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Mathematik verändert die Welt

Berliner Exzellenzcluster MATH+ eröffnet / 52 Millionen Euro fließen in das Großprojekt

Mobilität, individualisierte Medizin, digitale Restauration von Fresken, moderne Produktion oder auch die digitale Kommunikation und Pflege von sozialen Beziehungen haben eins gemeinsam: Hinter allem steckt Mathematik. MATH+, der gemeinsame Exzellenzcluster der Freien Universität Berlin, der Humboldt-Universität zu Berlin und der Technischen Universität Berlin, getragen auch vom Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) und vom Zuse Institut Berlin (ZIB), hat sich zum Ziel gesetzt, mathematische Strategien und Methoden zu erforschen, um diese und weitere Anwendungsfelder zu entwickeln. MATH+ schreibt im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder die Erfolgsgeschichten des renommierten Berliner Forschungszentrums MATHEON und der Berlin Mathematical School (BMS) als Graduiertenschule fort. Am 14. Mai 2019 feierte der Cluster seine offizielle Eröffnung mit einem großen Festakt im Kosmos Kino Berlin. Mehrere hundert Gäste konnten sich in kurzen Ansprachen und einem Mathe-Slam von dem breiten Spektrum der gesellschaftlich relevanten Forschungsfragen überzeugen, die sich MATH+ auf die Agenda gesetzt hat.

MATH+ will ein Forschungsspektrum abdecken, das von der reinen mathematischen Abstraktion bis zur Lösung von Problemen reicht, die aus den unterschiedlichsten Technologien, den Lebenswissenschaften, der Soziologie und den Geisteswissenschaften stammen. „Wir freuen uns darauf, jetzt gemeinsam mit den Kolleginnen und Kollegen der verschiedensten Disziplinen die Arbeit an den spannenden mathematischen Zukunftsthemen beginnen zu können“, so Dr. Martin Skutella, Sprecher von MATH+ und Professor an der Technischen Universität Berlin, der die Veranstaltung eröffnete. „Mathematik ist eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Aber in MATH+ steckt mehr als nur Mathematik. Die anwendungsorientierte Grundlagenforschung des neuen Berliner Clusters lebt von Kooperation und dem Überschreiten von Grenzen – in dem Wissen, dass nur so Neues geschaffen werden kann. Im Fokus stehen dabei mathematische Grundlagen zur Nutzung immer größerer Datenmengen in den Lebens- und Materialwissenschaften, der Energie- und Netzwerkforschung sowie den Geistes- und Sozialwissenschaften.“

Mit rund sechs Millionen Euro pro Jahr finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) den Cluster für die kommenden sieben Jahre. Damit werden aktuell 52 Forschungsprojekte gefördert. Eine Verlängerung für weitere sieben Jahre ist nach positiver Evaluation möglich. In dieser Zeit will MATH+ ein Berliner Forschungszentrum für anwendungsorientierte mathematische Grundlagenforschung etablieren. „Wir wollen ein lebendiges wissenschaftliches Ökosystem schaffen, in dem Berliner Mathematiker*innen eng mit interessierten Vertreter*innen anderer Wissenschaften, der Industrie und der Gesellschaft zusammenarbeiten“, so Martin Skutella. Ein wichtiger Teil von MATH+ ist daher auch die Ausbildung von Nachwuchs im Rahmen der Graduiertenschule BMS und die zahlreichen Outreach-Aktivitäten wie der Mathe-Adventskalender, die Vortragsreihe MATH+Inside oder der MATH+eathlon, die insbesondere für Schüler*innen aber auch die allgemeine Öffentlichkeit angeboten werden.

Der Blick hinter die Anwendung

Die Forschung von MATH+ ist in vier sogenannten „Application Areas“ - übergeordnete Forschungsthemen­, die an traditionell starken Berliner Anwendungsgebieten orientiert sind ­­- und fünf sogenannten „Emerging Fields“, also sich noch entwickelnden Themenfelder, strukturiert. Hier werden in einzelnen Projekten anhand spezifischer Probleme neue mathematischen Ansätze, Theorien und Methoden entwickelt.

Das Emerging Field „Extracting Dynamical Laws from Complex Data“ wird gemeinsam von Prof. Dr. Gitta Kutyniok, die auch als MATH+-Koordinatorin für Mathematik in den Datenwissenschaften fungiert, Prof. Dr. Jens Eisert von der Freien Universität Berlin und Prof. Dr. Klaus-Robert Müller, Technische Universität Berlin, geleitet. „Hier beschäftigen wir uns speziell mit der Entwicklung von mathematisch fundierten Zugängen für die Analyse hochkomplexer Datensätze, insbesondere mittels neuronaler Netze“, so die Professorin für Angewandte Funktionalanalysis an der Technischen Universität Berlin. Die Nutzung von neuronalen Netzwerken zur Datenverarbeitung greift immer tiefer in die verschiedensten Lebensbereiche ein. Das Problem dabei: Häufig bleibt den Anwenderinnen und Anwendern verborgen, aufgrund welcher Daten und Prozesse die neuronalen Netze Entscheidungen treffen. „Ein gutes Beispiel, das wir in einem Forschungsprojekt von MATH+ bearbeiten, ist die Generierung von Bildern im Rahmen der Computertomographie“, erläutert Gitta Kutyniok. Bei einer CT-Aufnahme wandert die Strahlenquelle um das aufzunehmende Objekt herum. Dabei ist es aber nicht immer möglich, das Objekt aus allen Winkeln gleich gut zu bestrahlen. In diesen Fällen übernehmen heutzutage oftmals neuronale Netze und generieren aufgrund von vorab gelernten Daten die fehlenden Bildpunkte. Das funktioniert auch sehr gut, allerdings bleibt der Anwenderin und dem Anwender in der Regel verschlossen, wie valide die Annahmen und Berechnungen der neuronalen Netze sind. „Die Bildgenerierung funktioniert meistens heuristisch und gibt keine Einschätzung über realistische Fehler-Wahrscheinlichkeiten. In meinem Projekt möchte ich jetzt die mathematischen Grundlagen und Gesetze hinter den neuronalen Netzen erforschen, um dem Arzt exakte Berechnungen an die Hand zu geben, wie wahrscheinlich die generierten Bildpunkte sind“, erklärt die Wissenschaftlerin.

Grenzüberschreitung als Methode

Auch strukturell strebt der Cluster an, neue Wege zu beschreiten: Um den beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern den intellektuellen Freiraum zu bieten, auch ganz neue Wege zu gehen, wurde das Topic Development Lab geschaffen. Zum Start von MATH+ haben drei Wissenschaftler aus den drei MATH+ tragenden Universitäten, Prof. Dr. Michael Joswig, Technische Universität Berlin, Prof. Dr. Jens Eisert, Freie Universität Berlin und Prof. Dr. Max Klimm, Humboldt-Universität zu Berlin, in diesem Rahmen das erste thematische Einstein Semester entwickelt. „Unser Schwerpunkt liegt dabei auf der Einbindung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, um neue Schnittstellen und Querverbindungen zwischen den drei mathematischen Themen Netzwerkspiele, Tropische Geometrie und Quantenkommunikation zu generieren“, erläutert Prof. Dr. Michael Joswig. Studierende der Berlin Mathematical School (BMS) konnten sich bewerben und nehmen aktuell an Aufbaukursen und Workshops zu den drei Schwerpunktthemen teil, um sich speziell zu qualifizieren. Anfang Juni findet eine große internationale Konferenz mit Expertinnen und Experten aus allen drei Bereichen statt. „Ziel ist es, aus der Konferenz heraus hochaktuelle Fragestellungen zu generieren, mit denen sich Teams der Studierenden anschließend für rund acht Wochen wissenschaftlich auseinandersetzen. Auf diese Weise wollen wir im Laufe des Einstein Semesters neue, disziplinübergreifende und vor allem unerwartete Forschungsthemen aufspüren“, erläutert Michael Joswig.

MATH+ in Zahlen

Gesamt-Fördersumme: 52.352.000 Euro

Die Forschung ist organisiert in:

4 Application Areas:

Life Sciences

Materials, Light, Devices

Networks

Energy and Markets

5 Emerging Fields

  • Extracting Dynamical Laws from Complex Data
  • Digital Shapes
  • Models-Based Imaging
  • Particles and Agents
  • Concepts of Change in Historical Processes

Transfer Unit

Topic Devlopment Lab

Aktuell 52 Forschungsprojekte

Neu geschaffene Stellen:

  • 6 W3 Professuren
  • 6 Tenure Track-Professuren
  • 6 neue Nachwuchsgruppe

Weitere Informationen

Webseite von MATH+

Kontakt

Nadja Wisniewski
Managing Director MATH+

Tel.: 030 314-78651
nadja.wisniewski@tu-berlin.de

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