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Dritte Säule der Wissenschaft: Das Wissenschaftliche Rechnen


Die Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens - mathematische Modellierung, Simulation und Optimierung, Bild- und Datenverarbeitung, Visualisierung - haben sich zu einer Schlüsseltechnologie zur Lösung wissenschaftlich-technischer Probleme entwickelt. Ob beim Entwurf von Brennstoffzellen, bei der optimalen Steuerung von Chemieanlagen oder in der Tumordiagnostik - überall werden seine Methoden eingesetzt. Kaum verwunderlich, dass das Wissenschaftliche Rechnen heute als dritter methodischer Ansatz der Wissenschaft anerkannt ist, neben Theorie und Experiment.

Die Universität Heidelberg erkannte diese Entwicklung bereits vor 25 Jahren und gründete zur Förderung der Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens das IWR, das sich zunächst auf Mathematik, Physik, Chemie und Informatik stützte später kamen die Lebenswissenschaften hinzu. In diesen Fächern sind die Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens längst unverzichtbar. Sie dringen aber auch in Gebiete wie Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, in die Psychologie und Kognitionswissenschaften und selbst in die Geistes- und Kulturwissenschaften vor: Das Wissenschaftliche Rechnen als junges Querschnittsgebiet weist ein enormes Zukunftspotential auf. Die Methoden, auf die sich Wissenschaft und Industrie in zehn Jahren stützen werden, sind heute noch gar nicht entwickelt.

Mit der Bedeutung der Methoden wuchs auch das IWR. Es umfasst heute fast 50 Forscherteams aus acht Fakultäten, dazu mehr als zwölf Nachwuchsgruppen. Rund 600 Wissenschaftler arbeiten heute in interdisziplinären Kooperationen miteinander. Mehr als drei Viertel davon werden durch Drittmittel finanziert. Die Wissenschaftler können auf eine ausgezeichnete Infrastruktur zurückgreifen, die Hochleistungsrechner, 3D-Graphiklabore und Scanner umfasst, vor allem aber das einzigartige Potential interdisziplinärer Expertise in den Köpfen der IWR-Mitglieder bietet.

Algorithmen verbinden

 

Besonders stolz ist das IWR auf seine Erfolge in der Exzellenzinitiative, die ihm eine von insgesamt 39 nationalen Graduiertenschulen einbrachte und damit jährlich zusätzliche 1,2 Millionen Euro, die zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses eingesetzt werden. 150 Doktoranden aus allen am IWR vertretenen Fächern gehören zur "Heidelberger Graduiertenschule der mathematischen und computergestützten Methoden für die Wissenschaften" (HGS MathComp), die eine in ihrem wissenschaftlichen Spektrum international einzigartige Institution darstellt. International sind IWR und die Graduiertenschule zudem in ein dichtes Netzwerk von exzellenten Partnerinstitutionen eingebunden, das von der Stanford University im Westen bis zur Tsinghua University im Osten reicht.

Auch die Industrie arbeitet eng mit dem IWR zusammen und finanziert die Grundlagenforschung mit, um die von der Wirtschaft der Zukunft benötigten Methoden zu entwickeln. Prominentes Beispiel ist das größte deutsche Zentrum für Bildverarbeitung, das Heidelberg Collaboratory for Image Processing, kurz HCI, mit seinen Industriepartnern. Die BASF finanziert beispielsweise Grundlagenforschung zur Optimierung von Experimenten, die ihr 80 Prozent Kosten und Zeit spart und bessere Ergebnisse liefert. Beide Projekte gehören zum "Industry on Campus"-Konzept der Universität, das eine engere Kooperation von Hochschul- und Industrieforschung fördert.

Zahlreiche Beispiele belegen, dass die Methoden des Wissenschaftlichen Rechnens sich hervorragend dazu eignen, Brücken zwischen Disziplinen der Universität Heidelberg zu schlagen, eine interdisziplinäre Forschungskultur zu fördern und damit einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung ihres Zukunftskonzeptes zu leisten. Seit den 90er Jahren war das IWR maßgeblich an der Errichtung erfolgreicher Sonderforschungsbereiche federführend und seine interdisziplinären Kooperationen führten zu Erfolgsprojekten, wie BioQuant, BIOMS, ViroQuant und SBCancer, die heute das Bild der molekular-biowissenschaftlichen Universität prägen.

Das IWR schlägt aber auch eine wissenschaftliche Brücke über den Neckar. In den "IWR Pioneering Projects" werden u.a. neue Methoden für Fragestellungen aus der Psychologie, den Geistes- und Kulturwissenschaften entwickelt. Ziel ist, dass sich die Universität dadurch zu einem international sichtbaren Vorreiter für das neue Forschungsgebiet  "Wissenschaftliches Rechnen in den Geisteswissenschaften" entwickeln wird.

Zukunftspläne

 

Das Wissenschaftliche Rechnen und seine Methoden sind gerade erst den Kinderschuhen entwachsen. Die Datenflut in den Bio-, aber auch den Geisteswissenschaften verlangt nach neuen Verfahren der Analyse und Bearbeitung. Und mit dem Erfolg wächst der Wunsch nach noch mächtigeren, vielseitigeren und schnelleren Methoden. Die heute eingesetzten, oft vereinfachten und angenäherten Modelle müssen durch detaillierte, alle wichtigen Aspekte umfassende und präzise kalibrierte ersetzt werden. Und schließlich wird von der übernächsten Generation der Simulation und Optimierung erwartet, dass sie aus dieser simulierten, virtuellen physikalischen Welt heraus direkt optimale Lösungen nach gegebenen Wunschkriterien berechnet, die dann unmittelbar in die Realität umsetzbar sind.

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Last Update: 11.05.2022 - 20:11