Zwei mit „summa cum laude“ ausgezeichnete Promotionen an der JLU und der THM
Im DLR-Projekt AIPEX wurde untersucht, wie maschinelles Lernen komplexe Experimente auf der ISS automatisieren kann. Ein Beleg für die Forschungsqualität in Mittelhessen.
Die Verleihung der Bestnote „summa cum laude“ ist an deutschen Universitäten selten und steht für eine außergewöhnliche wissenschaftliche Leistung. Dass gleich zwei Nachwuchswissenschaftler der Region diese Auszeichnung für ihre Doktorarbeiten erhalten haben, lenkt den Blick auf ein ambitioniertes Forschungsprojekt in Gießen: Dr. Niklas Dormagen und Dr. Max Klein untersuchten im Rahmen des Verbundprojekts AIPEX (Artificial Intelligence for Plasma Experiments), wie Methoden der Künstlichen Intelligenz die physikalische Grundlagenforschung im Weltraum unterstützen können.
Das Projekt ist Teil einer größeren Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Erfolg der Arbeiten beruht maßgeblich auf der engen Verzahnung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).
Das Forschungsfeld: Komplexe Plasmen unter Schwerelosigkeit
Im Mittelpunkt der Arbeiten steht das physikalische Phänomen der sogenannten „staubigen“ oder komplexen Plasmen. Dabei handelt es sich um elektrisch geladene Gase, in denen sich feinste Partikel befinden. Um diese Systeme und die in ihnen entstehenden kristallinen Strukturen oder Turbulenzen präzise zu analysieren, ist Schwerelosigkeit erforderlich. Seit 2014 läuft dazu auf der Internationalen Raumstation ISS das Experiment PK-4.
Die Herausforderung bei solchen Weltraum-Experimenten ist jedoch struktureller Natur:
- Begrenzte Ressourcen: Rechenleistung, Datenübertragungsraten zur Erde und die Arbeitszeit der Astronauten vor Ort sind streng limitiert.
- Enorme Datenmengen: Die optische Erfassung der Partikelbewegungen erzeugt riesige Bilddatenmengen, die manuell kaum oder nur sehr langsam ausgewertet werden können.
Hier setzt die Forschungsleistung der beiden Gießener Physiker an. Unter der Leitung von Prof. Dr. Markus Thoma (JLU) und Prof. Dr. Mike Schwarz (THM) entwickelten sie Algorithmen, mit denen Partikelpositionen und Partikelketten im Plasma mithilfe von KI zuverlässig lokalisiert und ausgewertet werden können. Dadurch lässt sich das Experiment auf der ISS teilautomatisieren und die anfallenden Bilddaten direkt vor Ort komprimieren.
Wissenschaftlicher Kern: Die entwickelten Verfahren reduzieren die zu übertragenden Datenmengen drastisch und beschleunigen die physikalische Auswertung komplexer Strukturen im All. AIPEX dient damit als Referenzmodell für künftige, ressourcensparende Experimentauswertungen im Weltraum.
Kooperation als Qualitätsfaktor
Die hohe Qualität der Forschungsergebnisse ist kein Zufall, sondern das Resultat einer komplementären Partnerschaft der beiden Hochschulen. Die Promotionen vereinen die Stärke der JLU in der physikalischen Grundlagenforschung mit der anwendungsorientierten Expertise der THM in den Bereichen Technik und Informatik.
Wie tief diese Zusammenarbeit in Gießen verankert ist, zeigt auch der Lebenslauf von Dr. Dormagen. Er absolvierte bereits den kooperativen Studiengang „Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen“ (Bachelor of Science (B.Sc.)- Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen | Master of Science (M.Sc)- Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen) – ein Studienmodell, das genau diese Schnittstelle zwischen Naturwissenschaft und Ingenieurpraxis abbildet. Für die Validierung der theoretischen Modelle nutzten die Forscher unter anderem Referenzmodelle der ISS-Anlage auf der Erde (unter anderem in Toulouse) sowie Testumgebungen auf Parabelflügen in realer Schwerelosigkeit.
Fazit für den Standort
Der Erfolg des Projekts AIPEX demonstriert, dass Mittelhessen im Bereich der forschungsintensiven Zukunftstechnologien auf nationalem Niveau konkurrenzfähig ist. Für die Region ist diese wissenschaftliche Substanz ein wichtiges Argument im regionalen Standortwettbewerb: Sie belegt, dass hier die Infrastruktur und das personelle Know-how vorhanden sind, um hochkomplexe Fragestellungen für Bundesbehörden wie das DLR erfolgreich zu lösen.
Quelle: Pressemeldung der Technische Hochschule Mittelhessen
