Forschungsprojekte

Forschende der RPTU haben winzige Sensoren entwickelt, die sich die besonderen Eigenschaften von Diamanten auf Quantenebene zunutze machen. Die Quantensensoren können extrem schwache Magnetfelder vektoriell messen, sprich Richtung und Stärke des Feldes gleichzeitig und mit sehr hoher räumlicher Auflösung bestimmen. Im Vergleich zu traditionellen Sensoren sind sie viel kleiner und somit in der Lage, lokale Effekte sichtbar zu machen, die bisher „verborgen“ waren. Anwendungsfelder liegen beispielsweise in der Medizin (Messung von Nervenströmen) oder in der Elektronik (Analyse von elektrischen Strömen in Bauteilen).

Mehr zu den Quantensensoren erfahren Interessierte am Forschungsstand Rheinland-Pfalz (Halle 11, Stand C30). Ebenso gibt die RPTU dort Einblicke in Ausbildungs- und Karrierewege im Bereich der Quantentechnologien sowie Kooperationsmöglichkeiten im Rahmen der Projekte „Quanteninitiative Rheinland-Pfalz (QUIP)“ und „Quantum Valley Oberrhein (UpQuantVal)“. Beide Vorhaben zielen darauf ab, Forschung, Industrie und Nachwuchsförderung zu bündeln und zu stärken.

Die Infrastruktur für 6G-Konnektivität entwickeln

Für die Digitalisierung ist eine sicherere, resiliente und allgegenwärtige Kommunikationsinfrastruktur unabdingbar. Hier hat die RPTU, die die nationale 6G-Plattform koordiniert, die Zukunft im Blick: Einen neuen globalen Standard, dessen Markteinführung derzeit für das Jahr 2030 vorgesehen ist. Verortet ist die Expertise und Koordination am Fachgebiet Funkkommunikation und Navigation.

Neben der Leistungssteigerung, die in höheren Datenraten, geringeren Latenzzeiten, verbesserter Netzabdeckung und der zuverlässigen Anbindung einer Vielzahl von Endgeräten Ausdruck finden wird, eröffnet 6G zugleich völlig neue Anwendungsmöglichkeiten. Denkbar sind unter anderem Biosensoren in der personalisierten Medizin, digitale Avatare zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr oder unterstützende Systeme in der Arbeitswelt. Bei der Entwicklung der neuen Methoden kommen unter anderem Verfahren der Künstlichen Intelligenz, der Mikroelektronik, der Quantentechnologien und der Satellitenkommunikation zum Einsatz.

Die 6G-Plattform, die als „Plattform für zukünftige Kommunikationstechnologien und 6G“ vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert wird, bündelt vier große Forschungsverbünde, sogenannte Hubs. Diese erforschen explorativ die physikalischen Grundlagen und innovativen Konzepte des zukünftigen Mobilfunkstandards 6G. Angegliedert sind Inkubatoren zur Start-up-Förderung, um Ideen schnell zur Marktreife weiterzuentwickeln, sowie 18 6G-Projekte, um in Zusammenarbeit mit Industriepartnern verschiedene Anwendungsszenarien zu erforschen. Weitere Forschungsvorhaben adressieren automatisierte, widerstandsfähige und sichere Netze und die Resilienz, sprich Zuverlässigkeit, der Kommunikationsinfrastruktur.

In diesem Jahr sind die 6G-Initiativen in eine neue Phase eingetreten. Die explorative Erforschung von 6G-Konzepten wird nun in einer Transferphase zur Anwendung gebracht. Die vormals vier Forschungshubs begleiten künftig den Übergang von Technologien aus der Grundlagenforschung zum realen Nutzen. Ziel ist es, Deutschland als Leitmarkt für die nächste Mobilfunkgeneration zu stärken und vertrauenswürdige, resiliente digitale Infrastrukturen gemeinsam mit Industrie, KMU, Start-ups und öffentlichen Akteuren voranzubringen.

Die 6G-Plattform betreibt auf der Hannover Messe in Halle 26 einen Gemeinschaftsstand G06 und präsentiert dort zwei Transferhubs: Open6GHub+ und 6GEM+. Weitere Mitaussteller sind das ifak mit ihrer Industrial Radio Fachgruppe, die mit der 6G-Plattform verknüpft ist, sowie die Start-ups airpuls und Open Radio Systems.

Die Weichen für Industrie 4.0 stellen

Im Zuge der Digitalisierung werden Produktionssysteme zunehmend vernetzter, individualisierter und dynamischer. Gleichzeitig gewinnt Software eine immer größere Bedeutung in der Orchestrierung von Produktionsanlagen und übernimmt zentrale Steuerungsfunktionen auf dem Shopfloor. Forschende der RPTU, insbesondere am Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Steuerungen (WSKL), treiben diese Entwicklung aktiv voran und gestalten zentrale technologische Grundlagen für die Fabrik der Zukunft.
Eine Schlüsselrolle spielt dabei die zunehmende Bedeutung von Software in der Orchestrierung von Produktionsanlagen, die immer häufiger zentrale Steuerungsfunktionen auf dem Shopfloor übernimmt. Klassische Automatisierungsstrukturen stoßen dabei oft an ihre Grenzen, da historisch gewachsene Systeme häufig isoliert und nur schwer integrierbar sind.

Die „Open SmartFactory Architecture“, die unter Mitwirkung der RPTU im Rahmen der SmartFactory-KL entwickelt wurde, schafft hierfür einen klaren Orientierungsrahmen. Anstelle monolithischer Systeme setzt die Architektur auf ein modulares Baukastenprinzip, das eine flexible und skalierbare Produktions-IT ermöglicht. Im Zentrum stehen Daten: Alle Systeme liefern und nutzen standardisierte sowie kontextualisierte Informationen. Erlebbar wird die Lösung in der Modellfabrik am Stand der SmartFactory-KL (Halle 13, Stand C35).

Das Team der SmartFactory-KL setzt sich aus Expertinnen und Experten der Technologie-Initiative SmartFactory KL e.V., des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Steuerungen (WSKL) der RPTU Kaiserslautern Landau und des DFKI-Forschungsbereiches Innovative Fabriksysteme (IFS) zusammen.

Anwendung von Industrie 4.0 im Mittelstand fördern

Ebenso bringt sich die RPTU mit zwei Arbeitsgruppen, dem Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) und dem Lehrstuhl für Strategie, Innovation und Kooperation (SIK), als Forschungspartner ins Netzwerk „Mittelstand-Digital Zentrum Kaiserslautern“ ein. Dabei handelt es sich um eines von mehreren regionalen Zentren, die das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) ins Leben gerufen hat. Ziel dieser bundesweiten Förderinitiative ist es, die Bedeutung des Zukunftsthemas Industrie 4.0 in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) bewusst zu machen, sie über dessen große Chancen zu informieren und bei der Umsetzung von Projekten tatkräftig zu unterstützen.

Im Rahmen der Hannover Messe können Interessierte in Halle 27, Stand B35, den Demonstrator DIRKI erleben. Er wurde im Rahmen des Zentrums am Lehrstuhl VPE entwickelt und macht die Vorteile von Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz (KI) sichtbar. DIRKI setzt dabei an einem Kernproblem an: Viele KMU haben aufgrund technischer Hürden und einer Ausrichtung auf Einzelaufträge keine großen Aktivitäten im Bereich der Automatisierung. Daher zeigt DIRKI Digitalisierungs- und KI-Lösungen verschiedener Reifegradstufen praxisnah am Beispiel eines Qualitätsprüfprozesses auf. So werden Lösungen verschiedener Digitalisierungs- und KI-Grade erlebbar und vergleichbar. Dazu werden die vier typischen Arbeitsschritte einer Qualitätsprüfung „Werkstück erkennen und Prüfanweisung suchen“, „Messdaten generieren“, „Messdaten eintragen“ und „Beurteilung der Güte“ in verschiedenen Szenarien illustriert, die von rein papierbasiert bis voll digitalisiert, also unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI), reichen.

Offene Digitalisierungsallianz Pfalz baut Brücken zu Wirtschaft und Gesellschaft

Brücken zwischen Forschung, Wirtschaft und Gesellschaft baut auch die Offene Digitalisierungsallianz Pfalz. Im Rahmen der Bund-Länder-Initiative „Innovative Hochschule“ stärkt das Transfer-Vorhaben den regionalen Austausch von Wissen, Ideen und Technologien mit Wirtschaft und Gesellschaft. Im Verbundvorhaben sind die RPTU, die Hochschule Kaiserslautern, das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) und das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe Kaiserslautern (IVW) zusammengeschlossen.

Die Offene Digitalisierungsallianz Pfalz versteht sich als Plattform, die Wissen, Ideen und Technologien aus der Forschung in Wirtschaft und Gesellschaft bringt. Im Gegenzug nehmen die Partner im Verbundvorhaben aktuelle Bedarfe aus Wirtschaft und Gesellschaft auf und entwickeln so zusätzliche Transfer-Angebote. Der Fokus liegt darauf, das regionale Innovationssystem weiterzuentwickeln – insbesondere unter den besonderen Aspekten der Digitalisierung. Zu den Zukunftsthemen, die die Offene Digitalisierungsallianz Pfalz vorantreibt, zählen Arbeit, kollaboratives Digitales Engineering, Gesundheit, Citizen Science und Kreativität.

Am Forschungsstand Rheinland-Pfalz (Halle 11, Stand C30) können sich Interessierte über das Spektrum an Transfer-Angeboten informieren. Dazu zählen insbesondere Veranstaltungen mit einem Schwerpunkt auf Beteiligungsformaten. Ein Beispiel ist das Citizen-Science-Projekt „BewegungsForscher“, in dem Bürgerinnen und Bürger gemeinsam mit Forschenden der RPTU und des IVW eine neuartige Fußhebeorthese entwickeln. Das ist eine medizinische Alltagshilfe, die beim Anheben des Fußes für Unterstützung sorgt und den Gang stabilisiert.

Fragen beantworten:

Chantal Momber
Referat Transfer, Innovation und Nachhaltigkeit der RPTU Kaiserslautern Landau
Transfermanagerin Offene Digitalisierungsallianz Pfalz
E-Mail: chantal.momber@rptu.de
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Philipp Rosemann
Fachgebiet Funkkommunikation und Navigation
E-Mail: philipp.rosemann[at]rptu.de
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Larissa Theis
Technologie-Initiative SmartFactory KL e.V. / Mittelstand-Digital Zentrum Kaiserslautern
E-Mail: larissa.theis@smartfactory.de