Neurowissenschaftliche Simulatoren der Zukunft: Wie ein neuer Ansatz die Forschung voranbringt
©Lehrstuhl für Integrierte digitale Systeme und Schaltungsentwurf
Eine neue Art von Framework namens „neuroAIˣ“ wurde von der Gruppe von RWTH-Professor Tobias Gemmeke entwickelt. Dieses Framework ist hochflexibel und ermöglicht es, das Gehirn und seine Informationsverarbeitung besser zu verstehen und zu modellieren.
Das Gehirn ist eines der faszinierendsten und komplexesten Organe, das viele Fragen aufwirft. Wie funktioniert es? Wie entsteht aus der Aktivität von Milliarden von Neuronen unser Bewusstsein und Verhalten? Wie können wir von dem Gehirn lernen, um leistungsfähigere und effizientere Computer zu bauen?
Um diese Fragen zu beantworten, erforschen Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftler die Struktur und Funktion von Mikroschaltkreisen im Gehirn, die aus Gruppen von Neuronen bestehen. Diese Mikroschaltkreise sind für die Verarbeitung von Informationen in verschiedenen Hirnregionen verantwortlich. Durch die Analyse der Zusammenarbeit von Neuronen in diesen Schaltkreisen können sie Modelle entwickeln, die erklären, wie das Gehirn Informationen verarbeitet und wie sich daraus Verhalten ergibt. Um diese Modelle zu testen und zu verbessern, sind Computersimulationen von künstlichen neuronalen Netzen unerlässlich.
Das Framework „neuroAIˣ“ bietet eine Plattform, um solche Computersimulationen durchzuführen. Es ist hochflexibel und erlaubt es, verschiedene Arten von neuronalen Netzen zu erstellen, zu trainieren und zu analysieren. Dabei können sowohl biologisch plausible als auch künstliche neuronale Netze berücksichtigt werden. Das Framework ist auch skalierbar und kann auf verschiedenen Hardware-Plattformen eingesetzt werden, von herkömmlichen CPUs bis hin zu spezialisierten Chips für Brain-Inspired Computing.
neuroAIˣ FPGA-Cluster ist beim Betrieb biologischer neuronaler Netze zehnmal schneller und zehnmal energieeffizienter als die besten neurowissenschaftlichen Simulatoren von heute. ©Lehrstuhl für Integrierte digitale Systeme und Schaltungsentwurf
Das Framework besteht aus zwei Komponenten: einem Software-Tool, das neuromorphe Architekturen schnell bewerten kann, und einem Hardware-Cluster, der aus 35 FPGA (Field-Programmable Gate Array) -Karten zusammengesetzt ist. Der Hardware-Cluster hat zwei Funktionen: Er kann als Testplattform verwendet werden, um das Software-Tool zu kalibrieren und die vorgeschlagenen Architekturen auf ihre Effizienz zu testen. Er kann auch als neurowissenschaftlicher Simulator fungieren, der die besten existierenden Plattformen in Bezug auf Geschwindigkeit und Energieeffizienz um das Zehnfache schlägt.
„Wir sind angenehm überrascht von der hohen Beschleunigung und der Energieeffizienz, die unser System erreicht hat, da der Schwerpunkt unserer Arbeit auf der Flexibilität und Reproduzierbarkeit des Simulatorsystems lag“, erklärt Kevin Kauth, Doktorand in der Gruppe von Tobias Gemmeke und einer der Hauptentwickler des Projekts.
Eine mögliche Zukunftsvision von Gemmeke und seinem Team ist es, einen FPGA-Cluster mit hoher Kapazität zu bauen und eine Webplattform zu entwickeln, die es Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftlern sowie KI-Forschenden aus aller Welt ermöglicht, den Cluster über die Cloud zu nutzen.
Unter neuroaix.de findet ihr noch weitere Informationen zu dem spannenden Projekt.
Eine detaillierte Beschreibung des neuroAIx-Frameworks wurde zudem in der Open-Access-Zeitschrift Frontiers in Computational Neuroscience veröffentlicht.
Überragendes Studierenden-Feedback im Hochschulranking
Studierende der RWTH Aachen sind in besonderem Maße zufrieden mit ihrem Studium der Wirtschaftsingenieurwissenschaften Elektrotechnik und Informationstechnik. Zu diesem Ergebnis gelangt das jährliche Hochschulranking vom Centrum für Hochschulentwicklung (CHE). Bewertet wurden in der aktuellen Ausgabe unter anderem interdisziplinäre Studiengänge des Wirtschaftsingenieurwesen, das an der RWTH in gleich vier Fachrichtungen angeboten wird.
Basierend auf einer Befragung von rund 120.000 Studierenden anhand einer 5-Sterne-Skala erhalten Studieninteressierte Auskünfte über die Studienbedingungen an den Hochschulen sowie Fakten zu Studium, Lehre und Forschung aus allererster Hand.
In der wichtigsten Kategorie, der Bewertung der Studiensituation insgesamt, ragt die Einschätzung der Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik besonders über den bundesweiten Durchschnitt hinaus. Zu der Spitzengruppe gehört sie auch bei der Unterstützung ihrer Studierenden am Studienanfang. Schließlich zeigt sich die Studierendenschaft hoch zufrieden mit vielen weiteren studienbegleitenden Vorteilen, wie zum Beispiel einer sehr guten IT-Infrastruktur und den digitalen Lehrelementen.
Insgesamt erzielen nahezu alle Fächer der RWTH Aachen überdurchschnittliche Ergebnisse.
Die Ranking-Ergebnisse werden in HeyStudium auch direkt auf der Detailseite der Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik angezeigt.
Projekt Sacred Sound: Ein längst verklungenes Lebensgefühl in längst verlorenen Räumen.
Raytracing-Simulation im akustischen 3D-Modell von Cluny III (Bild: Lukas Aspöck, CC-BY 4.0)
Wie war das damals im Mittelalter? Geschichte erleben und einen Zeitgeist nachfühlen – Musikwissenschaftler Professor Stefan Morent von der Universität Tübingen rekonstruiert mit seinem Projektteam und in Kooperation mit dem Institut für Hörtechnik und Akustik der RWTH Aachen die Klangwelt dieser Epoche. Im Zentrum des musikhistorischen Experiments steht die Klosterkirche von Cluny III zwischen 1130 und 1790.
3D-Modell von Cluny III. Schwarze und dunkelgraue Teile zeigen die noch vorhandenen Reste der Kirche (Bild: Lukas Aspöck, CC-BY 4.0)
Die Benediktinerabtei von Cluny zählte, bis zu der Zerstörung wesentlicher Teile des imposanten Bauwerks, zu den einflussreichsten religiösen Zentren Europas. In Ihren Räumlichkeiten praktizierten Geistliche ihren Glauben: „Nur über Musik und wenn die Liturgie makellos ausgeführt würde, könne eine Verbindung zu Gott aufgebaut werden“, erklärt Professor Morent die Überzeugung der Mönche. Doch wie klang ihr Gesang in den weitläufigen und prachtvollen Sälen?
Ensemble Ordo Virtutum während der Aufnahmesession im schalltoten Halbraum des Instituts (Foto: Lukas Aspöck, CC-BY 4.0)
Cluny III ist eine virtuelle Version des historischen Originals, die eine raumakustische Computersimulation ermöglicht. Dafür wurden mittelalterliche Chorgesänge des Ensembles Ordo Virtutum im Labor des IHTA – einem schalltoten Raum ohne Nachhall – aufgenommen. In Echtzeit erlebten die Singenden dabei die Reflexionen des virtuell konstruierten Kirchenraumes über Kopfhörer. Diese Auralisation ermöglicht eine Einbettung der musikalischen Kompositionen in den baulich-historischen Kontext ihrer Entstehung. Doch welche Rolle spielt die Wechselwirkung von Architektur und Klang für zukünftige Raumkonzepte? Um diese Frage zu beantworten, werden die Aufnahmen in weiteren Projektschritten musikwissenschaftlich analysiert, um den Einfluss der Architektur auf die musikalische Darbietung zu untersuchen.
Ausgezeichnete Platzierung in weltweitem Hochschulranking
© Kurt Beyer
In Elektrotechnik gehört die RWTH Aachen zu den drei besten deutschen Universitäten. Zu diesem Ergebnis kommt das international hoch angesehene QS Ranking by Subjects des britischen Informationsdienstleisters Quacquarelli Symonds. In seiner neusten Version vorgestellt, basiert das Fächer-Ranking auf verschiedenen Kriterien, die fächerspezifisch gewichtet werden. Dabei macht eine Online Reputationsbefragung unter Hochschulabsolvierenden und Arbeitgebenden zwischen 40 und 100 Prozent der Gesamtpunkte aus und gilt als wichtigster Indikator. Zitationen, die wissenschaftliche Arbeiten der Hochschulen durchschnittlich erfahren, fließen bis zu 60 Prozent ein. Bei einigen ingenieur- und naturwissenschaftlichen Fächern werden zusätzlich noch die internationalen Forschungsnetzwerke betrachtet.
Die Aachener Exzellenzuniversität konnte sich deutschlandweit in vielen Fächern auf das Siegerpodest stellen und überzeugt auch im internationalen Vergleich. In zehn Fächern platzierte sie sich unter den 100 Besten weltweit. Besonders gut schneidet die RWTH in den Fächern Bergbauingenieurwesen mit Platz 15 und Maschinenbau mit Platz 19 ab.
Weitere Informationen unter: www.topuniversities.com
„Hex-Hex“: Text – Abschlussarbeit geschrieben!
Die richtigen Zauberformeln werden in den Kursen der „Schreibwerkstatt E-Technik“ vermittelt. Das Präsenz-Angebot bietet Bachelor- und Masterstudierenden der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik eine maßgeschneiderte Vorbereitung auf das Verschriftlichen der anstehenden Studien- oder Abschlussarbeiten. Die Teilnehmer profitieren von erworbenen Basiskenntnissen und Schreibstrategien, die in einer individuellen Online-Beratung weiter ausgebaut werden können. Bei erfolgreicher Teilnahme erlangen die Studierenden ein Zertifikat und 3 CP, die für den Wahlpflichtbereich anrechenbar sind.
Internationale Studierende müssen als Teilnahmevoraussetzung für den Kurs ein Deutschniveau von mindestens C1.2 nachweisen. Die Online-Schreibberatung findet wahlweise auf Deutsch oder Englisch statt.
Anmeldefrist: 27. März bis 3. April 2023
Termine:
| Gruppe 1 02.84000 |
Gruppe 2 02.08496 |
| Mi, 19.04.2023 Mi, 03.05.2023 Mi, 17.05.2023 Mi, 07.06.2023 jeweils von 14.30 bis 17.30 Uhr |
Mi 26.04.2023 Mi 10.05.2023 Mi 24.05.2023 Mi 21.06.2023 jeweils von 14.30 bis 17.30 Uhr |
Die Anmeldung erfolgt über das Benutzerkonto am Sprachenzentrum.
Kontakt für Rückfragen: schreibzentrum@sz.rwth-aachen.de
Top-Platzierung in internationalem Ranking
Das Portal Research.com teilt im neu erschienenen Ranking mit, dass die Elektrotechnik und Informationstechnik der RWTH den 2. Platz im deutschlandweiten Vergleich erzielt. International liegt die RWTH in dieser Disziplin auf dem 65. Platz.
Research.com wertet für das Ranking die Häufigkeit der Zitationen wissenschaftlicher Artikel und weiterer Publikationen aus. Für die Auswertung werden die Daten der Datenbanken OpenAlex und CrossRef einbezogen. Gerankt werden die Forschenden anhand des D-Index, einer Abwandlung des H-Index, der die Zitationen auf ihre wissenschaftlichen Arbeiten innerhalb einer Disziplin misst. In die Ranglisten werden alle Personen aufgenommen, die einen D-Index von mindestens 30 erreichen. Die Summe der D-Indizes aller gelisteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einer Hochschule ist dann ausschlaggebend für deren Platzierung im Hochschulranking.
Folgende RWTH Professoren der Elektrotechnik und Informationstechnik haben sich demnach für das Ranking qualifiziert:
- Dirk Uwe Sauer vom Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik
- R.W. De Doncker vom Lehrstuhl und Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe
- Heinrich Meyr vom Lehrstuhl für Integrierte Systeme der Signalverarbeitung
- Antonello Monti vom Lehrstuhl für Automation of Complex Power Systems
- Max Lemme vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente AMICA – Advanced Microelectronic Center Aachen
- Steffen Leonhardt vom Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik
- Petri Mahönen vom Lehrstuhl und Institut für Vernetzte Systeme
- Rainer Leupers vom Lehrstuhl für Software für Systeme auf Silizium
Mit innovativer Messtechnik in die 6G-Ära
Das Team vom Lehrstuhl für verteilte Signalverarbeitung um Prof. Dr. Haris Gačanin gibt am 27. Februar auf dem Weltkongress der Mobiltelefonie in Barcelona Einblicke in die Welt von morgen. Zusammen mit dem Industriepartner Rohde & Schwarz präsentieren sie die interaktive und immersive Visualisierung von Messtechnik mittels Augmented Reality. Dabei ist die, im Rahmen des Forschungsprojekts 6GEM entwickelte, „XR-Wireless“-Technologie im Einsatz. Die Partner begegnen der Herausforderung innovative Prüf- und Messtechnik zu entwickeln, welche die Beschleunigung neuer Technologie hin zu 6G meistert.
Frauen für MINT-Berufe gewinnen – Unterstützung des ZDF heute journals
BA Studentin Helena im Interview mit dem ZDF Heute Journal Team. Foto: C. Antweiler
Ende Januar war das Team vom ZDF heute journal für einen Beitrag zu Besuch beim Institut für Kommunikationssysteme an der RWTH Aachen. Der Beitrag gibt Einblicke zum Thema „Frauen in MINT Fächern“ welche bisweilen noch weniger von Frauen und Mädchen gewählt werden, wie beispielsweise Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik. Die Gründe für die niedrige Frauenquote sowie welche Ansätze es gäbe dies zu ändern, hat Redakteur Peter Böhmer vom Landestudio Nordrhein-Westfalen dazu an der RWTH recherchiert.
Durch Interviews verschiedener Studentinnen der RWTH, darunter unsere BA-Studentin Helena, sowie mit Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Aloys Krieg, Prorektor für Lehre, konnte sich das heute journal Team einen Eindruck verschaffen. Den bebilderten Rahmen für den Beitrag bildeten hierzu das Institut für Kommunikationssysteme und eine Vorlesung von Prof. Peter Jax.
Ihr findet den Beitrag in der ZDF Mediathek.
Gold und Bronze bei der Innovation Awards Verleihung 2023
Herzlichen Glückwunsch an alle Gewinner der diesjährigen Verleihung des Innovation Awards für wegweisende Hochschulprojekte, deren Beitrag in besonderem Maße die Region Aachen als Innovationsstandort bereichert.
Professor Malte Brettel und Preisträger Dr.-Ing. Moritz Joseph vom Team Neureka.
Gold ging an das Team Neureka um Professor Rainer Leupers vom Lehrstuhl für Software für Systeme auf Silizium mit einem Entwicklungskit auf Hardware – und Softwareebene für neuromorphe KI-Chips in Edge-Anwendungen.
Neuromorphe Rechensysteme bilden die Funktionsweise des menschlichen Gehirns ab, da sie Rechen- und Speichereinheit vereinen und somit eine enorme Leistungssteigerung in der Künstlichen Intelligenz ermöglichen. Bereits heute verfügbare neuromorphe Chips versprechen eine zehn- bis hundertfach verbesserte Energieeffizienz, Latenz und Platzeffizienz. Neureka ist der Herausforderung, den komplizierten Systementwurf dieser Technologie der Industrie zugänglich zu machen, erfolgreich entgegengetreten.
Das Hardware Development Kit integriert zugekaufte neuromorphe Chips in ein bestehendes Rechensystem, erlaubt die Validierung von neuromorpher Hardware und ist eine Entwicklungsplattform für marktreife KI-Geräte. Das Software Development Kit ermöglicht die einfache Programmierung und Simulation von KI-Applikationen auf neuromorphe Systeme. Softwareentwickler können so risikoarm KI-Applikationen auf disruptive, neuromorphe Hardware bringen und den Energieverbrauch von KI reduzieren.
Kunden beider Entwicklungen sind Industrieanwender, Hersteller mobiler Endgeräte und Anbieter von Smart City IoT-Geräten.
Silber ging an ein elektromagnetisch aufheizbaren nanomodifizierten Stent zur Behandlung von Hohlorgantumoren, der in Zusammenarbeit von Ioana Slabu vom Institut für Angewandte Medizintechnik und Benedict Bauer vom Institut für Textiltechnik entwickelt wurde.
Bronze ging zum einen an das Team um Mathias Bode vom Institut für Technische Verbrennung in Kooperation mit dem Jülich Supercomputing Centre. Ihre Software-as-a-Service-Plattform JuLES gilt als Schlüsseltechnologie für die klimaneutrale Transformation von Industrieprozessen.
Professor Heinz Pitsch mit Mathis Bode, linke Seite, und Weihan Li, rechte Seite, nach der Urkundenüberreichung durch Professor Malte Brettel.
Zum anderen freute sich ebenfalls über Bronze das Team vom Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik unter Leitung von Professor Dirk Uwe Sauer. Die Auszeichnung würdigte die Entwicklung eines digitalen Batteriezwillings zur Steigerung der Effizienz und Sicherheit im Anwendungsfeld.
Lithium-Ionen-Batterien entwickeln sich aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Energiedichte zu der Technologie für Energiespeicherung, insbesondere im Bereich der Elektromobilität. Allerdings verschlechtert sich ihre Leistung im Laufe der Zeit. Eine Zustandsüberwachung und Vorhersage der Batteriealterung kommt nicht nur der Sicherheit, Wartung und Anlagenoptimierung zugute, sondern ist auch Ausgangspunkt für die technische und wirtschaftliche Analyse möglicher Second-Life-Anwendungen.
Das entwickelte Cloud-Batteriemanagementsystem deckt sieben Schlüsselfunktionen zur Kontrolle des gesamten Lebenszyklus von Batterien ab und ermöglicht so die Online-Überwachung der Alterung, die Vorhersage des Alterungsverlaufs und die Optimierung der Betriebsstrategie zur Begrenzung der Alterung.
Die Innovation trägt zur Beschleunigung der Energiewende und zur Elektrifizierung des Verkehrs bei. Auch eröffnen sich für eine Vielzahl von Branchen kommerzielle Möglichkeiten, wie etwa digitale Zertifikate für Batterien, Batteriegarantien und -versicherungen sowie vorausschauende und rechtzeitige Warnung vor sicherheitskritischen Zuständen.
Neues Forschungszentrum CARL leitet Zeitenwende ein
CARL-Forschungsgebäude als 6-geschossiger Neubau mit Schrägdach in Massivbauweise im Forschungscluster F am Campus Boulevard.
Zum Einzug in den neuen Forschungbau CARL – Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems – auf dem Campus Melaten beglückwünschen wir das Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe.
Drei große Laborhallen als Herzstück des CARL und ein interdisziplinärer Forschungsverbund aus zehn Kernprofessuren, rund 20 weiteren Lehrstühlen und Instituten der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich ermöglichen es nunmehr wegweisende Forschungsarbeit zu Batteriealterung und Lebensdauervorhersagen der Leistungselektronik aus einer ganzheitlichen Perspektive zu forcieren. „Wir wollen bis zur Atom- und Kristallebene verstehen, wie Energiespeicher funktionieren und auf unterschiedliche Anforderungen reagieren“, erklärt Professor Dirk Uwe Sauer vom ISEA die grundlegende Idee vom CARL.
Im ersten Laborbereich sind Prüfstände für Belastungs- und Umweltsimulationen aufgebaut. Es geht beispielsweise um elektrische, mechanische, chemische oder klimatische Einflüsse auf Material und Systeme von Batterien und Leistungselektronik. Hier laufen Alterungsprozesse quasi in Zeitraffer ab, um deren Ursachen im Detail erforschen zu können.
Der zweite Labor-Bereich befasst sich mit dem Bau von Prototypen. Die Leistungsfähigkeit ganzer Systeme oder auch einzelner Bauteile wird hier untersucht, um beispielsweise Material- oder Konstruktionsfehler frühzeitig ausschließen zu können.
Der dritte Laborbereich widmet sich schließlich der physikalisch-elektrochemischen Analyse. Mit Hilfe einer Analysekette für Struktur- und Materialuntersuchungen, zu der unter anderem ein hochmoderner Computer-Tomograph mit bisher nicht erreichter Auflösung zählt, können die Strukturen des Materials bis zur atomaren Auflösung untersucht und analysiert werden.
Betrachtung findet sowohl der Endanwender, als auch der Entwickler von Maschinen und Materialien zur Herstellung von Batterien und Leistungselektronik. „Mit unseren Forschungsergebnissen können wir dazu beitragen, dass Entwicklungszyklen beschleunigt werden und durch eine optimale Konfiguration der Systeme letztlich Geld gespart wird“, sagt Proffessor Sauer. Denn die Frage der Lebensdauer ist essentiell für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
