Elektrotechnik und Informationstechnik

Die Abteilung „Elektrotechnik und Informationstechnik“ (EIT) widmet sich schwerpunktmäßig den Forschungsbereichen Energietechnik, Funksysteme, Medizintechnik sowie der Mikro- Nano- und Optoelektronik. Dabei arbeiten die 20 Professor*innen mit dem Duisburger Fraunhofer-Institut Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS), dem Forschungszentrum Jülich sowie der IMST GmbH in Kamp-Lintfort zusammen.

Höhepunkte der Forschung

Zu den erfolgreichsten Aktivitäten der medizintechnischen Forschung gehört im FG Elektronische Bauelemente und Schaltungen (EBS) die von der DFG geförderten Verbund-Projekte BiMEAs und OptoEpiret. Hierbei geht es um Entwicklungen von hochspezialisierten integrierten Schaltungen, die zusammen mit Mediziner*innen, Biolog*innen und Technolog*innen aus Aachen und Jülich für Betroffene mit Netzhautdisfunktionen das Ziel einer Wiederherstellung der Sehwahrnehmung mit technischen Mitteln verfolgen. Innerhalb des vom BMBF geförderten interdisziplinären Graduiertenkollegs PAnalytics erforschen Doktorand*innen eine nichtinvasive „tragbare“ Sensorik zur Bestimmung des Gemütszustands von Menschen mit dem Ziel zukünftige Mensch-Technik-Schnittstellen personalisiert und zustandsabhängig dynamisch während der Nutzung anzupassen. In enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-IMS und auf Basis von dort verfügbaren Technologien und Einrichtungen werden innovative Methoden zur Oberflächenbeschichtung und -strukturierung erforscht, mit denen das Benetzungsverhalten von Flüssigkeiten lokal elektrisch beeinflusst werden kann. Damit wird zukünftig das Generieren, Bewegen und Teilen kleinster Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen ermöglicht, z.B. in der Labordiagnostik.

Im Bereich mobiler Funksysteme hat das FG Optoelektronik (OE) 60-GHz-Basisstationen mit Millimeterwellen-Strahlformung entwickelt und zum Patent angemeldet und in Kooperation mit zahlreichen industriellen Partnern aus Europa und Japan die Installation eines kompletten mobilen Funknetzes in einem der größten Einkaufszentren Polens koordiniert. Das dort installierte Netz unterstützt sowohl innovative Millimeterwellen-5G-Funktechnik als auch konventionelles LTE und WiFi (Multi Radio Access Technology), angebunden an drei Datenzentren in Warschau durch Glasfaser.

Im Zuge der Industrie 4.0 sind Smart-Technologien und -Systeme von entscheidender Bedeutung. Das FG Automatisierungstechnik und komplexe Systeme (AKS) hat seine Forschung im Bereich Prozessüberwachung und fehlertolerante Regelung verstärkt auf vernetzte und verteilte Systeme mit eingebetteten Smart-Komponenten fokussiert und arbeitet erfolgreich in den Verbundforschungsprojekten GreenEnergyFirst und RadINSPECT (Radar als Qualitätskontrolle in Echtzeit). Die Modellierung und Entwicklung von druckbaren, flexiblen sowie chip-losen Funketiketten (RFIDs) wird gegenwärtig vom FG Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE) im Rahmen zweier größerer Verbundprojekte (DFG und EU EFRE Interreg V) intensiv untersucht. Diese als zukünftige Alternative zum optischen Barcode konzipierte RFID-Technologie ist extrem preiswert (1 Eurocent) und basiert auf druckbaren, µm-großen Silizium-Mikrokonen, welche sich bei Betriebsfrequenzen weit über 10 GHz betreiben lassen.

Im Bereich der Mikro-, Nano- und Optoelektronik wurde das FG Bauelemente der Höchstfrequenzelektronik (BHE) 2017 mit Prof. Nils Weimann als Nachfolge von Prof. F.-J. Tegude neu besetzt. Elektronische Terahertz-Halbleiterbauelemente basierend auf Indiumphosphid (InP) werden im Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) der UDE realisiert und untersucht, u. a. gefördert in zwei Teilprojekten im Sonderforschungsbereich/Transregio 196 MARIE. Das FG Optoelektronik (OE), ebenfalls durch Projekte im SFB/TRR 196 gefördert, war an der Erstellung der im Jahr 2017 erschienenen Terahertz-Science-Roadmap beteiligt und hat weltweit erstmalig eine THz-Funkkommunikation mit höchster spektraler Effizienz – basierend auf optoelektronischen Technologien – vorgestellt.

Im Bereich der Nanopartikelverarbeitung erfolgt die Auswertung der Größenverteilungen von zusammenhängenden Partikelverbünden auf mikroskopischen Bildern immer noch größtenteils von Hand, wobei die Auswertung einer Probe bis zu drei Stunden dauert. Das Ziel des IGF-Vorhabens „20226N – Deep-Learning-Partikelerkennung“ im FG Nanostrukturtechnik (NST) ist es daher, dass zukünftig neuronale Netzwerke selbständig lernen, diese repetitive Aufgabe zu übernehmen. Im Bereich der druckbaren Elektronik steht am FG NST die Anwendung von dotierten Silizium Nano­partikeln für funktionale Schichten als Batterieelektrode in Li-Ionenbatterien, in Solarzellen, für thermoelektrische Anwendungen und für Hochfrequenzanwendungen im Vordergrund.

Im Bereich der Energietechnik werden von den FG Elektrische Anlagen und Netze (EAN) sowie Energietransport und -speicherung (ETS) die Integration erneuerbarer Stromerzeugung in die bestehenden Netze bzw. Aspekte der elektromagnetischen Verträglichkeit erforscht. In einem vom BMBF geförderten Kooperationsprojekt wurde mit einem Industrieunternehmen ein innovatives Messsystem für die breitbandige Erfassung von Strömen in der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung entwickelt, das eine präzisere Erfassung des Netzzustandes und des Zustandes des Konverters ermöglicht. Im Mitte 2018 abgeschlossenen BMBF-Verbundprojekt iShield erarbeitete das FG ETS zusammen mit anderen Hochschulen und der Industrie Lösungen für elektrisch/thermisch/mechanisch belastete Isoliersysteme für große Generatoren und Motoren.

Kooperation und Internationales

Die Wissenschaftler*innen der Abteilung EIT arbeiten unmittelbar mit einer Vielzahl von Partnern aus Forschung und Industrie international zusammen. Der Austausch von Wissenschaftler*innen wird u.a. gefördert durch PPP-Programme des DAAD und die AvH-Stiftung.

Die Abteilung EIT kooperiert weltweit mit zahlreichen akademischen und industriellen Partnern (HITACHI, FINISAR, VODAFONE, CORNING, SIKLU, RUNEL u.a.). So werden die Photonik-Entwicklungen für 5G im europäischen EUIMWP-COST-Netzwerk (https://euimwp.eu/) mit über 50 internationalen Partnern von Duisburg aus koordiniert. Doktorand*innen besuchten weltweit andere Forschungseinrichtungen und zahlreiche Wissenschaftler*innen kamen umgekehrt nach Duisburg, u.a. aus USA, Zypern, Italien, Thailand und Kamerun. Eine starke Zusammenarbeit besteht auch mit dem Tokyo Institute of Technology, Japan, wobei im Rahmen der Mercator-Gastprofessur von Prof. Safumi Suzuki erstmals injektionsgekoppelte Tunneldioden-Oszillatoren bei über 500 GHz demonstriert werden konnten. Mit dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenzelektronik in Berlin, besteht eine enge Kooperation zur Entwicklung von InP-THz-Transistoren.

Die weltweit wichtigste internationale Konferenz zum Thema „Automatische Brandentdeckung“, AUBE (16th International Conference on Automatic Fire Detection), in Hyattsville, MD (USA) wurde 2017 gemeinsam mit der NFPA Fire Protection Research Foundation, Quincy, MA (USA) von Duisburg aus organisiert. An dieser Konferenz, die gemeinsam mit der Suppression and Detection Conference SUPDET 2017 durchgeführt wurde, nahmen 178 Wissenschaftler*innen aus 14 Ländern teil. Sie publizierten insgesamt 84 Beiträge.

Preise und Auszeichnungen

Prof. Steven X. Ding wurde im Forschungsgebiet „Engineering“ als „Highly cited researcher 2017, 2018“ durch Clarivate Analytics ausgezeichnet. Er ist unter den 1 % der meistzitierten Autoren in diesem Forschungsgebiet.

Best Student Paper Award (2nd) am UK-Europe-China Workshop on Millimetre-Waves and Terahertz Technologies (UCMMT 2017) in Liverpool, UK, für den Beitrag: K. Arzi, G. Keller, A. Rennings, D. Erni, F.-J. Tegude, and W. Prost, „Frequency locking of a free running resonant tunneling diode oscillator by wireless sub-harmonic injection locking“.

CENIDE Best Poster Award 2017, Förderpreis 2017 des VDI-Ruhrbezirksvereins und Innovationspreis Ingenieurwissenschaften 2017 der Sparkasse am Niederrhein an Max Frei für seine im Rahmen der Masterarbeit am FG NST erzielten Ergebnisse.

Perspektiven

Zur Stärkung des Schwerpunktbereichs Medizintechnik wurde jüngst eine neue Professur mit dem Profil „Integrierte Mikro- und Nanosysteme für die Medizintechnik“ nach dem Jülicher Modell zusammen mit dem Duisburger Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) neu besetzt: Prof. Karsten Seidl ist dem FG EBS zugeordnet und durch ihn können nun die bereits vielfältig vorhandenen Aktivitäten bei Mikro- und Nanosystemen im Anwendungsbereich der Medizintechnik intensiviert und im Bereich der Biosensoren und biohybriden Systeme ausgeweitet werden. Gleichzeitig ist mit dieser Professur die Gruppenleitung einer neu entstandenen Abteilung des IMS verbunden, wodurch sich intensivere Kooperationen in Forschung und Lehre mit der Abteilung EIT ergeben.

Mit ihrem gemeinsamen Antrag smartBeam haben sich die FG BHE, OE und DSV erfolgreich an der ForLab-Ausschreibung im Rahmen der Hightech-Strategie des Bundes beteiligt. Das Zentrum für Halbleitertechnik und Optoelektronik (ZHO) soll ab Januar 2019 zum deutschlandweit zentralen Forschungslabor für die Strahlformung in der Hochfrequenzlage (THz-Beamsteering) ausgebaut werden.

Durch den im Jahr 2017 eingerichteten Sonderforschungsbereich/Transregio 196 „MARIE – Mobile Material Characterization and Localization by Electromagnetic Sensing“ ergibt sich für die beteiligten FG (BHE, DSV, NTS, ATE und OE) aus der Abteilung EIT eine langfristige Forschungsperspektive. Neben den Wissenschaftler*innen der UDE sind auch Expert*innen der Ruhr-Universität Bochum, der Bergischen Universität Wuppertal, der Technischen Universität Darmstadt und der beiden Fraunhofer-Institute IMS in Duisburg und FHR in Wachtberg beteiligt.