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Elektrotechnik und Informationstechnik

Kategorie: ‘Mikro- und Nanoeletronik’

RWTH-Studierendenteam AixSense erfolgreich im internationalen Wettbewerb SensUs

15. September 2021 | von

Die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik gratuliert den Studierenden Daniyar Kizatov, Jiayi He, Anshul Prashar und Shunjiro Sodei und allen Beteiligten herzlich zu ihrem erfolgreichen zweiten Platz beim internationalen Biosensor-Wettbewerb SensUs! Die vierte Generation des RWTH Aachen Studierendenteams AixSense nahm dieses Jahr am SensUs-Wettbewerb an der Technischen Universität Eindhoven teil.

Bestehend aus vier ambitionierten Studierenden der Fachrichtungen Technische Informatik und Mikro-Nano-Elektronik hat das interdisziplinäre Team in den vergangenen sechs Monaten einen Prototyp eines Biosensors zum Nachweis des Influenza-A-Virus entwickelt. So arbeitete das Team in den Laboren und Reinräumen unseres Instituts für Werkstoffe der Elektrotechnik 1 der RWTH, wo die Chips (siehe Bild rechts) als Schlüsselkomponente für die Technologie hergestellt wurden. Betreut wurde das Team von Prof. Sven Ingebrandt und Dr. Vivek Pachauri.

Daniyar Kizatov, Jiayi He, Anshul Prashar, Shunjiro Sodei | Copyright: IWE1

Bei der Abschlussveranstaltung stellte das AixSense-Team den Biosensor-Prototyp vor und wurde in vier Kategorien für analytische Leistung, Kreativität, Übertragbarkeit des Konzepts und öffentliche Inspiration ausgezeichnet. In der Kategorie „Analytical Performance“ belegte die RWTH Aachen mit leichtem Vorsprung den zweiten Platz.

„Unser Team war noch nie so nah dran, einen der wichtigsten Preise zu gewinnen. Es war sehr knapp und wir sind stolz auf unsere Leistung.“

– Daniyar Kizatov, Teamleiter von AixSense

In diesem Jahr nahmen 14 Studierendenteams aus Dänemark, Ägypten, den Niederlanden, Deutschland, Portugal, der Schweiz, China, Schweden, den USA, Belgien, dem Vereinigten Königreich, Kanada und Spanien an dem Wettbewerb teil.

Spätestens seit der Einführung des Covid-Schnelltests ist der Biosensor in der Öffentlichkeit bekannt – die SensUs-Community unterstützt jedoch seit fünf Jahren junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei, ihre Forschung auf dem Gebiet der Biosensoren international zu präsentieren. Jedes Jahr steht eine neue Generation von Teams vor der Herausforderung, einen Biosensor-Prototyp für eine neue Krankheit zu entwickeln. Bisher wurde der Nachweis von Biomarkern für Nierenversagen, Herzversagen, Antibiotikaresistenz, Rheuma und Epilepsie thematisiert.

Im nächsten Jahr zielt der Wettbewerb SensUs auf den Nachweis von Zytokinen als entscheidende Proteine im Immunsystem ab. Die Bewerbungsphase für die nächste Generation des AixSense-Teams beginnt im Dezember 2021 – mehr Informationen zur Bewerbung finden Sie hier.

(Original Artikel Pressemitteilung IWE1)

2Exciting Ausbildungsnetzwerk – Die nächste Generation von 2D-Expert*innen fördern

23. August 2021 | von

Die RWTH Aachen und AMO GmbH sind Partner von 2Exciting, einem von den Marie Skłodowska-Curie Actions geförderten Innovative Training Network mit dem Ziel, eine neue Generation von Expert*innen auf dem Gebiet der 2D-Halbleiter heranzuziehen.

Technologien, die auf zweidimensionalen (2D) Halbleitern basieren, werden die nächste Generation von Innovationen in der Elektronik und Photonik begründen. Aufgrund der starken Licht-Materie-Wechselwirkung auf der Nanoskala können Wissenschaftler*innen noch unbekannte Wege zur Kontrolle der elektrischen und optischen Eigenschaften finden und darauf aufbauend Strategien entwickeln, um die optoelektronischen Eigenschaften für viele weitere Anwendungsbereiche, von der Sensorik bis zur Katalyse, anzupassen.

Europa ist in diesem Forschungsbereich hervorragend aufgestellt, aber um diese Vorrangstellung und das Wachstum industrieller Anwendungen von 2D-Halbleitern in naher Zukunft aufrechtzuerhalten, ist es dringend erforderlich, eine neue Generation hochqualifizierter Forscher*innen und Entwickler*innen mit spezifischer Erfahrung auf diesem Gebiet heranzuziehen. An dieser Stelle setzt das europäische Ausbildungsnetzwerk 2Exciting an.
Das Netzwerk aus acht akademischen Gruppen und acht Unternehmen, die mit dem Thema der zweidimensionalen Halbleiter in Berührung stehen, bietet ein einzigartiges Trainingsprogramm, das sowohl wissenschaftliche und technologische Aspekte als auch ergänzende Fähigkeiten wie Technologietransfer, Unternehmertum und Öffentlichkeitsarbeit umfasst. Alle Forschenden werden die Möglichkeit haben, im Rahmen eines Austauschprogramms wissenschaftliches und industrielles Training zu absolvieren, welches intersektoral und international stattfinden kann.

Wir freuen uns, dass Prof. Dr.-Ing. Max Lemme, wissenschaftlicher Direktor der AMO GmbH und Leitung des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente sein Wissen und seine Expertise in dieses Projekt einbringen kann, um die Forschenden von morgen zu fördern.

 

„Die große Stärke von 2Exciting ist die Mischung aus akademischen und nicht-akademischen Partnern und das erklärte Ziel, eine Generation von Forschern auszubilden, die sich flink zwischen den beiden Begriffen bewegen kann“ […]“Im Bereich der 2D-Materialien sind die Grenzen zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung zunehmend unscharf. Es ist wichtig, Nachwuchsforscher*innen dafür zu sensibilisieren, ihre Ergebnisse stets in Bezug auf Anwendungspotentiale zu hinterfragen. Aber auch, sich nicht zu scheuen, Umwege zu gehen und neue Richtungen zu erkunden, aktiv nach interdisziplinären Kooperationen zu suchen und immer bereit zu sein, bei Bedarf neue Fähigkeiten zu erlernen. Das ist ein Geist, den wir an der AMO, der RWTH Aachen University und am Aachen Graphene & 2D Materials Center bereits kultivieren, und ich bin sehr froh, Teil eines Netzwerks zu sein, das den gleichen Ansatz auf europäischer Ebene verfolgt.“

– Prof. Max Lemme, wissenschaftlicher Direktor der AMO GmbH und Leiter des ELD.

Mobilfunkexpertise in Nordrhein-Westfalen – BMBF wählt 6G-Forschungs-Hubs aus

06. July 2021 | von

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hatte im Rahmen des Konjunkturpakets „Corona-Folgen bekämpfen, Wohlstand sichern, Zukunftsfähigkeit stärken“ die Förderung von Hubs ausgeschrieben. Diese sollen mit der Forschung und Entwicklung von zukünftigen Kommunikationstechnologien einen Beitrag dazu leisten, dass Deutschland als Technologieanbieter eine führende Rolle einnimmt. Ausgewählt wurden vier Hubs. Die RWTH Aachen koordiniert in diesem Rahmen den Forschungs-Hub 6GEM und ist an zwei weiteren Hubs als Projektpartner beteiligt.

Um Datensicherheit zu gewährleisten und Weltmarktchancen in der Digitalisierung diverser Branchen zu eröffnen, ist die digitale Souveränität von drahtlosen Kommunikationstechnologien unerlässlich, was sich bereits in aktuellen Diskussionen zum Mobilfunk der 5. Generation herausstellt.

Das Konjunkturpaket des BMBF verfolgt vor diesem Hintergrund das Ziel, nationale Forschungsaktivitäten zu bündeln, um die technologischen Grundlagen für zukünftige Mobilfunkgenerationen zu legen. Die Forschungen der vier Hubs, an denen ingesamt rund 50 Forschungspartner aus Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt sind, legen den Grundstein für die 6G-Forschungsinitiative in Deutschland und werden die Zukunft von 6G auch inernational entscheidend mitgestalten.

6GEM – 6G-Forschungs-Hub für offene, effiziente und sichere Mobilfunksysteme

Ab dem 01.08.2021 arbeitet die RWTH Aachen University gemeinsam mit der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität Dortmund, der Universität Duisburg-Essen und vier außeruniversitären Forschungseinrichtungen an zukünftigen Kommunikationstechnologien in der 6G-Mobilfunktechnik. Mitantragstellende waren das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme, das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik sowie das Max-Planck-Institut für Sicherheit und Privatsphäre.

Forscherinnen und Forscher entwickeln im „6G-Forschungs-Hub für offene, effiziente und sichere Mobilfunksysteme (6GEM)“ ein ganzheitliches 6G-System – von der Hardware bis zur Software -, das eine flexible Netzwerkinfrastruktur bietet. Ziel ist es, einen belastbaren, adaptiven Systembetrieb bei extrem niedriger Latenz und höchster Zuverlässigkeit zu garantieren. Diese neu entwickelten Technologien sollen genutzt werden, um mittels digitaler Zwillinge zukunftsträchtige Anwendungen wie sicheren Straßenverkehr, Hafenlogistik, Intralogistik, Rettungsrobotik und den digitalen Operationssaal zu ermöglichen. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Arbeit sollen in großem Umfang Patente generieren. Der 6GEM-Hub wird von Prof. Dr. Haris Gačanin vom Lehrstuhl für Verteilte Signalverarbeitung koordiniert.

Auf Landesebene vereint das 6GEM-Konsortium wissenschaftliche Exzellenz und Mobilfunkexpertise auf Netzwerk-, Material-, Komponenten-/Mikrochip- und Modulebene. Die vier universitären Partner sind etablierte Mitglieder von Industrienetzwerk-Allianzen und tragen zur technologischen Entwicklung von Standards bei. Doch auch international ist das Konsortium bestens vernetzt. Wichtige Zukunftsthemen wie erschwingliche Infrastruktur, nachhaltiger Zugang zu Energie, Smart Cities/Urbanisierung, Smarte Mobilität, Klimawandel sowie die Sicherheit von Mensch und Umwelt können durch die 6GEM-Forschungsarbeiten weltweit in die wichtigsten 6G Allianzen und Konsortien einfließen.

Unterstützt wird Professor Gačanin von einem interdisziplinären und standortübergreifendem Leitungsteam und Netzwerk, welches zum Teil an der RWTH Aachen angesiedelt ist. Mit dabei sind Prof. Dr. Mähönen vom Lehrstuhl und Institut für Vernetzte Systeme, Prof. Dr. sc. techn. Renato Negra vom Lehrstuhl für Höchstfrequenzelektronik, Prof. Dr. -Ing. Dirk Heberling vom Lehrstuhl und Institut für Hochfrequenztechnik, Prof. Dr. sc. techn. Bastian Leibe vom Lehrstuhl für Informatik 13 – Computer Vision,  Prof. Dr. -Ing. Lutz Eckstein vom Institut für Kraftfahrzeuge und Prof. Dr. -Ing. Robert Schmitt vom Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen.

Open6GHub – die Anwendungen der vernetzten Gesellschaft von 2030

Zuverlässige und hochperformante Kommunikationsnetzwerke sind ein Innovationsbeschleuniger der digitalen Gesellschaft. Der Open6GHub wird ein ganzheitliches 6G-System designen, welches ressourcenschonend und energieeffizient arbeiten, den Schutz persönlicher Daten gewährleisten und eine hohe Verfügbarkeit der Netze sicherstellen soll. Koordiniert wird das Projektkonsortium, bestehend aus 17 Partnern, vom Deutschen Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI). Die Lehr- und Forschungsgebiete unserer Fakultät „Mobile Communications and Computing“ unter Leitung von Prof. Dr. -Ing. Marina Petrova und „Informationstheorie und Entwurf von Kommunikationssystemen“ unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Anke Schmeink sind zwei der beteiligten Projektpartner.

Das Konsortium betrachtet schwerpunktmäßig Anwendungsfelder mit sehr hohen Anforderungen an Qualität und Sicherheit der Kommunikationstechnik: Hochvernetzte Produktion, zukünftige Mobilitätsszenarien, neue Lernwelten, personalisierte Medizin und vor allem die Interaktion des Menschen mit einer Vielzahl autonomer Fahrzeuge und Geräte sind Beispiele für eine Welt ab dem Jahr 2030, die durch 6G geprägt sein wird.

Im Rahmen des Projekts wird am DFKI ein Living Lab eingerichtet, das gemeinsam mit der TU Kaiserslautern und weiteren Partnern betrieben werden soll. Außerdem steht das DFKI-Living Lab SmartFactory-KL als Testbed zur Verfügung.

6G-RIC – 6G Research and Innovation Cluster

Die Forschungsinitiative „6G Research and Innovation Cluster (6G-RIC)“ verfolgt das Ziel, Mobilfunksysteme der sechsten Generation über alle Technologiegrenzen hinweg zu entwickeln. Neben der eigentlichen Technologieentwicklung steht dabei der Aufbau einer leistungsfähigen Testinfrastruktur im Mittelpunkt. Die Testinfrastruktur soll die Erprobung neuer Technologiekomponenten unter realistischen und offenen Bedingungen ermöglichen, um die direkte Verwertung zu beschleunigen und mittelfristig den Aufbau eines neuen Ökosystems zu unterstützen.

Das 6G-RIC-Konsortium besteht aus einem überregionalen Verbund aus elf Universitäten. Darunter vertreten sind die RWTH Aachen mit dem Lehr- und Forschungsgebiet „Informationstheorie und Entwurf von Kommunikationssystemen (ISEK)“ unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Anke Schmeink, die TU Berlin, TU Braunschweig, TU Chemnitz, TU Darmstadt, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Universität Passau, Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität Berlin sowie die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ebenso beteiligt sind fünf außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, darunter die Max-Planck-Gesellschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik sowie das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik. Koordiniert wird die Initiative vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (HHI).

 

 

Kompetenzcluster Batterienutzungskonzepte (BattNutzung)

04. July 2021 | von

Urheber: ISEA

Mit der weiteren Verbreitung der erneuerbaren Energien und der Elektromobilität gewinnen leistungsfähige und zuverlässige Energiespeicher immer weiter an Bedeutung. Wann ist die Zweitnutzung von Batteriespeichern möglich und für welche Anwendungen ist sie sinnvoll? Dieser Frage gehen die Projektpartner*innen aus Forschung und Industrie des neuen Clusters Batterienutzungskonzepte (BattNutzung) nach, welches mit rund 20 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung gefördert wird. Koordiniert wird das Cluster von Prof. Sauer vom ISEA. Gemeinsam mit dem Kompetenzcluster greenBatt, welcher die Grundlagen für das nachhaltige Recycling von Batterien und Rohstoffen sowie die Schließung von Stoff- und Materialkreisläufen im Batterielebenszyklus schafft, bildet der Cluster BattNutzung die Querschnittsinitiative „Batterielebenszyklus“ Diese strebt eine ganzheitliche Betrachtung von Zweitnutzungs- und Recyclingkonzepten an, welche durch die Vernetzung der beiden Cluster und einen clusterübergreifenden Austausch ermöglicht werden soll.

Zukunftscluster NeuroSys – Interview mit Professor Lemme

06. April 2021 | von

Die Zukunftscluster-Initiative „Clusters4Future“ des Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert Innovationen, die mit den wachsenden Bedürfnissen unserer Gesellschaft einhergehen. Zu den Gewinnern dieses Ideenwettbewerbs gehört ebenfalls, das Cluster „NeuroSys – Neuromorphe Hardware für autonome Systeme der künstlichen Intelligenz“, welches von Prof. Dr. -Ing. Max Christian Lemme vom Lehrstuhl für elektronische Bauelemente koordiniert wird. Der Zukunftscluster „NeuroSys“ erforscht lernfähige und energieeffiziente Hardware, die sich an der Arbeitsweise des Gehirnsorientiert. Das Ziel dahinter ist, eine intelligente und ressourcenschonende Vor-Ort-Datenverarbeitung zu erlauben und damit eine wesentliche Voraussetzung für KI-Anwendungen zu schaffen.

Wie Katalysatoren aktiver werden

26. March 2021 | von

Forschende aus Jülich, Aachen, Stanford und Berkeley haben den schichtweisen Aufbau eines Katalysatormaterials untersucht. Dabei haben Sie herausgefunden, dass eine Oberflächenschicht, die so dünn wie ein einiges Atom ist, die Aktivität für die Reaktion der Wasserspaltung verdoppeln kann – ohne dass sich dabei der Energiebedarf erhöht. Damit verdoppelt sich ebenfalls die Menge des produzierten Wasserstoffs.
Die Wissenschaftler hoffen, dass durch dieses erweiterte Verständnis in Zukunft bessere Katalysatoren entwickelt werden können, um grünen Wasserstoff energieeffizienter und damit kostengünstiger herzustellen als bisher. Als grün wird Wasserstoff bezeichnet, wenn es durch die Elektrolyse von Wasser klimaneutral mit Strom aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. Wasserstoff gilt als wesentlicher Baustein der Energiewende, unter anderem, weil er Wind- und Sonnenenergie in Zeiten des Überangebots speichern und später wieder freisetzen kann.

Ein Teil der Forschungsergebnisse kam im Peter-Grünberg-Institut, Bereich Elektronische Materialen, im Electronic Oxide Cluster Labor von Professor Regina Dittmann zustande.

Originalpublikation: ‚Tuning electrochemically driven surface transformation in atomically flat LaNiO3 thin films for enhanced water electrolysis‘
C. Baeumer, J. Li, Q. Lu, A. Liang, L. Jin, H. Martins, T. Duchoň, M. Glöß, S. M. Gericke, M. A. Wohlgemuth, M. Giesen, E. E. Penn, R. Dittmann, F. Gunkel, R. Waser, M. Bajdich, S. Nemšák, J. T. Mefford, W. C. Chueh
Nature Materials, 11 January 2021, DOI: 10.1038/s41563-020-00877-1

Weitere Informationen erhalten Sie auf der Webseite des Forschungszentrums Jülich

 

Veröffentlichung – Contactless, Battery-free, and Stretchable Wearable for Continuous Recording of Seismocardiograms

14. March 2021 | von

Foto: IWE1

Prof. Dr.rer.nat. Sven Ingebrandt und sein Forschungsteam veröffentlichen den Artikel „Contactless, Battery-free, and Stretchable Wearable for Continuous Recording of Seismocardiograms“ in der Zeitschrift ACS Applied Electronic Materials. In diesem Artikel wird eine Studie vorgestellt, in der eine Fernmessung der mechanischen Herzaktivität mit Hilfe eines kontaktlosen tragbaren Pflasters und der Seismokardiographie (SCG) ermöglicht wird. Zur Stromversorgung und zur drahtlosen Aufzeichnung der SCG-Daten wird die Nahfeldkommunikationstechnologie (NFC) genutzt. Ein separates Elektrokardiogramm (EKG) wird als Referenz verwendet. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis und eine enge Korrelation zwischen SCG- und EKG-Aufzeichnungen. Diese Methode könnte zukünftig ein weiteres wertvolles Werkzeug zur Herzüberwachung werden.

 

Contactless, Battery-free, and Stretchable Wearable for Continuous Recording of Seismocardiograms

Milad Eyvazi Hesar, Dibyendu Khan, Niloofar Sadat Seyedsadrkhani, and Sven Ingebrandt
ACS Applied Electronic Materials 2021 3 (1), 11-20

 

 

2D-Materialien für die Großserienproduktion elektronischer Bauteile

12. March 2021 | von

RWTH-Professor Max Lemme und Forschungspartner veröffentlichen in „Nature Communications“

Professor Max Lemme, Lehrstuhlinhaber für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen, und seine Forschungspartner veröffentlichen eine neue Methode, um 2D-Materialien in Halbleiterfertigungslinien zu integrieren in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Unterstützt wurden die Forscher der RWTH Aachen University von dem KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, der Universität der Bundeswehr München, der AMO GmbH und der Protemics GmbH. Aktuell sind die meisten experimentellen Methoden nicht kompatibel mit der Großserienfertigung. Darüber hinaus führen sie zu einer erheblichen Verschlechterung des 2D-Materials und seiner elektronischen Eigenschaften. Die nun erforschte Methode versucht diese Probleme zu lösen. Durch die zweidimensionalen Materialien werden Bauelemente mit deutlich geringerer Größe und erweiterten Funktionalitäten im Vergleich zu den heutigen Siliziumtechnologien ermöglicht. Insgesamt erstreckt sich die Bandbreite der möglichen Anwendungen von der Photonik über die Sensorik bis hin zum neuromorphen Computing.

Quellmalz, A. et al. Large-area integration of two-dimensional materials and their heterostructures by wafer bonding. Nature Communications 12, 917 (2021).

Weitere Informationen auf der Webseite der AMO GmbH

RWTH und regionale Partner erfolgreich im Ideenwettbewerb „Clusters4Future“

04. February 2021 | von

Zukunftscluster „NeuroSys – Neuromorphe Hardware für autonome Systeme der künstlichen Intelligenz“ – wird vom BMBF mit bis zu 90 Millionen Euro gefördert

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat jetzt die Gewinner des Ideenwettbewerbs „Clusters4Future“ veröffentlicht.  Das BMBF finanziert die Forschungen mit bis zu 90 Millionen Euro. „Clusters4Future“ ist Teil der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung. Der themenoffene Wettbewerb setzt auf regionale Innovationsnetzwerke, die die Stärken der Akteure verbinden, aufkommende Innovationsfelder erschließen und Lösungen für die Herausausforderungen der Zukunft entwickeln.

In NeuroSys engagieren sich neben der RWTH das Forschungszentrum Jülich, die AMO GmbH, die IHK Aachen, die Unternehmen AixACCT Systems GmbH, AIXTRON SE, AppTek GmbH, ELMOS Semiconductor SE, RWTH Innovation GmbH und STAR Healthcare Management. Darüber hinaus sind die Start-Ups AiXscale Photonics UG, Black Semiconductor GmbH, Clinomic GmbH sowie Gremse-IT GmbH involviert. Professor Max Lemme vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente und Geschäftsführer der AMO GmbH wird die Arbeiten koordinieren. Ziel ist
die Entwicklung neuromorpher Hardware für Anwendungen der künstlichen Intelligenz und damit eine technologische Unabhängigkeit Deutschlands und Europas. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung stellt hierfür bis zu 45 Millionen Euro zur Verfügung.

In Europa gibt nur wenige globale Konzerne im Bereich Hard- und Software. Eine technologische Unabhängigkeit ist von strategischer Bedeutung, da künstliche Intelligenz der Baustein für die nächste weltweite Entwicklungsstufe sein wird. Von dieser Schlüsseltechnologie hängt aber nicht nur das zukünftige Wirtschaftswachstum ab, sondern auch die Bewältigung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen wie Klimawandel, Gesundheit, Arbeit oder Mobilität. Künstliche Intelligenz (KI) bringt gleichzeitig neue Herausforderungen, so verursacht das Trainieren großer neuronaler Netze auf Basis moderner Graphikprozessoren (GPUs) mit DeepLearning-Methoden hohe CO2-Emissionen, die die Klimaproblematik weiter verschärfen. Neuronale Netze auf GPU Basis sind daher ökologisch nicht nachhaltig.

Ressourcenschonende neuromorphe Hardware, die neuronale Netze effizienter gestaltet und Datensicherheit als Designkomponente vorsieht, wird daher zum Schlüssel für den breiten Einsatz von KI. Dies gilt vor allem für Einsatzbereiche in autonomen Fahrzeugen, der Medizintechnik und Sensornetzwerken für intelligente Produktion oder Städteregionen. Neuromorphe Systeme sind den zwei Grundbausteinen des menschlichen Gehirns, den Neuronen und den Synapsen, nachempfunden. Sie können durch die Integration neuer Materialien mit bestimmten Eigenschaften eine
ressourcenschonende Vor-Ort-Verarbeitung von Daten ideal leisten. Dies wird unter dem Stichwort „memristiv“ zusammengefasst – aus dem Englischen „memory“ für Speicher und „resistor“ für elektrischer Widerstand.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH und des Forschungszentrums Jülich konnten bereits die Funktionalität von neuromorphen Bauelementen aus memristiven Materialien nachweisen. Allerdings gibt es weltweit keine Pilotlinien und Produktionskapazitäten zur Herstellung beziehungsweise Integration von neuromorphen Chips im industriellen Maßstab.
Auch muss das System aus Hardware, Design, Algorithmen und anwendungsgetriebener Software zusammenwirken, um die großen Vorteile neuromorpher Hardware nutzen zu können.
Erforderlich ist daher ein Paradigmenwechsel mit der Chance, in dieser neuen Technologie eine Spitzenposition einzunehmen. NeuroSys will hier die entscheidenden Voraussetzungen erarbeiten.

Neben dem wirtschaftlichen Erfolg sind Aspekte wie der gesellschaftliche Nutzen und die Ethik einer künstlichen Intelligenz zu berücksichtigen. Diese sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen sind von essenzieller Bedeutung für neue Technologien, insbesondere mit einer solchen potenziellen Reichweite. Sie werden daher in NeuroSys erforscht, auch um Handlungsempfehlungen für Gesellschaft und Politik zu erarbeiten.

„Der Zukunftscluster ist eine große Chance für die Region Aachen-Jülich, insbesondere im Zusammenhang mit dem Strukturwandel im Rheinischen Revier. Wir treten an, exzellente Wissenschaft in Unternehmen und Start-Ups in der Region zu transferieren. Unsere Vision ist der Aufbau einer Fabrikationslinie in der Region Aachen. Dort soll dann die Co-Integration neuromorpher Funktionen durch neue Materialien in konventionelle Siliziumtechnologie erfolgen“ – Professor Lemme.

Wir gratulieren ebenfalls dem Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen, denn zu den sieben geförderten Clustern gehört neben „NeuroSys – Neuromorphe Hardware für autonome Systeme der künstlichen Intelligenz“ noch das  Zukunftscluster „Wasserstoff“, welches  in den nächsten Jahren ebenfalls von der RWTH koordiniert wird. Die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich waren Antragsteller zum Zukunftscluster „Wasserstoff“. Bisher sind 24 Institute der beiden Forschungseinrichtungen involviert, hinzu kommen bereits 47 Industriepartner und 16 weitere Organisationen.

Quelle: Pressemitteilung der RWTH Aachen

 

Neuromorphes Computing

18. September 2020 | von

DFG Förderung für „Memristive Devices Toward Smart Technical Systems“

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert ihm Rahmen des Schwerpunktprogramms „Memristive Devices Toward Smart Technical Systems“ fünf Projekte unter Beteiligung von Mitgliedern der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RWTH Aachen. Vier davon sind Projekte am Lehrstuhl von Prof. Rainer Waser Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik II bzw. dem Peter Grünberg Institut des Forschungszentrum Jülich gefördert. Ein weiteres Projekt wurde im Lehr- und Forschungsgebiet von Prof. Regina Dittmann „Technologie der Oxidelektronik“ ebenfalls am Peter Grünberg Institut bewilligt.

Die Förderhöhe der fünf Jülich-Aachener Projekte beläuft sich auf ca. 1,2 Mio EURO für die Laufzeit des Schwerpunktprogramms von 3 Jahren. Im Rahmen der unterschiedlichen Projekte wird die Fakultät 6 in Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen wie der TU Dresden, der TU Chemnitz, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), des Helmholtz-Zentrums Berlin, der TU Berlin und des NMI – Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut – an der Universität Tübingen und des Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron) memristive Bauelemente für den Einsatz in neuartigen energie-effizienten Rechnerstrukturen oder für intelligente Sensoranwendungen für das zukünftige Internet der Dinge entwickeln.

Zu den Projekten:

Im Projekt “Memristive Time difference encoder (MemTDE)” die Gruppe von Frau Dittmann und das Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron) an der Entwicklung einer memristorbasierten intelligenten Elektronik zur Verarbeitung von Sensorsignalen für das Internet der Dinge. Diese soll die gesammelten Informationen vor Ort verarbeiten, anstatt sie mit viel Energieaufwand drahtlos zu übermitteln.

Im Projekt „Hybrid MEMristor-CMOS Micro Electrode Array bio-sensing platform (MEMMEA)” streben die Partner des PGI-7, des Helmholtz-Zentrums Berlin, der TU Berlin und des NMI – Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut – an der Universität Tübingen die Entwicklung von Sensoren an, die die Aktivität biologischer Neuronen direkt aufzeichnen können. Diese auf Memristor-CMOS-Hybridschaltungen basierenden Sensoren ermöglichen eine direkte On-Chip-Signalverarbeitung und eröffnen ein neues Feld der biologischen Signalverarbeitung.

Im Projekt „Domino Processing Unit: Towards Novel High Efficient In-Memory-Computing (MemDPU)” arbeiten die Partner des PGI-7 und der Technischen Universität Chemnitz an einem neuartigen Rechenwerk, der Domino Processing Unit (DPU). Im Gegensatz zum herkömmlichen von-Neumann-Architektur-Rechenwerk ermöglicht diese DPU das Rechnen direkt im Speicher. Mit der DPU wird der hohe Energieverbrauch durch die Kommunikation zwischen Speicher und Rechenwerk eingespart.

Im Projekt “Universal Memcomputing in Hardware Realizations of Memristor Cellular Nonlinear Networks (Mem2CNN)” verfolgen die Partner des PGI-10, PGI-7 und der TU Dresden die Entwicklung von memristiven zellulären neuronalen Netzwerken. Diese Netzwerke ermöglichen, Videosignale, zum Beispiel in Form von Kantenerkennung für die Musterkennung, direkt zu verarbeiten. Dadurch könnten visuelle Daten in Echtzeit verarbeitet werden.

Im Projekt „Robust Compute-in Memory using Memristors : ROBCOMM“ arbeiten die Partner des IWE 2, PGI-7 und Karlsruher Institut of Technology (KIT) an der Entwicklung zuverlässiger, effizienter Schaltungen basierend auf memristiven Bauelementen, die eine Computation-in-Memory(CIM)-Architektur ermöglichen. Die CIM-Architektur ermöglicht, komplexe Rechenoperation, wie Vektor-Matrix-Operationen, effizient durchzuführen oder große Gleichungssysteme direkt zu lösen.