschungsbereichs ein strukturiertes Promotionsprogramm, um dem wissenschaftlichen Nachwuchs bestmögliche Voraussetzungen für einen erfolgreichen Karrierestart zu ermöglichen.

Kooperationspartner der TU Berlin (Sprecherhochschule)

- Freie Universität Berlin,
- Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS),
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
- Staatliche Universität Saratow (Russland)

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:

Prof. Dr. Sabine Klapp
TU Berlin
Fachgebiet Computersimulationen und Theorie komplexer Fluide &
Sonderforschungsbereich 910
Tel.: 030/314-23763
E-Mail: klapp@physik.tu-berlin.de