Forschungsschwerpunkte - Forschungsmatrix

Die TU Wien definiert ihr Forschungsprofil basierend auf  bestehenden Stärken und Kompetenzen und hat daher fünf Forschungsschwerpunkte für die TU Wien festgelegt: Computational Science and Engineering, Quantum Physics and Quantum Technologies, Materials and Matter, Information and Communication Technology sowie Energy and Environment.

Die TUW-Forschungsschwerpunkte wurden von der Fakultätsstruktur losgelöst und mit TU-Forschungsfeldern  hinterlegt. Alle den TU-Forschungsschwerpunkten zugeordneten Forschungsfelder stellen fakultätsübergreifende Kompetenzgebiete dar, die mit TU-Forschungsexpertise belegt sind und damit die wissenschaftliche Profilierung begründen.

Eine detaillierte Auswertung der Forschungsleistungen der TU Wien in Korrelation mit den Forschungsprofilen der Wissenschaftler_innen hat ergeben, dass ca. 80 % der Forschung an der TU Wien in den Forschungsfeldern innerhalb der TU-Forschungsschwerpunkte liegen. Um fachlich gebündelten Forschungen außerhalb der fünf TU-Schwerpunkte, Sichtbarkeit zu geben, wurde die TU-Forschungsmatrix um vier "Additional Fields of Research" erweitert.

Computertechnologien für die Wissensgesellschaft

Neben Experimenten und mathematischen Berechnungen sind Computersimulationen zu einer dritten großen Säule der modernen Wissenschaft geworden.
Viele Forschungsfragen sind heute so komplex, dass sie nur mit aufwändigen numerischen Berechnungen beantwortet werden können. Seit Jahren stößt die TU Wien mit Leistungen aus der Computerwissenschaft auf große internationale Beachtung.

Schneller, besser, genauer

An der TU Wien wird sowohl an den Fundamenten der Computertechnologie geforscht als auch an der Anwendung für konkrete naturwissenschaftliche und technologische Fragestellungen. Neue mathematische Methoden werden entwickelt, um umfangreiche Rechenaufgaben effizienter lösen zu können. In der Informatik werden durch fundiertes Wissen aus dem Software- und Hardwarebereich die Grenzen des Möglichen immer weiter hinausgeschoben. Doch egal wie leistungsfähig große, moderne Parallelrechner werden, egal wie intelligent neue numerische Methoden sind – für die ständig wachsenden Anforderungen, die Wissenschaft und Technik an Computer und ihre Rechenleistung stellen, ist das Beste immer nur gerade gut genug. Ob in der Atomphysik oder der Baustatik, ob in der Materialchemie oder der Strömungslehre – jede Verbesserung der Rechenleistung wird sofort genützt, um die Genauigkeit und Detailtiefe von Simulationen und Modellrechnungen zu erhöhen. An der TU Wien steht ein ganz besonders leistungsfähiger Großrechner für numerische Simulationen zur Verfügung: Der Vienna Scientific Cluster (VSC) wird an der TU Wien betrieben und gemeinsam mit anderen österreichischen Universitäten für viele unterschiedliche Forschungsprojekte genutzt. Ein Beispiel für die exzellente Forschung in diesem Bereich sind die computergestützten Materialwissenschaften. Das fakultätsübergreifende Kooperationszentrum "Computation of Materials" gilt als eines der weltweit führenden Forschungszentren in der quantenmechanischen Berechnung von Materialeigenschaften. Wenn man das Verhalten der kleinsten Materiebausteine versteht, kann man nicht nur grundlegende naturwissenschaftliche Rätsel lösen, sondern auch neue Werkstoffe für die Industrie entwickeln.

Die Quantenwelt technisch nutzen 

Wie fest die Quantentechnologie heute bereits in unserem Alltag verwurzelt ist, wird uns oft kaum bewusst:
Mikrochips steuern unsere elektronischen Geräte, Laserstrahlendienen zur Informationsübertragung, High-Tech- Sensoren machen unser Leben sicherer. Was vor einigen Jahrzehnten noch akademische Grundlagenforschung war, ist heute die Basis ganzer Industriezweige. Die moderne Elektrotechnik nutzt viele Aspekte der Quantentheorie. Mikroelektronische Bauteile werden mit Erkenntnissen der Quantenforschung weiterentwickelt. Neuartige Lichtquellen werden an der TU Wien hergestellt – etwa spezielle Laser im Terahertz-Bereich, der bisher technologisch kaum zugänglich war, oder Quanten-Kaskaden-Laser, die man für vielseitige Sensorsysteme einsetzen kann. Ultrakurze Laserpulse eröffnen ganz neue Möglichkeiten, die Welt der Atome und Moleküle zu untersuchen. Auch für die Chemie ist fundierte Quanten-Forschung heute unerlässlich – gerade im Bereich der Materialchemie gehen Quantenphysik und Chemie oft nahtlos ineinander über.

Von den Grundlagen zur Quanten-Technologie 

Mit spektakulären wissenschaftlichen Erfolgen im Bereich der Quantenforschung sorgt die TU Wien immer wieder für internationales Aufsehen. Atom-Chips ermöglichen tiefere Einblicke in die Atomphysik. Ein besseres Verständnis von Quanten-Interferenz und Quanten-Dekohärenz öffnet die Türen zu möglichen neuen Anwendungen: Vielleicht werden Quanten-Informations-Technologie und Quanten-Computer eines Tages ebenso alltäglich sein wie Mikrochips und Laser. Ohne eine solide theoretische Basis ist eine Weiterentwicklung der Quantentechnologie nicht möglich. In der theoretischen und numerischen Quanten-Forschung reichen die Leistungen der TU Wien von der rechnerischen Analyse von experimentellen Ergebnissen über große quantentheoretische Computersimulationen, wie sie etwa in der Festkörperphysik längst unverzichtbar geworden sind, bis hin zu den fundamentalsten, abstraktesten Fragestellungen, die unsere moderne Naturwissenschaft zu bieten hat – etwa aus dem Bereich der Quantenfeldtheorie, der Stringtheorie oder der Quantengravitation.

Die Eigenschaften von Materialien verstehen 

Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit – ganze historische Epochen benennen wir nach den Materialien, die damals verarbeitet wurden. Welche Materialien werden in Zukunft unser Leben bestimmen? Die TU Wien leistet in vielen ganz unterschiedlichen Forschungsprojekten wichtige Pionierarbeit auf der Suche nach den Materialien von morgen.
Materialwissenschaft ist ein ganz besonders interdisziplinäres Gebiet. Manche Forschungsfragen lassen sich nur dann beantworten, wenn unterschiedliche Fachrichtungen zusammenarbeiten. An der TU Wien gibt es höchst erfolgreiche fakultätsübergreifende Forschungsprojekte: Etwa die Arbeit an Metalloxiden, im Grenzbereich zwischen Physik und Chemie, oder die lichtgesteuerte Herstellung von Mikrostrukturen, an denen Forschungsteams aus Maschinenbau und Chemie beteiligt sind.

Das Große und das Kleine 

Materialforschung wird auf ganz unterschiedlichen Größenskalen betrieben: Sie beschäftigt sich mit den atomaren Eigenschaften neuartiger Nanostrukturen genauso wie mit der Festigkeit neuer Baumaterialien oder speziellen Metallen für Autos oder Flugzeuge. Manchmal ist es auch unerlässlich, die mikroskopische und die makroskopische Welt in einem Forschungsprojekt zu vereinen. Makroskopische Materialeigenschaften lassen sich auf Mikro-Ebene erklären. Ganz neue, exotische Materialeigenschaften versprechen spannende technologische Anwendungen. Das Phänomen der Supraleitung stellt uns bis heute vor ungelöste Fragen. Faszinierende neue elektromagnetische Materialeigenschaften spielen eine wichtige Rolle in der Mikroelektronik. In solchen besonders grundlegenden Forschungsgebieten hängt die Materialforschung eng mit den Forschungsschwerpunkten "Quantum Physics and Quantum Technologies" sowie "Computational Science and Engineering" zusammen. Viele der besten Materialien hat die Natur bereits erfunden. Biomimetik, das Nachahmen von Ideen aus der Natur für technologische Anwendungen, spielt gerade in der Materialforschung eine wichtige Rolle. Mikrostrukturen auf der Haut von Haifischen optimieren ihre hydrodynamischen Eigenschaften. Bäume wachsen dutzende Meter in den Himmel, weil ihr Holz ihnen bemerkenswerte Stabilität verleiht. Wenn wir die Tricks der Natur verstehen, können wir sie nachahmen und schließlich in der technologischen Nutzung noch weit über die natürlichen Vorbilder hinausgehen.

Technik, die uns miteinander reden lässt

Welche Entwicklungen werden zukünftige Generationen als die entscheidenden Leistungen unserer Epoche betrachten? Mit Sicherheit wird die Informations- und Kommunikationstechnologie dazugehören. Elektronische Datenverarbeitung, mobile Kommunikation und das Internet haben unser Leben völlig verändert, und diese Revolution dauert noch immer an. Die TU Wien ist bestens dafür gerüstet, wichtige Beiträge zu diesem gesellschaftlich und wirtschaftlich so bedeutenden Forschungsschwerpunkt zu liefern. Besonders an der Fakultät für Informatik sowie an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik steht der Schwerpunkt "Informations- und Kommunikationstechnologie" im Zentrum des Interesses. Ob Mobiltelefon oder Internet, ob Glasfaserkabel oder Mikrochip – in vielen Fällen lassen sich Datenübertragung und Datenverarbeitung nicht strikt getrennt voneinander betrachten. Hardware- und Softwareaspekte müssen gemeinsam in die Forschung einbezogen werden. Nur eine große Forschungseinrichtung wie die TU Wien kann diese unterschiedlichen Themen wirkungsvoll zusammenführen.

Netze aus Daten und Ideen 

Die theoretischen Fundamente dieses Forschungsbereichs liegen in der formalen Logik. Vor einigen Jahrzehnten war sie noch ein rein abstraktes Grundlagenforschungsgebiet, heute liefert sie entscheidende Impulse für die Softwareindustrie. Leistungsfähigere Computer und schnellere Datenübertragung eröffnen ständig neue Forschungsfelder: Die Telekommunikation muss mit den steigenden Anforderungen Schritt halten, Computernetzwerke und große Parallelrechner müssen effizient geplant und betrieben werden. Das Internet bringt uns nach wie vor neue Chancen, konfrontiert uns aber auch mit neuen Herausforderungen, etwa im Bereich der Datensicherheit. Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Computer wird neu überdacht, virtuelle Realitäten und zeitgemäße Visualisierungstechnologien werden erarbeitet.
Dass unsere Computer weltweit vernetzt sind, ist heute ganz selbstverständlich. Die TU Wien erforscht, wie diese Vernetzung in Zukunft noch umfassender und dichter wird: Automatisch kommunizierende Autos sollen den Straßenverkehr sicherer machen. Vernetzte Gebäude und Geräte sollen Energie sparen – ein "Internet of Things" entsteht. Die Welt vernetzt sich, wir vernetzen uns mit ihr.

Forschung in Grün

Wie lösen wir die Herausforderungen im System Energie? Was bedeutet der Klimawandel für uns? Wie gehen wir vernünftig mit unseren Ressourcen um, und wie halten wir Luft und Wasser sauber? Forschungsfragen aus dem Bereich Energie und Umwelt berühren unser Leben ganz direkt. Dieser Forschungsschwerpunkt ist der wohl interdisziplinärste und vielfältigste: Alle Fakultäten der TU Wien sind mit unterschiedlichsten Forschungsthemen beteiligt. Um die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu fördern, wurde das Forschungskoordinationszentrum "Energie und Umwelt" eingerichtet, das die bestehenden Forschungsinitiativen im Haus gliedert, verknüpft, fördert und Synergien nutzt.

In Zukunft werden wir unseren Strom aus vielen verschiedenen Energiequellen gewinnen. Die TU Wien liefert wertvolle Forschungsideen dafür – von Wasserkraft bis zur Solarenergie. Im Bereich der Biomasseverwertung sorgt die TU Wien seit Jahren für internationales Aufsehen. Die Versuchsanlagen in Güssing, entstanden mit Know-how der TU Wien, haben mittlerweile weltweiten Bekannheitsgrad erlangt. Doch die Stromerzeugung ist erst der Anfang: Genauso wichtig ist es, über Energiesparmöglichkeiten und über Energiespeichermethoden nachzudenken. Auch die Stromnetze werden in Zukunft anders aussehen als heute. Wenn unsere großen Kraftwerke durch viele kleine alternative Stromerzeuger ersetzt werden sollen, dann brauchen wir smarte Netze, die damit umgehen können. All diese technischen Ideen müssen letztlich auch in einem ökonomischen und politischen Kontext betrachtet werden.

Technik für die Umwelt

Fast alle Aspekte unseres Lebens könnten wir noch umweltfreundlicher gestalten – das beginnt bereits beim Wohnen: die TU Wien beschäftigt sich mit energieeffizientem Bauen, mit neuen, umweltfreundlichen Baustoffen und mit umweltfreundlicher Gebäudetechnologie. Auch soziologische Aspekte dürfen nicht außer Acht gelassen werden – bis hin zu Planungsideen für ganze Städte oder Länder. Nachhaltige Materialien, Produktionsprozesse und Technologien – meist in Verbindung mit Digitalisierung - können uns helfen, Energie und Rohstoffe zu sparen. Eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung technischer Verfahren spielen dabei neue Biotechnologien, die sich mit der Nutzung von biologischen Systemen zur Realisierung von Anwendungen in Industrie, Landwirtschaft, Umwelt und Medizin beschäftigen. Neue Mobilitätsideen sollen unseren Bedarf an fossilen Brennstoffen reduzieren und ein multimodales, nachhaltiges und emissionsarmes Verkehrssystem schaffen. Stoffkreisläufe müssen geschlossen werden -  Abfälle dürfen nicht als schädliche Last, sondern müssen als wertvolles Rohstofflager gesehen werden. Die TU Wien entwickelt Umweltanalyse-Methoden, um Wasser, Luft und Böden zu untersuchen, zu vermessen und zu modellieren – sei es nun vor Ort, im Labor oder durch satellitengestützte Verfahren. Neue Erkenntnisse aus Untersuchungen der Wasserqualität dienen dabei unmittelbar als Grundlage effektiver und nachhaltiger Maßnahmen im Bereich Wasser und Gesundheit. Umweltmonitoring, das v.a. im Bereich Naturgefahren-Management eine zentrale Rolle spielt, liefert uns verlässliche Daten über Zustand und Entwicklung der Umwelt, wenn neue Strategien gefunden werden sollen.
Zukunftsweisende Grundlagenforschung und praxisnahe angewandte Forschung ermöglichen es, all diese Vorgänge besser zu verstehen und die Umwelt zu schützen.

Forschungskoordinationszentrum Energie und Umwelt, Link

Der Großteil der Forschungsaktivitäten der TU Wien kann den fünf Forschungsschwerpunkten zugeordnet werden. Darüber hinaus gibt es aber noch eine Reihe von zusätzlichen Forschungsfeldern, die zwar weniger umfassend und interdisziplinär sind, aber dennoch eine große Bedeutung für den Erfolg und die wissenschaftliche Produktivität der TU Wien haben. Als „Additional Fields of Research“ sind sie in der Universitätsstruktur verankert.

Im Forschungsfeld „Fundamental Mathematics Research“ geht es um Fragestellungen aus der reinen Mathematik, die sich meist nicht von konkreten technologischen Anwendungen ergeben, sondern aus der Neugier an der fundamentalen Mathematik selbst. Die Wissenschaftsgeschichte zeigt, wie oft gerade solche scheinbar anwendungsfernen Gebiete die industrielle Forschung erst ermöglichen – etwa in der Kryptographie oder der Computergraphik.

„Mathematical Methods in Economics“ ist ein Feld, das aus der heutigen Mathematik nicht mehr wegzudenken ist: Bereiche wie Volkswirtschaft, Ökonometrie, Finanz- oder Versicherungsmathematik benötigen komplexe mathematische Werkzeuge. Ein weiteres Forschungsfeld der TU Wien widmet sich insbesondere der Raumplanung: „The European City – between Selforganization and Controllability“ ist ein Gebiet, das viele Aspekte zusammenfasst – einschließlich sozialwissenschaftlicher, politischer und juristischer Fragestellungen. Im Forschungsfeld „Development and Advancement of the Architectural Arts“ knüpft die TU Wien Verbindungen zwischen Wissenschaft und Kunst – unverzichtbar für Forschung und Lehre in der Architektur.