Die Forschungsstrategie der TU Wien FORSCHUNG 2013 TU Wien Research Strategy FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Content

Rector’s Introduction 5

Research: Introduction of the Vice-Rector for Research and Innovation 6

The Five Research Focal Areas of TU Wien 10

Computational Science and Engineering 12

Quantum Physics and Quantum Technologies 16

Materials and Matter 20

Information and Communication Technology 24

Energy and Environment 28

Additional Fields of Research 32

TU Goes BIO 34

TUWIn 4.0 36

Entrepreneurial University 38

2|3

AKTUALISIEREN Inhalt

Vorwort der Rektorin 5

Forschung: Vorwort des Vizerektors für Forschung und Innovation 7

Die fünf Forschungsschwerpunkte der TU Wien 11

Computational Science and Engineering 13

Quantum Physics and Quantum Technologies 17

Materials and Matter 21

Information and Communication Technology 25

Energy and Environment 29

Additional Fields of Research 33

TU Goes BIO 35

TUWIn 4.0 36

Entrepreneurial University 38

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 4|5 Sabine Seidler, Rektorin / Rector

Rector's Introduction Vorwort der Rektorin

The largest technical and scientific university in 3.700 TU Wien-Wissenschaftler_innen finden an Austria provides its more than 3,700 scientists with a der größten technisch-naturwissenschaftlichen Universität research environment which promotes high-quality in Österreich ein Forschungsumfeld vor, das qualitativ fundamental and application-oriented research in equal hochwertige Grundlagen- und anwendungsorientierte measure and purveys the cornerstones of a modern Forschung gleichermaßen fördert und das die Grundpfei- university: research, teaching and innovation. Through- ler für eine moderne technische Universität, bestehend out its 200-year history, TU Wien has evolved into a aus Forschung, Lehre und Innovation, bildet. Die Techni- modern research university with high aspirations. Numer- sche Universität Wien hat sich in ihrer mehr als 200-jähri- ous successful cooperation projects between science and gen Geschichte zu einer modernen Forschungsuniversität economy mean that innovation can be driven forward as mit hohem Anspruch an sich selbst entwickelt. Zahlreiche a shared duty of University and companies. The great erfolgreiche Kooperationen zwischen Wissenschaft und extent of external funding that has been raised clearly Wirtschaft ermöglichen, Innovation als gemeinsame shows that TU Wien is essential to consolidating the Aufgabe von Universität und Unternehmen wahrzuneh- research centre and strengthening the Central European men. Mit einem hohen Anteil an eingeworbenen Drittmit- innovation location of Austria and its capital Vienna. teln zeigt die TU Wien deutlich, dass sie für die Festigung des Forschungsstandortes und Stärkung des zentraleuro- päischen Innovationsstandortes Österreich und der Bundeshauptstadt Wien unverzichtbar ist.

Sabine Seidler

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research

The five great "pillars" of TU Wien's research core activity) through applied research to innovation, the profile focus on “Computational Science and Engineer- i²c, TU Wien's Innovation Incubation Center, was set up ing”, “Quantum Physics and Quantum Technologies”, to run activities such as a diploma supplement on innova- “Materials and Matter”, “Information and Communication tion, the StartAcademy for scientists, the TUW i²ncubator Technology” and “Energy and Environment”. TU Wien's and an entrepreneurship platform for students and activities are assigned to fields of research that are mostly researchers with seminal ideas, thus laying the ground- interdisciplinary (embracing multiple faculties or insti- work for start-ups. tutes) and fall within these focal areas. The research profile is developed along the lines of this "TUW research Furthermore, TU Wien has established TU-Bio to matrix" and underpinned by an appointments policy, provide a home base for its research activities in this area. internal advancement programmes, the alignment of At TU Wien, expertise in bioscientific and biotechnical research infrastructure and complementary support for activities within many fields of the TU research matrix is researchers who are successful in attaining renowned merged under the umbrella of TU -Bio and is therefore grants and sponsorships. made visible not only internally, but also externally in academia and business, as well as to funding bodies, in In order to distinguish, evaluate and promote the form of interdisciplinary material. research pooled according to specialism outside the five key TU areas, four “Additional Fields of Research” have been added to the TU research matrix, encompassing the development of the arts and basic (financial) mathemati- cal research. What is particularly important is to ensure that the interaction between fundamental research and application-oriented research bridges the gap between the natural sciences and engineering. An institution such as TU Wien should meet the standards expected of a research university as well as those expected of an entrepreneurial university. In order to build a value chain stretching from fundamental research (the university's

6|7 Johannes Fröhlich, Vizerektor für Forschung und Innovation Vice-Rector for Research and Innovation

Forschung

Die fünf großen „Säulen“ des Forschungsprofils Eine Institution wie die TU Wien soll den Ansprü- der TU Wien fokussieren auf „Computational Science and chen einer „Research University“ ebenso wie der einer Engineering“, „Quantum Physics and Technologies“, „Entrepreneurial University“ gerecht werden. Dafür, um „Materials and Matter“, „Information and Communication eine Wertschöpfungskette von der Grundlagenforschung Technology“ sowie „Energy and Environment“. Die – das Kerngeschäft einer Universität – über die angewand- Aktivitäten der TU Wien sind mit überwiegend interdiszip- te Forschung zur Innovation zu bauen, wurde das i²c, das linären bzw. fakultäts- oder institutsübergreifenden, Innovation Incubation Center der TUW, eingerichtet, das diesen Forschungsschwerpunkten untergeordneten mit Aktivitäten wie einem Diploma Supplement on Forschungsfeldern hinterlegt. Entlang dieser „TUW-For- Innovation, der StartAcademy für Wissenschaftler_innen, schungsmatrix“ erfolgt die Profilbildung, insbesondere dem TUW i²nkubator und einer Entrepreneurship Platt- über die Berufungspolitik, die internen Förderprogramme, form für Studierende und Forscher_innen mit Gründungs- die Ausrichtung der Forschungsinfrastruktur sowie die ideen den Nährboden für Start-ups legt. komplementäre Unterstützung von Forscher_innen, die bei renommierten Grants und Förderprogrammen erfolg- Weiters gibt die TU Wien mit „TU-Bio“ ihren reich sind. dahingehend orientierten Forschungsaktivitäten eine „Homebase“: An der TU Wien werden in vielen Feldern Um jenen, durch entsprechende Leistungen innerhalb der TU-Forschungsmatrix angesiedelte Experti- ausgewiesenen, fachlich gebündelten Forschungen sen zu biowissenschaftlichen und biotechnischen Aktivitä- außerhalb der fünf TU-Schwerpunkte, Sichtbarkeit zu ten unter diesem Schirm gebündelt und somit sowohl geben und diese auch evaluieren/profilieren zu können, inneruniversitär als auch nach außen für Akademia und ist die TU-Forschungsmatrix durch vier „Additional Fields Wirtschaft sowie für Fördergeber als interdisziplinäre of Research" erweitert. Diese betreffenden Bereiche Querschnittsmaterie sichtbar gemacht. umfassen die Entwicklung der Künste und der (wirtschafts-) mathematischen Grundlagenforschung. Besonders Die auf Basis der „Ressource TU Wien“ erzielten wichtig ist, durch das Zusammenwirken der Grundlagen- Erfolge können sich sehen lassen: zahlreiche Teilnahmen forschung und der anwendungsorientierten Forschung an den Exzellenzprogrammen des FWF (Spezialfor- eine Brücke von den Natur- zu den Ingenieurswissen- schungsbereiche: SFB, Doktoratskollegs: DKs und Nationa- schaften zu bilden. le Forschungsnetzwerke (NFN), über 20 START-Preisträ-

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 » Research » Forschung

The success achieved based on "Resource TU number of patents awarded and is also the only Austrian Wien" is plain to see: regular participation in the FWF university to have won top INVENTUM awards for patents excellence programmes (special research areas: SFB, during the years 2014 and 2015. In 2016, a joint project doctoral courses: DKs and national research networks: of TU Wien and BOKU won the "Staatspreis Patent". NFN), over 20 START award winners, several Wittgenstein Patents must be seen as important assets for TUW award winners, 19 ERC grant-holders and major prizes at spin-offs but also as marketing benefits for researchers the Houska Award given by the B&C Privatstiftung in intending to collaborate with companies. recognition of applied research projects implemented with partners from commerce. With 14 active Christian This success shows that TU Wien is making an Doppler (CD) laboratories, TU Wien is the most represent- outstanding contribution to innovations all the way along ed university within this research advancement pro- the value chain, from fundamental research to the gramme. translation of this into applied research, right through to application. TU Wien is hallmarked by the excellence of its 2016 saw the university receive approx. EUR 89 researchers in the areas in which TU Wien specialises. It million of third-party funding. In the seventh framework follows that TU Wien has the very best conditions in programme organised by the EU, TU Wien was the most which to continue its success story. successful institution and, by launching more than 360 projects, raised some EUR 103 million in total. The launch of the new EU research framework programme Horizon 2020 has also been successful, attracting approx. EUR 52 million of funding. In terms of transferring technology and knowledge through the patent system, TU Wien is also spearheading progress in Austria, not least because Johannes Fröhlich of the support the researchers receive from the “Research and Transfer Support” service unit. In the inventors' ranking issued by the Austrian patent office in 2014, 2015 and 2016 TU Wien stands alongside businesses as the only Austrian university to feature in the top ten for

8|9 Chemie: Mitmachlabor Chemistry Kids Lab

ger_innen, mehrere Wittgenstein-Preisträger_innen, 19 „Staatspreis Patent". Patente sind als wichtige Assets für ERC-Grant-Inhaber_innen und Hauptpreise beim Houska- TUW-Spin-offs, aber auch als Marketing-Vorteil für Preis, der von der B&C Privatstiftung für mit Partnern aus Forscher_innen bei Kooperationsvorhaben mit Unterneh- der Wirtschaft umgesetzte, angewandte Forschungspro- men zu betrachten. jekte vergeben wird. Mit 14 aktiven Christian Doppler (CD) Laboren ist die TU Wien die am stärksten vertretene Diese Erfolge zeigen, dass die TU Wien entlang Universität im Rahmen dieses Forschunsgsförderungspro- der Wertschöpfungskette von der Grundlagenforschung gramms. über angewandte Forschung in der Translation bis hin zur Anwendung einen herausragenden Beitrag zu Innovatio- 2016 wurden Drittmittelerlöse in der Höhe von nen leistet. Die TU Wien definiert sich über die Exzellenz etwa 89 Millionen Euro lukriert. Im abgelaufenen 7. ihrer Forscherinnen und Forscher in den Kompetenzgebie- Rahmenprogramm der EU war die TU Wien die erfolg- ten der TU-Forschungsschwerpunkte: Damit sind die reichste Institution und hat mit mehr als 360 Projekten allerbesten Voraussetzungen für eine Fortsetzung der insgesamt etwa 103 Millionen Euro eingeworben. Der Erfolgsgeschichte TU Wien gegeben. Start in das neuen EU-Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 ist mit ca. 52 Millionen Euro an Fördermit- teln ebenfalls gut gelungen. Auch im Bereich Technolo- gie- und Wissenstransfer durch Patente ist die TU in Österreich im Spitzenfeld positioniert, nicht zuletzt aufgrund der Unterstützung, die die Forscher_innen aus der Serviceeinrichtung „Forschungs- und Transfersupport“ Johannes Fröhlich bekommen. Im Erfindungsranking der Jahre 2014, 2015 und 2016 des Österreichischen Patentamtes findet sich die TU Wien als einzige österreichische Universität bei erteilten Patenten inmitten der Unternehmenslandschaft jeweils unter den Top Ten, ebenso beim INVENTUM für die Patente der Jahre 2014 und 2015. 2016 gewann ein Gemeinschaftsprojekt von TU Wien und BOKU den

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research strategy Forschungsstrategie

Five Research Focal Areas Fünf Forschungsschwerpunkte

TU Wien is Austria's largest technical and All these research focal areas are interdisciplinary; scientific university. It sees itself primarily as a research this encourages networking amongst the various research institution. As a university of technology, TU Wien groups from TU Wien and working together to achieve covers a wide spectrum – from abstract pure research and even greater international recognition. the fundamental principles of science, to applied techno- logical research and partnership with industry. Theory and Naturally, it is impossible to be completely rigid application are not opposites for TU Wien – linking both in the setting of such focal areas. There will always be areas adds value to both research and teaching. individual research projects that at first sight do not fit neatly within one of the five research focal areas. The Science is not limited by national borders. TU rectorate of TU Wien is committed to continuing support Wien is part of an international network and benefits of other research fields – overly rigid control could inhibit from numerous collaborative ventures with partner creativity and innovation and would also contravene the establishments worldwide and competes with the leading freedom of research as protected by law. experts on the planet. An international reputation for research is achieved only by concentrating capabilities Some of the scientific fields that go beyond and focussing on particular fields. TU Wien has therefore the research focal areas of TU Wien were specifically selected five research focal areas: considered as the "Additional Fields of Research" within the TU Wien research strategy including the development • Computational Science and Engineering of the arts that play an important role in the Faculty of • Quantum Physics and Quantum Technologies Architecture and Planning, town planning, research • Materials and Matter into basic mathematics and mathematical methods in • Information and Communication Technology economics. • Energy and Environment

10|11 Computational Quantum Physics Information and Additional Materials and Energy and Science and and Quantum Communication Fields of Matter Environment Engineering Technologies Technology Research

Die Forschungs- Energy Active Development and Computational Surfaces matrix der TU Photonics Logic and Computation Buildings, Settlements Advancement of the Materials Science and Interfaces and Spatial Infrastructures Architectural Arts Wien The TU Wien research matrix Computer Quantum Metrology Computational Materials Engineering and Sustainable and Low Urban and Regional and Precision Fluid Dynamics Characterization Software-intensive Emission Mobility Transformation Measurements Systems

Climate Neutral, Rene- Computational Quantum Modeling Automation and Fundamental Metallic Materials wable and Conventional System Design and Simulation Robotics Mathematics Research Energy Supply Systems

Mathematical and Environmental Non-metallic Information Systems Mathematical Algorithmic Nanoelectronics Monitoring and Climate Materials Engineering Methods in Economics Foundations Adaptation

Visual Computing Computer Design and Engineering Efficient Utilisation Composite Materials and Human-Centered Science Foundations of Quantum Systems of Material Resources Technology

Sustainable Modeling Quantum Many-body Biological and Bioactive Digital Transformation Production and and Simulation Systems Physics Materials in Manufacturing Technologies

Special and Telecommunication Engineering Materials

Structure- Sensor Systems Property-Relationship

Die Technische Universität Wien ist die größte • Information and Communication Technology technisch-naturwissenschaftliche Universität Österreichs. (Informations- und Kommunikationstechnologie) Sie versteht sich in erster Linie als Forschungsinstitution. • Energy and Environment (Energie + Umwelt) Als technische Universität deckt die TU Wien ein breites Spektrum ab – von der abstrakten Grundlagenforschung Alle diese Forschungsschwerpunkte sind und den fundamentalen Pfeilern der Wissenschaft inter­disziplinär angelegt: Forschungsgruppen aus bis hin zur angewandten technologischen Forschung unterschiedlichen Instituten und Fakultäten der TU Wien und Kooperationen mit der Industrie. Theorie und werden dadurch motiviert, sich zu vernetzen und Anwendung sind an der TU Wien kein Gegensatz – gemeinsam eine noch höhere internationale Sichtbarkeit durch die Verknüpfung beider Seiten entsteht ein zu erreichen. Freilich kann eine solche Schwerpunkt- Mehrwert in Forschung und Lehre. setzung nicht rigide verordnet werden: Es wird immer einzelne Forschungsprojekte geben, die auf den ersten Wissenschaft kennt keine Staatsgrenzen. Die TU Blick nicht ins Zentrum eines der fünf Schwerpunkte Wien ist international vernetzt, profitiert von zahlreichen fallen. Die Leitung der TU Wien bekennt sich dazu, Kooperationen mit Partnereinrichtungen auf der ganzen weiterhin auch diese Forschungsfelder zu unterstützen Welt und steht im Wettbewerb mit den klügsten Köpfen – eine allzu strikte Steuerung könnte Kreativität und auf unserem Planeten. Internationale Strahlkraft kann Innovationskraft hemmen und würde auch der gesetzlich man in der Forschung nur erreichen, wenn man seine verankerten Freiheit der Forschung widersprechen. Fähigkeiten bündelt und in bestimmten Gebieten fokussiert. Die TU Wien hat daher fünf strategische Einige der über die Forschungsschwerpunkte der Forschungsschwerpunkte ausgewählt: TU Wien hinausgehenden Wissenschaftsgebiete wurden in der Forschungsstrategie der TU Wien explizit als • Computational Science and Engineering „Additional Fields of Research“ verankert: Dazu gehört die (Computerbasierte Wissenschaften) Entwicklung der Künste, die an der Fakultät für Architektur • Quantum Physics and Quantum Technologies und Raumplanung eine wichtige Rolle spielt, die Stadt- (Quantenphysik und Quanten-Technologien) planung, die Forschung in der fundamentalen Mathematik • Materials and Matter (Materialwissenschaften) und die mathematischen Methoden in der Ökonomie.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Computational Science and Engineering

Computational Materials Science Computational Fluid Dynamics Computational System Design mathematical and Algorithmic Foundations Computer Science Foundations modeling and Simulation

Computer Technology for a Knowledge-based Society

Along with experimentation and mathematical Whether it is in nuclear physics or construction calculations, computer simulations have become a third analysis, in materials chemistry or fluid mechanics, every pillar of modern science. Many research questions are advance in computing power is used immediately to now so complicated that they can only be answered­ with increase the accuracy and depth of detail of simulations time-consuming numerical calculations. For several years, and modeling calculations. the computer science services provided by TU Wien have won widespread inter­national acclaim. At TU Wien, a particularly powerful mainframe computer is available for numerical simulations: The Faster, better, more accurate Vienna Scientific Cluster (VSC) is operated at TU Wien and is used for a variety of research projects, in collabora- TU Wien carries out research not only into the tion with other Austrian universities. fundamentals of computer technology, but also into applications for specific scientific and technological The computer supported material sciences are an questions. New mathematical methods are being example of the excellent research in this field. The cross- developed to be able to solve a wide variety of faculty cooperation centre "Computation of Materials" is computational tasks more efficiently. In information one of the world's leading research centres for the technology, established knowledge in the software and quantum mechanical calculation of material properties. If hardware fields is being used to extend the limits of the the behaviour of the very smallest material components is possible ever further. However, irrespective of how understood, it is possible not only to answer fundamental powerful modern parallel computers become, and how scientific questions, but also to develop new materials for clever modern numerical methods are, for the increasing the industry. demands that science and technology place upon computers, only the best is good enough.

12|13 3-D Rekonstruktion am Computer Research Focal Area Haruptatur sedipsunt magnismod Forschungsschwerpunkt © TU Wien Computational Science and Engineering

Computational Materials Science Computational Fluid Dynamics Computational System Design mathematical and Algorithmic Foundations Computer Science Foundations modeling and Simulation

Computertechnologien für die Wissensgesellschaft

Neben Experimenten und mathematischen Ob in der Atomphysik oder der Baustatik, ob Berechnungen sind Computersimulationen zu einer in der Materialchemie oder der Strömungslehre – jede dritten großen Säule der modernen Wissenschaft Verbesserung der Rechenleistung wird sofort genützt, geworden. Viele Forschungsfragen sind heute so um die Genauigkeit und Detailtiefe von Simulationen komplex, dass sie nur mit aufwändigen numerischen und Modellrechnungen zu erhöhen. Berechnungen beantwortet werden können. Seit Jahren stößt die TU Wien mit Leistungen aus der Computer- An der TU Wien steht ein ganz besonders leis- wissenschaft auf große internationale Beachtung. tungsfähiger Großrechner für numerische Simulationen zur Verfügung: Der Vienna Scientific Cluster (VSC) wird Schneller, besser, genauer an der TU Wien betrieben und gemeinsam mit anderen österreichischen Universitäten für viele unterschiedliche An der TU Wien wird sowohl an den Funda- Forschungsprojekte genutzt. menten der Computertechnologie geforscht als auch an der Anwendung für konkrete naturwissenschaftliche Ein Beispiel für die exzellente Forschung in und technologische Fragestellungen. Neue mathemati- diesem Bereich sind die computergestützten Material- sche Methoden werden entwickelt, um umfangreiche wissenschaften. Das fakultätsübergreifende Kooperations- Rechenaufgaben effizienter lösen zu können. In der zentrum „Computation of Materials“ gilt als eines der Informatik werden durch fundiertes Wissen aus dem weltweit führenden Forschungszentren in der quanten- Software- und Hardwarebereich die Grenzen des mechanischen Berechnung von Materialeigenschaften. Möglichen immer weiter hinausgeschoben. Doch egal Wenn man das Verhalten der kleinsten Materiebausteine wie leistungsfähig große, moderne Parallelrechner versteht, kann man nicht nur grundlegende naturwissen- werden, egal wie intelligent neue numerische Methoden schaftliche Rätsel lösen, sondern auch neue Werkstoffe sind – für die ständig wachsenden Anforderungen, die für die Industrie entwickeln. Wissenschaft und Technik an Computer und ihre Rechenleistung stellen, ist das Beste immer nur gerade gut genug.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Computational Science and Engineering

Examples / Beispiele

TU computer program achieves Breaking bones world success on the computer Modern material science at an atomic level requires Computer simulations give an insight into the powerful calculation capacity – and intelligent behaviour of complex materials. ­computer programs, as developed at TU Wien

Materials such as concrete, wood or bone are Computer software is developed at TU Wien that can extremely complex. To be able to understand them, enable advances to be made in the atomic dimension they must be investigated at different structural – for example the "WIEN2k" program. This can be used levels. At first sight, bone material looks uniform, but to simulate many different crystals or surfaces and closer inspection reveals pores and small structures. understand their chemical bonds. This is of great If these structures are examined more closely, other significance in modern materials science. At the computer sub-structures can be identified at a still smaller scale, stage it is possible to tailor materials such that they right down to individual mineral grains and individual assume exactly the properties required. proteins. The TU Wien computer codes are now used worldwide. At TU Wien, methods are developed to simulate To date, over 2.000 software licences have been issued these hierarchically structured materials on the for “WIEN2k”, which clearly shows the high regard in computer. This enables their properties to be which TU Wien developed products are held throughout calculated, better understood and used in a the world. technologically more targeted way.

ERC grants Research at TU Wien has been awarded The Vienna Computational Materials a series of ERC Grants from the European ­Laboratory – a Special Research Program of the Research Council. Austrian Science Fund FWF Additional information: tuwien.ac.at/erc www.sfb-vicom.at

14|15 Elektronendichte in Kristallen – berechnet mit WIEN2k Research Focal Area Electron density in crystals – calculated with WIEN2k Forschungsschwerpunkt Computational Science and Engineering

Mit Computerberechnungen wird die Festigkeit von biologischen Materialien erforscht. Dafür ging ein ERC Grant an die TU Wien.

Computer calculations are used to research the strength of biological materials. This TU Wien research project was awarded an ERC Grant.

TU-Computerprogramm Knochen brechen am Computer wird zum Welterfolg

Computersimulationen geben Einblicke in das Moderne Materialwissenschaft auf atomarer Ebene Verhalten komplizierter Materialien. braucht gewaltige Rechenkapazität – und kluge Computerprogramme, wie sie an der TU Wien Materialien wie Beton, Holz oder Knochen sind höchst ­entwickelt werden. kompliziert: Um sie verstehen zu können, muss man sie auf unterschiedlichen Größenskalen untersuchen. An der TU Wien wird Computersoftware entwickelt, Auf den ersten Blick wirkt Knochenmaterial zwar mit der man in der Materialforschung in atomare gleichmäßig homogen, doch bei näherer Betrachtung Dimensionen vordringen kann – etwa das Programm erkennt man Poren und kleine Strukturen. Sieht man „WIEN2k“. Damit kann man verschiedenste Kristalle oder sich diese Strukturen näher an, erkennt man wieder Oberflächen simulieren und deren chemische Bindungen andere Unterstrukturen auf noch kleinerer Skala – bis verstehen. Für die moderne Materialwissenschaft ist hinunter zu einzelnen Mineralienkörnchen und den das von großer Bedeutung. So kann man bereits am einzelnen Proteinen. Computer Materialien so maßschneidern, dass sie genau An der TU Wien werden Methoden entwickelt, diese die gewünschten Eigenschaften annehmen. komplizierten hierarchisch strukturierten Materialien Die Computercodes der TU Wien werden heute weltweit am Computer zu simulieren. Dadurch kann man ihre verwendet, für „WIEN2k“ wurden mittlerweile über 2.000 Eigenschaften berechnen, sie besser verstehen und Softwarelizenzen vergeben – das zeigt deutlich, welche technologisch gezielter nutzen. Wertschätzung dem an der TU Wien entwickelten Produkt weltweit entgegengebracht wird.

ERC GRANTS Die Forschung der TU Wien wurde mit einer Reihe von ERC Grants des European Das Vienna Computational Materials Labo­ Research Council ausgezeichnet. ratory – ein Spezialforschungsbereich des FWF Mehr dazu: tuwien.ac.at/erc www.sfb-vicom.at

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Quantum Physics and Quantum Technologies

Photonics Quantum Metrology and Precision Measurements Quantum Modeling and Simulation Nanoelectronics design and Engineering of Quantum Systems Quantum Many-body Systems Physics

Using the Quantum World for Technology

It is seldom understood just how deeply From the basics to quantum technology quantum technology is rooted in our everyday lives today. Microchips control our electronic devices, laser With spectacular scientific success in the field beams are used for information transfer and high-tech of quantum research, TU Wien continues to attract sensors make our lives safer. What was a few decades international acclaim. Atom chips enable deeper insight ago still fundamental academic research is now the basis into atomic physics. A better understanding of quantum of whole branches of industry. interference and quantum decoherence opens the door to possible new applications. Perhaps quantum Modern electrical engineering uses many aspects information technology and quantum computers will of quantum theory. Micro-electronic components are one day be just as common as microchips and lasers. developed with knowledge gained from quantum research. Novel light sources are produced at TU Wien, Without a solid theoretical basis, further such as special lasers in the terahertz range, that development of quantum technology is not possible. previously were barely technically achievable, or quantum In theoretical and numerical quantum research, the cascade lasers that can be used for versatile sensor achievements of TU Wien extend from computer systems. Ultra-short laser pulses are opening up brand analysis of experimental results, through large quantum new possibilities for the investigation of the world of theoretical computer simulations that have for a long atoms and molecules. time been essential for solid state physics, to the most fundamental and abstract questions that modern science Quantum research is also now essential for has to pose, from areas such as quantum field theory, chemistry. Especially in the field of materials chemistry, string theory or quantum gravity. quantum physics and chemistry are often merged seamlessly with each other.

16|17 Der TRIGA Mark-II-Forschungsreaktor am Atominstitut ist uner-lässlich für physikalische Grundlagenforschung, fundamentale Quantenphysik, Research Focal Area sowie Forschung zu Medizin und Strahlenschutz. tuwien.ac.at/triga

Forschungsschwerpunkt The TRIGA Mark II research reactor at the Institute of Atomic and Subatomic Physics is crucial for fundamental physical research, quantum physics as well as research in the area of medicine and Quantum Physics and Quantum Technologies radiation protection. tuwien.ac.at/triga

Die Quantenwelt technisch nutzen

Wie fest die Quantentechnologie heute bereits in Von den Grundlagen unserem Alltag verwurzelt ist, wird uns oft kaum bewusst: zur Quanten-Technologie Mikrochips steuern unsere elektronischen Geräte, Laser- strahlen dienen zur Informationsübertragung, High-Tech- Mit spektakulären wissenschaftlichen Erfolgen Sensoren machen unser Leben sicherer. Was vor einigen im Bereich der Quantenforschung sorgt die TU Wien Jahrzehnten noch akademische Grundlagenforschung immer wieder für internationales Aufsehen. Atom-Chips war, ist heute die Basis ganzer Industriezweige. ermöglichen tiefere Einblicke in die Atomphysik. Ein besseres Verständnis von Quanten-Interferenz und Die moderne Elektrotechnik nutzt viele Aspekte Quanten-Dekohärenz öffnet die Türen zu möglichen der Quantentheorie. Mikroelektronische Bauteile werden neuen Anwendungen: Vielleicht werden Quanten- mit Erkenntnissen der Quantenforschung weiterent- Informations-Technologie und Quanten-Computer eines wickelt. Neuartige Lichtquellen werden an der TU Wien Tages ebenso alltäglich sein wie Mikrochips und Laser. hergestellt – etwa spezielle Laser im Terahertz-Bereich, der bisher technologisch kaum zugänglich war, oder Quanten- Ohne eine solide theoretische Basis ist eine Kaskaden-Laser, die man für vielseitige Sensorsysteme Weiterentwicklung der Quantentechnologie nicht einsetzen kann. Ultrakurze Laserpulse eröffnen ganz möglich. In der theoretischen und numerischen Quanten- neue Möglichkeiten, die Welt der Atome und Moleküle Forschung reichen die Leistungen der TU Wien von der zu untersuchen. rechnerischen Analyse von experimentellen Ergebnissen über große quantentheoretische Computersimulationen, Auch für die Chemie ist fundierte Quanten- wie sie etwa in der Festkörperphysik längst unverzichtbar Forschung heute unerlässlich – gerade im Bereich der geworden sind, bis hin zu den fundamentalsten, Materialchemie gehen Quantenphysik und Chemie oft abstraktesten Fragestellungen, die unsere moderne nahtlos ineinander über. Naturwissenschaft zu bieten hat – etwa aus dem Bereich der Quantenfeldtheorie, der Stringtheorie oder der Quantengravitation.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Quantum Physics and Quantum Technologies

Vienna – a quantum capital

Quantum physics as future technology

Just short of a century ago, the Viennese- born Erwin Schrödinger was investigating the Examples / Beispiele remarkable physics of tiny particles. Back then, it was a matter of beginning to under- stand quantum systems for the first time and Quantum effects to develop a mathematical description. in super slow motion Today the objective is to control and monitor quantum systems and to use quantum Using laser pulses, shorter and shorter time periods can be technology. observed. This enables a completely new insight into the physics In Vienna, there are many highly regarded of atoms and molecules. research groups from the field of quantum information and quantum technology. As a Have you ever tried to photograph a passing dragonfly? Fast result, in 2010 the "Vienna Center of movements or rapid processes are difficult to observe. This particularly Quantum Science and Technology" (VCQ) applies to processes in the quantum world. The time scale on which was established by the University of Vienna, atomic processes take place is so small that it is almost beyond human TU Wien and the Austrian Academy of comprehension. Nevertheless, by making use of ultra-short laser Sciences. pulses, it is now possible to observe the time evolution of quantum Quantum research at TU Wien is highly processes. Highly successful research has been carried out at TU Wien regarded, as born out by several ERC Grants into this matter. and important awards (such as EURYI, Wittgenstein- and START-prizes). A combina- Attoseconds: The beat of the quantum dance tion of quantum optics, atomic physics, solid Electrons are torn from atoms, molecules break apart – such quantum state physics and nanotechnology opens the phenomena, that take place on an ultra-short time scale can be door to new quantum technologies. Using investigated by firing ultra-short laser pulses at individual atoms or special atom chips, atom clouds can be molecules. precisely monitored and the behaviour of Now, laser pulses can be generated with a duration of the order of extremely cold Bose-Einstein condensates attoseconds. An attosecond is one billionth of a billionth of a second, can be studied. Nano mechanical devices therefore 10–18 seconds. Compared with time scales that we deal with enable quantum characteristics to be from day to day, this is unimaginably short. An attosecond is to one transported between different systems. second what a second is to more than twice the age of the universe. Ultra-thin glass fibres enable the manipulation and detection of individual SPECIAL RESEARCH PROGRAMS atoms, molecules and photons. Quantum Quantum research at TU Wien is also sponsored through Special metrology enables measurements with Research Programs (SFB – Spezialforschungsbereiche) of the Austrian Science Fund FWF, such as "IR-ON" (Nano structures for Infra Red previously unachievable precision, for Photonics), "Next Lite" (Next Generation Light Synthesis and Interaction) instance by developing new nuclear clocks. or "FoQuS" (Foundations and Applications of Quantum Science).

A complete listing of TU participation in Special Research The Vienna Center of Quantum Programs of the FWF (Austrian Science Fund) can be Science and Technology: found at tuwien.ac.at/sfb vcq.quantum.at

18|19 Wien ist Quanten- Research Focal Area Hauptstadt

Forschungsschwerpunkt Quantenphysik als Quantum Physics and Quantum Technologies Zukunfts-Technologie Als der gebürtige Wiener Erwin Schrödinger vor knapp hundert Jahren über die merkwürdige Physik der winzig kleinen Dinge nach- dachte, ging es darum, Quanten- systeme erstmals zu verstehen und Mit ultrakurzen Laserpulsen wird das Verhalten von mathematisch zu beschreiben. Heute Atomen erforscht. besteht das Ziel darin, Quanten- Ultra short laser pulses are used to study the systeme bewusst zu steuern, zu kont- behaviour of atoms. rollieren und technologisch zu nutzen. In Wien gibt es eine ganze Reihe hochangesehener Forschungs- Quanteneffekte gruppen aus dem Bereich der in Super-Zeitlupe Quanteninformation und Quanten- technologie. Daher wurde 2010 von Mit Hilfe von Laserpulsen lassen sich immer kürzere Zeiträume der Universität Wien, der TU Wien auflösen. Dadurch eröffnen sich ganz neue Einblicke in die Physik und der Österreichischen Akademie der Atome und Moleküle. der Wissenschaften das „Vienna Center of Quantum Science and Haben Sie schon einmal versucht, eine vorbeifliegende Libelle zu Technology“ (VCQ) gegründet. fotografieren? Schnelle Bewegungen oder rasche Prozesse sind schwer zu Die Quanten-Forschung an der TU beobachten. Ganz besonders trifft das auf Vorgänge in der Quanten-Welt Wien ist höchst angesehen, wie zu: Die Zeitskala, auf der atomare Prozesse ablaufen, ist so kurz, dass sie mehrere ERC Grants und wichtige mit unserer menschlichen Vorstellung kaum fassbar ist. Trotzdem gelingt es Auszeichnungen (etwa EURYI, heute mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse, den zeitlichen Ablauf von Quanten- Wittgenstein- und START-Preise) Prozessen zu beobachten. An der TU Wien wird daran höchst erfolgreich beweisen. Eine Verbindung von geforscht. Quantenoptik, Atomphysik, Fest- körperphysik und Nanotechnologie Attosekunden: Der Takt, in dem die Quanten tanzen öffnet den Weg zu neuen Quanten- Elektronen, die aus dem Atom herausgerissen werden, oder Moleküle, die technologien: Mit speziellen Atom- auseinanderbrechen: Quantenphänomene, die auf ultrakurzen Zeitskalen Chips können Atomwolken präzise stattfinden, lassen sich untersuchen, indem man ultrakurze Laserpulse auf kontrolliert werden. So kann man einzelne Atome oder Moleküle abfeuert. das Verhalten von extrem kalten Mittlerweile lassen sich Laserpulse in der Größenordnung von Atto- Bose-Einstein-Kondensaten studie- sekunden herstellen. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel eines Milliardstels ren. Nano-mechanische Systeme einer Sekunde, also 10 hoch minus 18 Sekunden. Verglichen mit den erlauben es, Quanteneigenschaften Zeitskalen, mit denen wir im täglichen Leben zu tun haben, ist das zwischen verschiedenen Systemen unvorstellbar kurz: Eine Attosekunde verhält sich zu einer Sekunde etwa zu transportieren. Ultradünne so wie eine Sekunde zum doppelten Alter des Universums. Glasfasern ermöglichen die Mani- pulation und Detektion von einzel- Spezialforschungsbereiche nen Atomen, Molekülen und Photo- Die Quantenforschung an der TU Wien wird auch durch Spezialforschungs- nen. Quanten-Metrologie ermöglicht bereiche (SFB) des österreichischen Wissenschaftsfonds FWF gefördert – etwa „Next Lite“ (Next Generation Light Synthesis and Interaction) oder „FoQuS“ Messungen von bisher unerreichter (Foundations and Applications of Quantum Science). Präzision, etwa durch die Entwick- lung neuer nuklearer Atomuhren.

Eine vollständige Auflistung der TU-Beteiligungen Das Vienna Center of an Spezialforschungsbereichen des FWF finden Sie unter Quantum Science and tuwien.ac.at/sfb Technology: vcq.quantum.at

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Materials and Matter

Surfaces and Interfaces materials Characterization metallic Materials Non-metallic Materials Composite Materials Biological and Bioactive Materials Special and Engineering Materials Structure-Property-Relationship Understanding the Properties of Materials

Stone Age, Bronze Age, Iron Age – we name Completely new and exotic material properties entire historical eras after these materials whose use promise exciting technological applications. Even today, became widespread at the time. Which materials will the phenomenon of superconductivity is still presenting define our lives in the future? TU Wien is achieving us with unresolved questions and fascinating new important pioneering work in many different research electromagnetic material properties play an important projects in the search for the materials of tomorrow. role in micro-electronics. In such fundamental research fields, material research is closely related to the research Material science is a particularly interdisciplinary focal area of "Quantum Physics and Quantum field. Many research questions can only be answered if Technologies" and "Computational Science and people from different scientific fields work together. Engineering". At TU Wien there are highly successful cross-faculty research projects, for example the work on metal oxides, Many of the best materials have already been which is mostly carried out between the Faculties of discovered by nature. Biomimetics, the imitation of ideas Physics and Technical Chemistry, or the light controlled from nature for technological applications, plays an production of micro-structures, in which research teams important role in material research. Micro structures on from mechanical engineering and chemistry are collabo- the skin of sharks optimise their hydrodynamic properties. rating. Trees grow to a height of dozens of metres because their wood provides them with remarkable stability. If we Large and small understand nature's tricks, we can copy them and ultimately extend their technological use way beyond Material research is carried out on vastly different the examples from nature. length scales. It is just as involved with the atomic properties of new types of nanostructures as it is with the strength of new building materials or special metals for cars or aircrafts. Sometimes it is also essential to combine the microscopic and the macroscopic world in one research project. Macroscopic material properties can be explained at the micro level.

20|21 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt

Eine Elektronenwelle in Materials and Matter Graphen Electron waves in graphene

Der „Vienna Scientific Cluster“ (VSC) ist ein High-Performance- Computer (HPC) und mit bis zu 600 TFlops Rechenleistung Österreichs leistungsfähigster Großrechner. Die unterstützten wissenschaftlichen Themen sind vielfältig und ziehen sich quer durch die TU-Forschungs- schwerpunkte. vsc.ac.at

The „Vienna Scientific Cluster“ (VSC) is a High-Performance-Computer (HPC), operating with up to 600 TFlops Austria’s highest performance mainframe computer. The scientific subjects for which the VSC is used are extremely varied and are represented throughout all of TU Wien’s research focal areas. vsc.ac.at

Die Eigenschaften von Materialien verstehen

Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit – ganze historische Forschungsprojekt zu vereinen. Makroskopische Material- Epochen benennen wir nach den Materialien, die damals eigenschaften lassen sich auf Mikro-Ebene erklären. verarbeitet wurden. Welche Materialien werden in Zukunft unser Leben bestimmen? Die TU Wien leistet in vielen Ganz neue, exotische Materialeigenschaften ganz unterschiedlichen Forschungsprojekten wichtige versprechen spannende technologische Anwendungen. Pionierarbeit auf der Suche nach den Materialien von Das Phänomen der Supraleitung stellt uns bis heute vor morgen. ungelöste Fragen. Faszinierende neue elektromagnetische Materialeigenschaften spielen eine wichtige Rolle in der Materialwissenschaft ist ein ganz besonders Mikroelektronik. In solchen besonders grundlegenden­ interdisziplinäres Gebiet. Manche Forschungsfragen Forschungsgebieten hängt die Materialforschung­ eng mit lassen sich nur dann beantworten, wenn unter- den Forschungsschwerpunkten „Quantum Physics and schiedliche Fachrichtungen zusammenarbeiten. An Quantum Technologies“ sowie „Computational Science der TU Wien gibt es höchst erfolgreiche fakultätsüber- and Engineering“ zusammen. greifende Forschungsprojekte: Etwa die Arbeit an Metalloxiden, im Grenzbereich zwischen Physik und Viele der besten Materialien hat die Natur bereits Chemie, oder die lichtgesteuerte Herstellung von erfunden. Biomimetik, das Nachahmen von Ideen aus Mikrostrukturen, an denen Forschungsteams aus der Natur für technologische Anwendungen, spielt Maschinenbau und Chemie beteiligt sind. gerade in der Materialforschung eine wichtige Rolle. Mikrostrukturen auf der Haut von Haifischen optimieren Das Große und das Kleine ihre hydrodynamischen Eigenschaften. Bäume wachsen dutzende Meter in den Himmel, weil ihr Holz ihnen Materialforschung wird auf ganz unter- bemerkenswerte Stabilität verleiht. Wenn wir die Tricks schiedlichen Größenskalen betrieben: Sie beschäftigt der Natur verstehen, können wir sie nachahmen und sich mit den atomaren Eigenschaften neuartiger Nano- schließlich in der technologischen Nutzung noch weit strukturen genauso wie mit der Festigkeit neuer Bau- über die natürlichen Vorbilder hinausgehen. materialien oder speziellen Metallen für Autos oder Flugzeuge. Manchmal ist es auch unerlässlich, die mikroskopische und die makroskopische Welt in einem

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Materials and Matter

Wiener Stephansdom mit ca. 50 µm Länge St. Stephen's Cathedral with a length of 50 µm

Die TU Wien ist ein starker Partner für die Industrie – das zeigt sich auch an der hohen Anzahl an Beteiligungen am COMET-Programm der FFG. Der Forschungsschwerpunkt „Materials and Matter“ spielt dabei eine wichtige Rolle. tuwien.ac.at/comet The TU Wien is a strong partner for the industry. This is demonstra- ted by the large number of participations in the COMET-Programme of the FFG. The research focal area “materials and matter” plays an Examples / Beispiele important role in these cooperations. tuwien.ac.at/comet

3D printer with nano-precision Up to the surface and much, much further Nano-precision and bio-materials: TU Wien is a world leader in 3D printing. Surfaces are much more difficult to understand than the inside of solid bodies. This is what makes Today, 3D printers are playing an ever greater role them such a promising area of research. in industry. Conventional printing methods have a significant disadvantage. Either one allows less precision The world as we perceive it is a world of surfaces. and surface quality or one accepts materials that are not We see the shimmering brightness of metal, the particularly firm or stable. The Additive Manufacturing half-transparent reflections on glass and the matt Technologies research group at TU Wien has found a structure of plastic. The atomic and electronic way, however, to fulfil both requirements at the same structure of surfaces is responsible for many time. important effects. Nevertheless, we know much less TU Wien spans the gap between essential basic research about surfaces than we do about the interior of – receiving awards such as an ERC Grant – and applied materials. Surfaces are more complex – there is still research. The fact that today 3D printing can be used much more to be dis­covered about them. industrially with success is shown by the TU spin-off As part of the FOXSI (Functional Oxide Surfaces and company Lithoz GmbH, specialising in 3D printing of Interfaces) cross-faculty Special Research Program, ceramic materials. A major topic for the future is 3D processes that take place on the surface of metallic printing combined with bio-medical applications. On the oxides and metallic nanoparticles are being investi- one hand, bio-tolerable implants can be produced in this gated at an atomic level at TU Wien. These way and on the other hand living cells can be specifically processes can often also influence the interior of the embedded in a three-dimensional structure, in much the material. There are many applications for this, for same way as it occurs in natural tissue. Furthermore, 3D example in the manufacture of catalytic converters printers for digital dental medicine are being developed and fuel cells or in sensor systems. in a Christian Doppler Laboratory.

22|23 Wichtige Auszeichnungen unterstreichen die Bedeutung der Additive Manufacturing-Gruppen an der TU Wien – etwa der hochdotierte Houska-Preis 2013, Research Focal Area ein Christian Doppler Labor oder auch ein ERC Grant. Damit soll Additive Manufacturing künftig etwa auch Forschungsschwerpunkt für die Biotechnologie eingesetzt werden. Im Bild: 3D-Muster, erzeugt durch Photografting (180 µm Breite). Grün fluoreszierende Moleküle werden in Materials and Matter einem Hydrogel fixiert.

Important awards underline the significance of the Additive Manufacturing Groups at TU Wien – such as the prestigious Houska Award 2013, a Christian Doppler Laboratory and, in addition, an ERC Grant, thanks to which Additive Manufacturing will now also be used for biotechnology. In the illustration: 3D sample, generated by photograf- ting (180 µm width). Green fluorescent molecules are fixed in a hydrogel.

Die Christian Doppler Forschungsgesellschaft Rastertunnelmikroskop-Bild fördert die Kooperation von Wissenschaft und einer Eisenoxid-Oberfläche Wirtschaft. mit einzelnen Goldatomen Auflistung der Christian Doppler Laboratorien an Scanning Tunneling der TU Wien: tuwien.ac.at/cdlabs Microscope-Image of the iron-oxide surface – The Christian Doppler Research Association promotes the with gold atoms on top cooperation between science and business. Listing of Christian Doppler Laboratories at the TU Wien: tuwien.ac.at/cdlabs

3D-Drucker mit Nano-Präzision Bis an die Oberfläche und noch viel, viel weiter Nanopräzision und Biomaterialien: Die TU Wien ist international führend im 3D-Druck. Oberflächen sind viel schwieriger zu verstehen als das Innere von Festkörpern – und gerade das macht 3D-Drucker spielen heute eine immer größere Rolle in sie zum zukunftsträchtigen Forschungsgebiet. der Industrie. Allerdings haben herkömmliche Druck- methoden einen ganz gewichtigen Nachteil: Entweder Die Welt, die wir wahrnehmen, ist eine Welt der gibt man sich mit bescheidener Präzision und Ober- Oberflächen. Wir sehen den schimmernden Glanz flächenqualität zufrieden, oder man begnügt sich mit von Metall, die halbtransparenten Reflexionen auf Materialien, die nicht besonders fest und stabil sind. Glas, die matte Struktur von Kunststoff. Für viele Die Forschungsgruppe für Additive Manufacturing wichtige Effekte ist die atomare und elektronische Technologies an der TU Wien hat jedoch einen Weg Struktur von Oberflächen verantwortlich – und gefunden, beide Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen. trotzdem weiß man nach wie vor über Oberflächen Die TU Wien spannt damit einen Bogen von der funda­ weniger als über das Innere von Materialien. mentalen Grundlagenforschung – prämiert u.a. mit einem Oberflächen sind eben komplizierter – über sie gibt ERC Grant – zur angewandten Forschung. Dass der 3D- es noch viel Neues zu entdecken. Druck mittlerweile mit großem Erfolg industriell eingesetzt Im Rahmen des fakultätsübergreifenden Spezial- werden kann, beweist das TU-Spin-off-Unternehmen Lithoz forschungsprogrammes FOXSI (Functional Oxide GmbH, das sich auf 3D-Druck mit keramischen Werkstoffen Surfaces and Interfaces) werden an der TU Wien auf spezialisiert hat. Ein großes Zukunftsthema ist der 3D-Druck atomarer Skala die Vorgänge untersucht, die sich auf auch in Kombination mit biomedizinischen Anwendungen: der Oberfläche von Metalloxiden und Metall-Nano- Einerseits können so bioverträgliche Implantate produziert teilchen abspielen und oft auch das Innere des werden, andererseits werden lebende Zellen gezielt in Materials beeinflussen. Anwendungen dafür gibt es einer dreidimensionalen Struktur eingebettet, ähnlich wie viele: Etwa bei der Herstellung von Katalysatoren, das in natürlichem Gewebe geschieht. Ein eigenes Christian Brennstoff­zellen oder in der Sensorik. Doppler Labor widmet sich der Aufgabe, 3D-Drucker für die digitale Zahnmedizin weiter zu entwickeln.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Information and Communication Technology

Logic and Computation Computer Engineering and Software-intensive Systems Automation and Robotics Information Systems Engineering Visual Computing and Human-Centered Technology digital Transformation in Manufacturing Telecommunication Sensor Systems Technology that Lets Us Talk to Each Other

Which developments will future generations Data and ideas networks regard as the decisive achievements of our age? Information and communications technology will The theoretical basis of this research field lies certainly feature amongst them. Electronic data in formal logic. Several decades ago it was still a purely processing, mobile communications and the internet abstract basic research field. Today, it drives the software have completely changed our lives and this revolution industry. Powerful computers and rapid data transfer are is still going on today. continuously opening up new fields for research. ­Telecommunications must keep pace with increasing TU Wien is extremely well equipped to make demands. Computer networks and large parallel a significant contribution to this research focal area, com­puters must be planned and operated efficiently. which is of such great social and commercial significance. The internet is still bringing us new opportunities and The focal area of "Information and Communications confronting us with fresh challenges, such as data Technology" is of central interest to both the Faculty security. The working relationship between people and of Informatics and the Faculty of Electrical Engineering computers is constantly changing, and virtual realities and IT faculty in particular. Whether in relation to mobile and visualisation technologies are being developed. telephones or the internet, to fibre-optic cables or microchips – in many cases data transfer and data pro- It is routine today for our computers to be cessing cannot be considered separately. Hardware and networked worldwide. TU Wien is investigating how software must be drawn into the research together. Only these networks might become denser and more a large research organisation like TU Wien can pursue comprehensive. Automatically communicating cars should these different topics together effectively. make street traffic safer. Networked buildings and equipment should save energy. An "Internet of Things" is emerging. The world is networking, we are networking with it.

24|25 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Information and Communication Technology

Virtuelle Realität, entwickelt an der TU Wien Virtual reality, developed at TU Wien

Technik, die uns miteinander reden lässt

Welche Entwicklungen werden zukünftige Netze aus Daten und Ideen Generationen als die entscheidenden Leistungen unserer Epoche betrachten? Mit Sicherheit wird die Informations- Die theoretischen Fundamente dieses Forschungs- und Kommunikationstechnologie dazugehören. bereichs liegen in der formalen Logik. Vor einigen Jahr- Elektronische Datenverarbeitung, mobile Kommunikation zehnten war sie noch ein rein abstraktes Grundlagen- und das Internet haben unser Leben völlig verändert, und forschungsgebiet, heute liefert sie entscheidende Impulse diese Revolution dauert noch immer an. für die Softwareindustrie. Leistungsfähigere Computer und schnellere Datenübertragung eröffnen ständig neue Die TU Wien ist bestens dafür gerüstet, wichtige Forschungsfelder: Die Telekommunikation muss mit den Beiträge zu diesem gesellschaftlich und wirtschaftlich steigenden Anforderungen Schritt halten, Computernetz- so bedeutenden Forschungsschwerpunkt zu liefern. werke und große Parallelrechner müssen effizient geplant Der Forschungsschwerpunkt „Informations- und und betrieben werden. Das Internet bringt uns nach wie Kommunikationstechnologie“ ist insbesondere an der vor neue Chancen, konfrontiert uns aber auch mit neuen Fakultät für Informatik sowie an der Fakultät für Elektro- Herausforderungen, etwa im Bereich der Datensicherheit. technik und Informationstechnik verankert. Ob Mobil- Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Computer wird telefon oder Internet, ob Glasfaserkabel oder Mikrochip neu überdacht, virtuelle Realitäten und zeitgemäße – in vielen Fällen lassen sich Datenübertragung und Visualisierungstechnologien werden erarbeitet. Datenverarbeitung nicht strikt getrennt von einander betrachten. Hardware- und Softwareaspekte müssen Dass unsere Computer weltweit vernetzt sind, gemeinsam in die Forschung einbezogen werden. Nur ist heute ganz selbstverständlich. Die TU Wien erforscht, eine große Forschungseinrichtung wie die TU Wien wie diese Vernetzung in Zukunft noch umfassender und kann diese unterschiedlichen Themen wirkungsvoll dichter wird: Automatisch kommunizierende Autos sollen zusammenführen. 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 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Information and Communication Technology

Examples / Beispiele

Transmission from car to car

How can cars communicate with each other? In the future, cars should be able to exchange information automatically whilst on the move and thus increase traffic safety. The Centre for Logic The fact that driving a car is and Algorithms at TU Wien becoming safer is due not least to electronic aids – from ABS to More intelligent, more efficient and more flexible computer programs: distance sensors or ice warning TU Wien is an important international centre for logic in information systems. The further this develop- technoloy. ment progresses and the more information vehicles can obtain Logic and algorithms are the scientific basis for countless future about their surroundings, the more technologies in the field of information technology. How can human useful will it be to share this knowledge be represented in computer programs and data bases? How information with other road users as can computers work with incomplete or imprecise information? How can well. For this purpose, reliable radio faults in computer programs be identified by other computer programs? communication between cars is To answer such questions, we need methods from modern logic. These required in conjunction with the are being developed and applied at TU Wien. development of a completely new Over the past few years, TU Wien has become a globally recognised centre radio and ICT infrastructure to which of excellence in this research field. Numerous awards and the introduction the car passes information via of international study courses are testament to the significance of this roadside stations. If such data is area of scientific focus at TU Wien. The "Vienna Center for Logic and statistically analysed, cars can be Algorithms" (VCLA) is further reinforcing the leading position held by TU warned of hazards in good time, for Wien in this field and has made it an international focal point for research example, before an icy patch round into logic and algorithms. the next bend. Since 2008, a radio frequency band has been reserved throughout Europe for intelligent traffic systems. Cooperation between vehicles should be made possible by reliable Vienna Center for Logic and Algorithms radio technology to make road traffic www.vcla.at safer, cleaner and more efficient. Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Information and Communication Technology

Funk von Auto zu Auto

Wie können Autos miteinander kommuni­ zieren? In Zukunft sollen Autos während der Fahrt ganz automatisch Informationen austauschen und dadurch die Verkehrs­ sicherheit erhöhen.

Dass Autofahren immer sicherer wird, liegt nicht zuletzt an elektronischen Hilfsmitteln Das Zentrum für Logik – von ABS bis zu Abstandssensoren oder und Algorithmen an DER TU Wien Glatteis-Warnsystemen. Je weiter diese Entwicklung fortschreitet und je mehr Klügere, effizientere, flexiblere Computerprogramme: Informationen Fahrzeuge über ihre Umge- Die TU Wien ist ein wichtiges internationales Zentrum für Logik bung aufnehmen, umso nützlicher wird es, in der Informatik. diese Informationen auch mit anderen Fahrzeugen zu teilen. Logik und Algorithmen sind die wissenschaftlichen Grundlagen Dafür sind verlässliche Funkverbindungen für zahlreiche Zukunftstechnologien der Informatik: Wie kann zwischen den Autos notwendig – in Ver- menschliches Wissen in Computerprogrammen und Datenbanken bindung mit dem Aufbau einer völlig dargestellt werden? Wie können Computer mit unvollständigen neuen Funk- und IKT-Infrastruktur, an die oder unpräzisen Angaben arbeiten? Wie können Fehler in Computer- das Auto über Stationen am Straßenrand programmen von anderen Computerprogrammen erkannt werden? Informationen weitergibt. Wenn solche Für die Beantwortung solcher Fragen brauchen wir Methoden aus Daten statistisch analysiert werden, können der modernen Logik – an der TU Wien werden sie entwickelt und Autos vor Gefahren rechtzeitig gewarnt angewandt. werden, etwa vor einer eisigen Stelle hinter In den vergangenen Jahren wurde die TU Wien zu einer weltweit der nächsten Kurve. anerkannten Exzellenzinstitution in diesem Forschungsgebiet. Zahl­ Bereits seit 2008 ist in ganz Europa ein reiche Auszeichnungen und die Einführung internationaler Studien- Funk-Frequenzband im Mikrowellenbereich gänge belegen die Bedeutung dieses wissenschaftlichen Fokus­ für intelligente Verkehrssysteme reserviert: punktes an der TU Wien. Durch das „Vienna Center for Logic and Kooperation unter Fahrzeugen soll durch Algorithms“ (VCLA) wird die hervorragende Position der TU Wien in zuverlässige Funktechnologie ermöglicht diesem Bereich noch weiter ausgebaut und macht sie zu einem werden, um den Straßenverkehr sicherer, internationalen Brennpunkt der Forschung in Logik und Algorithmen. sauberer und effizienter zu machen.

Vienna Center for Logic and Algorithms www.vcla.at

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Energy and Environment

Energy Active Buildings, Settlements and Spatial Infrastructures Sustainable and Low Emission Mobility Climate Neutral, Renewable and Conventional Energy Supply Systems Environmental Monitoring and Climate Adaption Efficient Utilisation of Material Resources Sustainable Production and Technologies

Green Research

How do we solve the challenges of energy Technology for the environment supply? What does climate change mean for us? How do we make sensible use of our resources and how do Almost all aspects of our daily lives could be we keep the air and water clean? Research questions from made more environmentally friendly and this begins right the "Energy and Environment" topics affect our lives at home. TU Wien is involved with energy efficient directly. At the same time, this research focal area is the construction, with new, environmentally friendly building most interdisciplinary and most multi-faceted. All the materials and with environmentally friendly buildings faculties at TU Wien are participating in this research focal technology. Sociological aspects should not go area. To encourage interdisciplinary collaboration, the uncon­sidered either – right up to planning ideas for "Energy and Environment" research centre was set up to complete towns or regions. Sustainable production collect, link and promote the existing research initiatives processes can save energy and raw materials. New ideas in house. for mobility should reduce our consumption of fossil fuels. In the future we shall get our electricity from many different energy sources. TU Wien is providing How we handle our resources will be decisive for valuable research ideas for this – from water power to our future. Materials cycles must be closed. This also solar energy. In the field of biomass recovery, TU Wien means not viewing waste as an unwanted burden, but as has enjoyed international recognition for years. The pilot a valuable store of raw materials. TU Wien is working on plants in Güssing, developed with TU Wien know-how, environmental analysis methods, from the measurement have meanwhile achieved global recognition. Electricity of contaminants in the ground or in the air to satellite generation is only the beginning. It is just as important to supported high water monitoring. The subject of consider possibilities for saving and storing energy. Even water is of particular importance for TU Wien, with the the electricity supply grids will look different in the future. maintenance of water purity being just as significant If our large power stations are to be replaced by small as hydro-engineering and flood protection. alternative electricity generators, then we need smart grid networks to cope with the situation. All these technical ideas must ultimately be considered against an economic and political background.

28|29 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Energy and Environment

Von der Mobilität bis zum Energieverbrauch: „Energie + Umwelt“ verbindet viele verschiedene Themen. From mobility to energy comsumption: "Energy and Environment" combines many different topics.

Forschung in Grün

Wie lösen wir die Herausforderungen im System müssen letztlich auch in einem ökonomischen und Energie? Was bedeutet der Klimawandel für uns? Wie politischen Kontext betrachtet werden. gehen wir vernünftig mit unseren Ressourcen um, und wie halten wir Luft und Wasser sauber? Forschungsfragen aus Technik für die Umwelt dem Themenbereich Energie + Umwelt berühren unser Leben ganz direkt. Gleichzeitig ist dieser Forschungs- Fast alle Aspekte unseres Lebens könnten wir schwerpunkt der wohl interdisziplinärste und vielfältigste: noch umweltfreundlicher gestalten, das beginnt bereits Alle Fakultäten der TU Wien sind an diesem Forschungs- beim Wohnen. Die TU Wien beschäftigt sich mit energie- schwerpunkt beteiligt. Um die interdisziplinäre Zusammen- effizientem Bauen, mit neuen, umweltfreundlichen arbeit zu fördern, wurde das Forschungszentrum „Energie + Baustoffen und mit umweltfreundlicher Gebäude- Umwelt“ eingerichtet, das die bestehenden Forschungsini- technologie. Auch soziologische Aspekte dürfen nicht tiativen im Haus gliedert, verknüpft und fördert. außer Acht gelassen werden – bis hin zu Planungsideen für ganze Städte oder Länder. Nachhaltigere Produktions- In Zukunft werden wir unseren Strom aus vielen prozesse und Technologien können uns helfen, Energie verschiedenen Energiequellen gewinnen. Die TU Wien und Rohstoffe zu sparen. Neue Mobilitätsideen sollen liefert wertvolle Forschungsideen dafür – von Wasserkraft unseren Bedarf an fossilen Brennstoffen reduzieren. bis zur Solarenergie. Im Bereich der Biomasseverwertung sorgt die TU Wien seit Jahren für internationales Aufse- Entscheidend für unsere Zukunft ist, wie wir mit hen. Die Versuchsanlagen in Güssing, entstanden mit unseren Ressourcen umgehen. Stoffkreisläufe müssen Know-how der TU Wien, haben mittlerweile weltweiten geschlossen werden. Das bedeutet auch, Abfälle nicht als Bekannheitsgrad erlangt. Doch die Stromerzeugung ist schädliche Last, sondern als wertvolles Rohstofflager zu erst der Anfang: Genauso wichtig ist es, über Energie- sehen. Die TU Wien arbeitet an Umweltanalysemethoden, sparmöglichkeiten und über Energiespeichermethoden von der Messung von Schadstoffen im Boden oder in nachzudenken. Auch die Stromnetze werden in Zukunft der Luft bis hin zum satellitengestützten Hochwasser- anders aussehen als heute. Wenn unsere großen Kraft- Monitoring. Dem Thema Wasser kommt an der TU Wien werke durch viele kleine alternative Stromerzeuger ersetzt eine besondere Bedeutung zu: Die Reinhaltung des werden sollen, dann brauchen wir smarte Netze, die Wassers steht dabei genauso im Blickfeld wie Wasserbau damit umgehen können. All diese technischen Ideen und Schutz vor Überflutungen.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Energy and Environment

Examples / Beispiele

Household and construction waste - the raw materials of the future?

Demolished buildings or discar- ded consumables can be turned into valuable sources of raw materials. Smart Communities and technology (SMART CT) Generally, today's raw materials come from natural deposits. Technical ideas for a better community: new energy concepts, smart These natural reserves of quality mobility, healthy living. metal ores or minerals are limited, however. In the future, recycling A key research initiative at TU Wien has been named "Smart City" and refers to will therefore play an increasingly a resource-efficient and sustainable lifestyle and commercial approach, which important role. Many of the embraces many different current developments that are intended to make our mate­rials that we use industrially cities better, more sustainable and smarter in future. It ranges from well-conceived are far too good to just be thrown mobility systems and smart energy supply, through networked communication away. technology and efficient production, right up to responsible use of our resources. The TU Wien "Anthropogenic Smart construction technology and innovative spatial, urban and transport Resources" CD laboratory investi- planning protect the environment, whilst new technical developments contribute gates how raw materials can be to people's well-being and improve the quality of life in our cities. Interdisciplinary used that are already contained teaching and research is being done at all eight faculties to help this smart and in consumer goods or the infra- attractive region ensure quality of life for its citizens in the long term. A strategic structure. Methods are being cooperation with the Wiener Stadtwerke is aimed at developing Vienna into a developed to assess man-made Smart City and sustaining that position, as well as supporting it as a scientific secondary deposit sites, in much and commercial centre and promoting a powerful research and development the same way as primary sources environment for cities of the future. of raw materials are discovered, prospected and evaluated. Concentrated research in the Smart Community field tuwien.ac.at/smartcity

WHAT DOES THE FUTURE LOOK LIKE FOR EUROPEAN CITIES? The interdisciplinary doctoral college EWARD – Energy and Resource Awareness in Urban and Regional Development takes up the current scientific and public debate on transformation processes of European cities such as resource demand (consumption) and supply (provision). For an overview of TU’s doctoral courses and its participation in FWF doctoral programmes, visit tuwien.ac.at/doktoratskollegs

30|31 Research Focal Area Forschungsschwerpunkt Energy and Environment

Die TU Wien eröffnete 2014 das erste Plus-Energie-Bürohochhaus Österreichs. Durch wissenschaftlich begleitete, integrale Planung gelang es, ein extrem energiesparendes Bürogebäude zu entwickeln, das mehr Energie ins Netz einspeist als für Gebäudebetrieb und Nutzung benötigt wird.

In 2014, TU Wien opened Austria’s first “energy-plus” office tower. Many new scientific ideas were put into practice to create an extremely low-energy office building. It feeds more energy into the power grid than is required for operation and use of the building.

Smart Communities and Technologies (SMART CT)

Technische Ideen für eine bessere Gemeinschaft: neue Energie-Konzepte, kluge Mobilität, gesundes Leben.

Ein Hauptaspekt der Forschung an der TU Wien liegt im Bereich der „Smart City“ - der Begriff basiert auf einem ressourcen- schonenden und nachhaltigen Lebens- und Wirtschaftsstil und Abfälle und Bauschutt – fasst viele verschiedene aktuelle Entwicklungen zusammen, die die Rohstoffe der Zukunft? unsere Städte und Kommunen in Zukunft besser, nachhaltiger und schlauer machen sollen: Von durchdachter Mobilität und Abgerissene Gebäude oder weggeworfene intelligenter Energieversorgung über vernetzte Kommunikations- ­Gebrauchsgegenstände können zu wert- technologie und effiziente Produktion bis hin zu einem verant- vollen Rohstofflieferanten werden. wortungsvollen Umgang mit unseren Ressourcen. Intelligente Gebäudetechnik und innovative Siedlungs-, Stadt- und Verkehrs- Unsere Rohstoffe kommen heute meist aus planung schonen die Umwelt, neue technische Errungenschaf- natürlichen Lagerstätten – doch diese ten unterstützen das Wohlergehen der Menschen und machen natürlichen Reserven wertvoller Metallerze unsere Städte lebenswerter. oder Mineralien sind begrenzt. Recycling wird An allen acht Fakultäten der TU Wien wird interdisziplinär am Thema in der Zukunft daher eine wachsende Rolle gelehrt und geforscht, damit die intelligente und lebenswerte spielen. Viele der Materialien, die wir heute Region die Lebensqualität der Bürgerinnen und Bürger langfristig abbauen und industriell verwenden, sind viel sicherstellt. Eine strategische Kooperation mit den Wiener Stadt- zu schade, um sie wegzuwerfen. werken hat zum Ziel, die Entwicklung und nachhaltige Positionie- Das CD-Labor „Anthropogene Ressourcen“ an rung Wiens als Smart City sowie als Wirtschafts- und Wissenschafts- der TU Wien untersucht, wie man Rohstoffe standort zu unterstützen und eine leistungsfähige Forschungs- und nutzen kann, die bereits in Konsumgütern oder Entwicklungsumgebung für Städte der Zukunft voranzutreiben. Infrastruktur eingebaut sind. Man entwickelt Methoden, um anthropogene Sekundärlager- stätten zu beurteilen – ähnlich wie auch Gebündelte Forschung im Bereich Smart City natürliche Primärrohstoffquellen entdeckt, tuwien.ac.at/smartcity erkundet und bewertet werden.

WIE SIEHT DIE ZUKUNFT EUROPÄISCHER STÄDTE AUS? Das interdisziplinäre Doktoratskolleg EWARD – Energiebewusste Stadt- und Regionalentwicklung greift aktuelle wissenschaftliche und öffentliche Debatten zu Transformationsprozessen in europäischen Städten wie Ressourcennachfrage oder Versorgung auf. Übersicht über die TU-Doktoratskollegs und TU-Beteiligung an Doktoratsprogrammen des FWF: tuwien.ac.at/doktoratskollegs

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013

Additional Fields of Research

At TU Wien, Additional Fields are dedicated to Additional Fields widmen sich an der TU Wien significant and visible research fields in the areas of wichtigen und sichtbaren Forschungsfeldern im Bereich mathematics and architecture. Mathematik und Architektur.

In the "Development and Advancement of the Im Forschungsfeld „Development and Architectural Arts" research field, TU Wien joins science Advancement of the Architectural Arts“ knüpft die TU and art together – essential for research and for teaching Wien Verbindungen zwischen Wissenschaft und Kunst – architecture. unverzichtbar für Forschung und Lehre in der Architektur.

A further research field of TU Wien is dedicated to Ein weiteres Forschungsfeld der TU Wien widmet "Urban and Regional Transformation". The develop- sich „Urban and Regional Transformation“. Im Einfluss ment of urban and regional spaces is liable to constant technologischer, gesellschaftlich/kultureller, ökonomi- change and transformation processes, influenced by scher und ökologischer Entwicklungen und Herausforde- technological, social/cultural, economic and ecological rungen, unterliegt die Entwicklung städtischer und developments and challenges. regionaler Räume steten Veränderungs- bzw. Transforma- tionsprozessen. "Mathematical Methods in Economics" is a field that it is impossible to imagine modern mathematics „Mathematical Methods in Economics“ ist being without. Fields such as economy, econometrics, ein Feld, das aus der heutigen Mathematik nicht mehr finance or insurance mathematics require complex wegzudenken ist: Bereiche wie Volkswirtschaft, mathematical tools. Ökonometrie, Finanz- oder Versicherungsmathematik benötigen komplexe mathematische Werkzeuge. "Fundamental Mathematics Research" deals with questions of pure mathematics that are generally Im Forschungsfeld „Fundamental Mathematics not derived from specific technological applications, but Research“ geht es um Fragestellungen aus der reinen from curiosity about basic mathematics itself. Scientific Mathematik, die sich meist nicht von konkreten technolo- history reveals how often such apparently non-applicable gischen Anwendungen ergeben, sondern aus der Neugier fields have enabled industrial research, for example an der fundamentalen Mathematik selbst. Die Wissen- research in partial differential equations, for which the schaftsgeschichte zeigt, wie oft gerade solche scheinbar “Vienna Center for Partial Differential Equations” has anwendungsfernen Gebiete die industrielle Forschung been established together with the University of Vienna. erst ermöglichen – etwa im wichtigen Bereich der partiellen Differentialgleichungen, für deren Erforschung gemeinsam mit der Universität Wien das „Vienna Center for Partial Differential Equations“ gegründet wurde.

A complete list of all cooperation centers can be found at: Eine vollständige Auflistung aller an der TU Wien stattfindenden Kooperationszentren: tuwien.ac.at/tu_kooperationszentren

32|33 In der Mathematik hat man es oft mit Unendlichkeiten zu tun. Trotzdem haben mathematische Bücher eine endliche Seitenanzahl. Wie kann man mit endlichen Ausdrücken über Unendliches reden? Durch eine Förderung des WWTF (Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technolo- giefonds) konnte an der TU Wien eine Forschungsgruppe eingerichtet werden, in der man Beweistheorie und die Theorie formaler Sprachen verbinden will. In mathematics, the concept of infinity often arises. Despite this, mathematical books have a finite number of pages. How is it possible to talk of infinity with finite terminology? As a result Additional Fields of Research of sponsorship by the Vienna Science and Technology Fund (WWTF), it was possible to set up a research group to bring together proof theory and formal language theory.

Am „Center for Geometry and Computational Design“ entwickelt man neue mathematische Methoden zur Umsetzung außergewöhnlicher Architektur-Ideen. Darin eingebunden ist das Doktoratskolleg Computational Design DC:{CD}, das eine Schnittstelle zu relevanten Forschungsbereichen bietet.

At the „Center for Geometry and Computational Design“, new mathematical methods for the realization of exceptional architectural ideas are developed. The doctoral college Computational Design DC:{CD} is integrated into it and offers an interface to relevant research areas.

Why are soap bubbles round? Warum sind Seifenblasen rund?

Basic mathematical research: Convex and Discrete Mathematische Grundlagenforschung: Konvexe und Geometry diskrete Geometrie

The research group for Convex and Discrete Geome- Die Forschungsgruppe für konvexe und diskrete try at TU Wien is involved with the description and Geometrie an der TU Wien beschäftigt sich mit der classification of geometric objects. In this way, Beschreibung und Klassifikation geometrischer for example, the ratio between the edge and the Objekte. So wird etwa der Zusammenhang zwischen content of an object is described by variants of the Rand und Inhalt eines Objektes durch Varianten der "isoperimetric inequality". It states that a circle is the „isoperimetrischen Ungleichung“ beschrieben. Sie sagt figure that for a given perimeter contains the largest aus, dass ein Kreis jene Figur ist, bei der ein gegebener surface area. In three dimensions it is a sphere that Umfang den größtmöglichen Flächeninhalt einschließt. for a given surface area contains the greatest volume Dreidimensional ist es die Kugel, die bei gegebener – that is why soap bubbles are always round. Oberfläche das größte Volumen einschließt – daher Generalizations and intensifications of the isoperimet- sind Seifenblasen immer rund. Erweiterungen und ric inequality are the subject of research at TU Wien – Verschärfungen der isoperimetrischen Ungleichung sponsored by the ERC Grant "Isoperimetric Inequali- werden an der TU Wien erforscht – gefördert durch ties and Integral Geometry". den ERC Grant „Isoperimetric Inequalities and Integral Geometry“.

3D-Abenteuer 3D adventure for science für die Wissenschaft

Go for a walk in virtual cities Spazierengehen in virtuellen Städten

In the Urban Areas Simulation Laboratory [SRL:SIM] at Im Stadtraum-Simulationslabor [SRL:SIM] an der TU TU Wien, buildings or complete cities are construct- Wien werden Gebäude oder ganze Städte am Computer ed on the computer and enhanced with additional gebaut und mit zusätzlichen Daten angereichert. In data. There, one can pass three dimensionally dreidimensionalen Spaziergängen kann man sich dort through virtual worlds. This makes a completely new durch virtuelle Welten bewegen. Eine ganz neue Art des type of scientific work possible. The opportunities for wissenschaftlichen Arbeitens wird dadurch möglich. practical usage range from city policy or archaeology Praktische Einsatzmöglichkeiten reichen von der Stadt- to engineering science. New planning ideas can be politik über die Archäologie bis hin zu den Ingenieur­ tried out and experienced. Ancient, long abandoned wissenschaften. Neue Planungsideen können auspro- groups of buildings reawaken to a virtual new life. biert und erlebt werden. Uralte, längst verfallene Ge- bäudeensembles erwachen virtuell zu neuem Leben.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Zukunftsvision: Herzgewebe aus dem Labor The vision: Heart tissue, created in the lab

TU Goes BIO

TU Wien combines expertise in the Nature as a chemical factory research fields of the TU research matrix concerning biotechnology, biochemistry, biosynthesis, bio- Today, science and industry are trying to make engineering, bioanalysis, biophysics, bioelectronics, natural processes useful. A whole number of research biomechanics, biomaterials and bioinformatics and projects at TU Wien addresses this topic: specially makes them visible under the umbrella term "TU-Bio". manipulated fungi can produce valuable drugs from chitin and other fungi help in the production of biofuels. Technology is by no means still only related to Walnut extracts can be used to combat the dreaded fire machines and measuring devices, it also relates to life blight pathogen in fruit trees, meaning that it is not itself. The biosciences and their technologies are some necessary to use antibiotics. of the disciplines that are developing very rapidly. With "TU-Bio", TU Wien is providing a home base for its Biotechnology at TU Wien research activities in this area. The success of application-related implementation of fundamental The portfolio of "TU-Bio" includes numerous research in this area is proved by numerous patents and other promising projects – for example in the area of cooperation projects with industry partners, as shown rehabilitation technology, a new ultra-microscopic by two Christian Doppler laboratories, one for methods method for imaging procedures which makes the tissue to improve bioprocesses and one for photo­polymers in transparent, the production of ceramic tooth implants digital and restorative dentistry. with high-precision 3D printers or the structural study of materials such as bone or wood for “tissue engineering”. Anatomy of the cell and multicellular organisms

The doctoral college "Molecular and Elemental Imaging in Biosciences (MEIBio)" combines the strengths of imaging techniques, opening up alternative ways of combining a variety of specialized visualization methods. The aim is to achieve further knowledge and understand- ing of the structural organization of biological specimens.

34|35 Schimmelpilze werden für die Produktion von Bio-Treibstoff verwendet. Mould funghi are used to produce biofuel.

TU Goes BIO

An der TU Wien werden Expertisen in den Wege für neue Kombinationen von bildgebenden Forschungsfeldern der TU-Forschungsmatrix mit Bezug Verfahren. Ziel ist es, mehr Wissen und Verständnis für zu den Themenbereichen BioTechnologie, BioChemie, die räumliche Anordnung in biologischen Objekten zu BioSynthese, BioEngineering, BioAnalytik, BioPhysik, erhalten. BioElektronik, BioMechanik, BioMaterialien und BioInformatik unter dem „Schirm“ TU-Bio gesammelt Die Natur als Chemiefabrik und sichtbar gemacht. Wissenschaft und Industrie versuchen heute, Technik hat längst nicht mehr bloß mit Maschinen natürliche Prozesse nutzbar zu machen. Eine ganze Reihe und Messgeräten zu tun, sondern auch mit dem Leben von Forschungsprojekten an der TU Wien beschäftigt sich selbst. Die Biowissenschaften und deren Technologien damit: Speziell manipulierte Pilze können aus Chitin gehören zu jenen Disziplinen, die sich sehr rasch weiter- wertvolle Arzneiwirkstoffe herstellen, andere Pilze helfen entwickeln. Die TU Wien gibt mit „TU-Bio“ ihren dahin- bei der Erzeugung von Biotreibstoffen. Walnussextrakte gehend thematisch orientierten Forschungsaktivitäten lassen sich für die Bekämpfung des gefürchteten Feuer- eine „Homebase“. Wie erfolgreich dabei Grundlagen- branderregers in Obstbäumen einsetzen, auf Antibiotika forschung anwendungsnah umgesetzt wird, beweisen lässt sich somit verzichten. zahlreiche Patente und Kooperationen mit Industrie- partnern, wie z.B. drei Christian Doppler Labors, eines „Bio-Technik“ an der TU Wien für Methoden zur Verbesserung von Bioprozessen und eines für Photopolymere in der digitalen und restaurati- Im Portfolio „TU-Bio“ befinden sich in diesem ven Zahnheilkunde, Kontext noch zahlreiche weitere erfolgsversprechende Projekte – etwa im Bereich der Rehabilitationstechnik, bei Anatomie der Zelle und von multizellularen bildgebenden Verfahren eine neue Ultramikroskop- Organismen Methode, die das Gewebe durchsichtig werden lässt. Die Herstellung von keramischen Zahnimplantaten mit Das Doktoratskolleg „Molecular and Elemental Hochpräzisions-3D-Druckern oder das strukturelle Studium Imaging in Biosciences (MEIBio)" verbindet die Stärken von Materialien wie Knochen oder Holz für „tissue von bildgebenden Verfahren und eröffnet alternative engineering“ zählen ebenso zu den „TU-Bio“-Projekten.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 TUWIn 4.0 – Focus on Industry 4.0

Industry 4.0, the next industrial revolution, is not industrial machinery and logistics systems. just a buzzword at TU Wien – it’s a reality. It is reflected in the ‘TUWIn 4.0’ initiative, in which four faculties are In the Austria Center for Digital Production (CDP) participating: Mechanical and Industrial Engineering, K1 centre, set up under the COMET programme, the Informatics, Electrical Engineering and Information university works with industry partners on flexible auto- Technology, as well as Civil Engineering. The aim of this mation, on machine communication and on the virtualisa- initiative is to promote knowledge sharing between the tion of production. university and industry in order to improve the quality of training and further education for students and industry. Qualification 4.0 The ultimate goal is to achieve more efficient production processes, and largely self-controlling and self-optimising The interdisciplinary Cyber-Physical Production production facilities that independently compensate for Systems doctorate course brings together experts in the failure of individual components in the production mechanical engineering and production technology, process. business administration, computer science, informatics, electrical engineering and information technology. The From the training factory to the pilot factory aim of the doctorate course is to forge research collabora- and the CDP competence centre tions among the next generation of researchers and to exploit synergies based on the different methods, A training factory has been designed to make the approaches and findings in these areas in order to gain a learning environment as realistic as possible for students; solid understanding of complex industrial processes. giving them hands-on training on a real project. The aim was to teach all the tasks involved in the product creation The DigiTrans 4.0 innovation course guides process in a practical way – during university education participating companies into the age of Industry 4.0, and in further training measures for industry partners. making them fit for the future. The aim of transferring this Building on this, the pilot factory was built in Aspern: a knowledge from TU Wien into the industry is to prepare realistic, fully functioning model of a factory for joint industry so that it is better equipped to tackle future innovation work. This enables developments to be tested transformation processes in product development and and research projects to be implemented – using real production.

36|37 TUWIn 4.0 – Schwerpunkt Industrie 4.0

Industrie 4.0, die nächste industrielle Revolution, Im K1-Zentrum „Austria Center for Digital Produc- ist an der TU Wien nicht nur Schlagwort sondern gelebte tion (CDP)“ des COMET-Programms forscht man gemein- Realität. Sie findet sich in der Initiative „TUWIn 4.0“ sam mit Partnern aus der Wirtschaft an flexibler Automati- wieder, an der vier Fakultäten beteiligt sind: Maschinen- on, Maschinenkommunikation und an der Virtualisierung wesen und Betriebswissenschaften, Informatik, Elektro- der Produktion. technik und Informationstechnik sowie Bauingenieurwe- sen. Ziel ist es, den Erfahrungsaustausch zwischen Qualifizierung 4.0 Universität und Industrie zu forcieren, um eine Qualitäts- steigerung in Aus- und Weiterbildung für Studierende und Das interdisziplinäre Doktoratskolleg „Cyber-Physi- Industrie zu erzielen. Angestrebt werden effizientere cal Production Systems“ bringt Expert_innen aus den Produktionsprozesse, und sich großteils selbststeuernde Bereichen Maschinenbau und Produktionstechnik, und selbstoptimierende Produktionen, die Ausfälle Betriebswirtschaft, Computer Science, Informatik, Elektro- einzelner Komponenten im Produktionsprozess eigenstän- technik sowie Informationstechnik zusammen. Das Ziel dig kompensieren. des Doktoratskollegs ist es, Forschungskooperationen zwischen der nächsten Generation von Forscher_innen zu Von der Lernfabrik zur Pilotfabrik und zum schaffen und Synergien basierend auf den unterschiedli- Kompetenzzentrum CDP chen Methoden, Ansätzen und Erkenntnissen aus diesen Bereichen zu nutzen, um ein gutes Verständnis für Für das Lernen am realen Projekt und möglichst komplexe Industrieprozesse zu erhalten. realistisches „hands-on-Training“ wurde eine Lernfabrik konzipiert. Ziel war es, alle Aufgaben im Produktentste- Der Innovationslehrgang DigiTrans 4.0 führt die hungsprozess praxisnah zu vermitteln – in der universitä- teilnehmenden Unternehmen in das Zeitalter von Indust- ren Ausbildung und in Weiterbildungsmaßnahmen für rie 4.0 und macht sie damit zukunftsfit. Der Wissenstrans- Industriepartner. Darauf aufbauend entstand die Pilotfab- fer von der TU Wien in die Industrie soll diese vorberei- rik in Aspern: Ein realitätsnahes, voll funktionsfähiges ten, zukünftigen Transformationsprozessen in Modell einer Fabrik für gemeinsame Innovationsarbeit. Produktentwicklung und Produktion auf allen Ebenen Diese ermöglicht es, Entwicklungen zu testen und besser vorbereitet zu begegnen. Forschungsprojekte umzusetzen – an realen Industriema- schinen und Logistiksystemen.

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Viele Forschungsergebnisse A lot of the research results der TU Wien lassen sich in der obtained at TU Wien can be Industrie direkt umsetzen. implemented directly in Weltweit neue Partner zu industry. New partners are gewinnen gelingt durch große gained around the world Industriemessen, spezielle through industrial fairs, internationale Veranstaltun- special international events gen und gezieltes Marketing. and targeted marketing.

Hannover Messe

Einst Dissertationsprojekt an der TU Wien, heute High-Tech-Unternehmen: Xarion Laser Acoustics

Entrepreneurial What started as a dissertation project at TU Wien is now a high-tech company: Xarion Laser Acoustics University http://xarion.com

From a scientific idea to business success Von der wissenschaftlichen Idee zu wirtschaft- lichen Erfolgsgeschichten There is no hard line between basic research and applied technology. TU Wien is proud to accommodate Zwischen Grundlagenforschung und angewand- the entire scientific and technological value chain under ter Technologie gibt es keine scharfe Grenze. Die TU one roof – from the first, often speculative idea to the Wien ist stolz darauf, die gesamte wissenschaftlich-tech- finished product. This is possible because TU Wien takes nologische Wertschöpfungskette unter einem Dach zu a whole range of measures to assist scientists in the vereinen – von der ersten, oft spekulativen Idee bis zum technological implementation of their ideas. The large fertigen Produkt. Das gelingt, weil die TU Wien ihre number of patents, prototype sponsorships, start-ups Wissenschaftler_innen mit einer ganzen Reihe von and spin-offs, as well as many examples of direct imple- Maßnahmen bei der technologischen Umsetzung ihrer mentation in industry, are the result of this awareness, of Ideen unterstützt. Die hohe Zahl an Patenten, Prototy- this scientific and technological value chain. This is also penförderungen, Start-ups und Spin-offs sowie direkte why TU Wien is able to attend important technology fairs Umsetzungen in der Industrie sind das Ergebnis dieser such as the Hannover Messe trade fair with ideas that are „Awareness“, der wissenschaftlich-technologischen already ready for the market. Wertschöpfungskette. So präsentiert sich die TU Wien auch mit bereits marktreifen Ideen auf wichtigen Techno- logiemessen wie der Hannover Messe.

i2c: Entrepreneurship at TU i2c: Entrepreneurship Wien an der TU Wien

TU Wien’s Innovation Incubation Center (i2c) Das TU Wien-eigene Innovation Incubation offers bespoke activities on the topic of entrepreneur- Center (i2c) bietet maßgeschneiderte Aktivitäten rund ship – from training and incubation programmes, ums Unternehmertum an – von Ausbildungs- und start-up consultancy and lecture series through to Inkubationsprogrammen, Gründungsberatung, networking events with potential investors and Vortragsreihen bis zu Vernetzungsevents mit potenziel- industry partners. At the StartAcademy, which is len Investor_innen und Industriepartnern. In der Austria’s only ‘boot camp’ for the commercialisation „StartAcademy“, einem österreichweit einzigartigem of technological ideas, scientific results are assessed „Bootcamp“ für die Kommerzialisierung technologi- in terms of their commercial utility. Commercial scher Ideen, werden wissenschaftliche Ergebnisse auf awareness is also promoted among students by ihre wirtschaftliche Verwertbarkeit überprüft. Auch das means of a supplementary study course provided by Wirtschafts-Know-how der Studierenden wird gezielt visiting professors from all over the world. gefördert – in einem Ergänzungsstudium mit internatio- nalen Gastprofessor_innen.

TU Wien Innovation Incubation Center (i2c): 38|39 https://i2c.tuwien.ac.at Forschung und Innovation

NMR-Z AIC XRC Analystical Instrumentation Center Programme zur Entwicklung und Erschließung der Künste (PEEK) Angewandte Forschung Grundlagenforschung Forschungsprofil EODC START-Preis Forschungsfacilities Profilbildung ReposiTUm Spezialforschungsbereiche (SFB) Kompetenzgebiete URBEM TU-Forschungsfelder Nationale Forschungsnetzwerke (NFN) Wittgenstein-Preis Forschungsdatenbanken ERC-Grant Additional Fields of Research Horizon2020 (H2020) COMET-Programm CD Labors Laura Bassi Center TRIGA Mark II-Nuklearreaktor Ludwig Boltzmann Institute Technik für Menschen Innovationsmotor EU-Forschungssupport Kooperationszentren Wissenschaftspreis Projektdatenbank TOP-/Anschubprogramm Forschungsnetzwerke Tieftemperaturanlagen Publikationsdatenbank Forschungsmarketing Röntgenzentrum Water & Health Doktoratsprogramme (DK) Forschungsportfolio VSC-RC ICC Forschungsleistungen ZMNS Innovative Projekte TU-Forschungsmatrix VCQ TUW-Forschungsförderung Forschungssupport Forschungs- und Transfersupport Forschungszentrum Energie & Umwelt USTEM JASEC

tuwien.ac.at/forschung

FORSCHUNG 2013 FORSRECHUNSEARGCH 20 201313 RESEARCH 2013 Publisher / Herausgeber: Technische Universität Wien Karlsplatz 13, A-1040 Wien www.tuwien.ac.at

Editorial Office / Redaktion: Photo Credits / Bildernachweis: Christine Cimzar-Egger, Florian Aigner, ABA, R. Tanzer (S.2 - Zeile 1 links; S.3 - Zeile 1 links, Barbara Kusebauch Zeile 2; S.8 beide; S.9 Zeile 1; S 40 links); Thomas Blazina (S.4); Raimund Appel (S.5, S.7); Matthias Contact / Kontakt: Heisler (S.6 - 3.Foto v.l.; S.20 - Zeile 2; S.36, S.37); Büro für Öffentlichkeitsarbeit Friedrich Jakupec, TU Wien (S.17 beide); Klaus Cicha, Technische Universität Wien TU Wien (S. 22); LISI - Solar Decathlon Team Austria (S. Resselgasse 3/E011, A-1040 Wien 29 - Zeile 1 rechts); David Alexander, TU Wien (S. 31); T: +43/1/58801-41024 Tibor Rauch (S. 38, Zeile 1); Xarion (S.38, Zeile 2); alle F: +43/1/58801-41093 anderen TU Wien [email protected] www.tuwien.ac.at/pr Texts / Texte: Vorwort: Sabine Seidler, Johannes Fröhlich Graphic Arts / Grafik: Texte: Florian Aigner, Christine Cimzar-Egger Anita Frühwirth EFFundWE Grafik & Typo Translation / Übersetzungen ins Englische: Andreas Guzei, TU Wien Eurocom Translation Services

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