Kontaktperson
Duisburger Str. 100 45479 Mülheim an der Ruhr
Institut Naturwissenschaften
Nahtstelle zwischen den Disziplinen
Zentrale Aufgabe des Instituts Naturwissenschaften ist die angewandte Forschung und das Bereitstellen von Lehrangeboten, z. B. in Mathematik und Physik. Das Institut ist eine wichtige Schnittstelle zwischen den verschiedenen ingenieurwissenschaftlichen und wirtschaftswissen-schaftlichen Disziplinen. Angewandte Naturwissenschaften bilden die Basis vielfältiger Disziplinen wie z. B. der Elektrotechnik, dem Maschinenbau, der Volkswirtschaftslehre und der Informatik.
Dies zeigt sich vor allem in der Vernetzung des Instituts Naturwissen-schaften mit anderen Bereichen der Hochschule. Zum Beispiel in den konkreten Kooperationen mit den Instituten Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Energiesysteme, Informatik, Wirtschaft und Mess- und Sensortechnik.
Mathematik
Angewandte Mathematik ist ein wichtiges Werkzeug in MINT-Studium, Technik und Wirtschaft. Die Fachgruppe Mathematik bietet Expertise in Simulationsverfahren, Quasi-Monte-Carlo-Methoden, Maschinellem Ler-nen und KI, sowie Data Science. Im Forschungsschwerpunkt MARTA arbeitet die Fachgruppe besonders an technischen Frage-stellungen. Kooperativen Promotionen, die Ent-wicklung von Lernsoftware und die Didaktik der Mathematik runden das Profil ab.
Physik
Die physikalischen Grundlagen der Ingenieursausbildung werden durch das Institut zentral für die gesamte Hochschule angeboten. Im engen Austausch zwischen den Lehrenden entwickeln wir gemeinsam Lehr-formate mit Fokus auf den Anwendungsbezug im Arbeitsleben. Begleitende Praktika vermitteln zentrale Fertigkeiten für das weitere Studium, die am Institut in weiterführenden Modulen wie Mikro-technologie oder Laser in der Medizin vertieft werden können.
Sicherheitstechnik
Ständig steigende Anforderungen an eine moderne Technik führen dazu, dass traditionelle Nachweise der Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit an ihre Grenzen stoßen. Die Sicherheitstechnik eröffnet neue Möglichkeiten, moderne Technologien für Mensch und Umwelt sicher und zuverlässig zu gestalten, sie zu bewerten und zu beurteilen.
Unsere Forschung im Überblick
Seit 2022 werden die Forschungsschwerpunkte der HRW durch den Forschungsschwerpunkt MARTA - Mathematical Research for Technical Applications erfolgreich ergänzt. Mit dem Forschungsschwerpunkt wird eine Bündelung der Forschungs-arbeiten unter dem Fokus des Transfers mathematischen und überwiegend numerischen Knowhows in konkrete technische Anwendungen angestrebt.
In der mathematischen fachdidaktischen Forschung wird zum Beispiel in einem Promotionsvorhaben die Wirksamkeit von interaktiven Lernvideos auf sich häufig in der Grundlagenmathematik zeigende Fehlermuster untersucht. Ein anderes Projekt beschäftigt sich mit der Untersuchung des Transfers von Flexibilität. Hierbei geht es um das Übertragen alternativer Lösungsstrategien auf unterschiedliche Aufgabentypen.
Im Umfeld der Data Science beschäftigen sich die Mathematiker*innen am Institut Naturwissenschaften mit verschiedensten Aspekten: Neben der Datenanalyse mittels Wavelets und der Analyse großer Messdaten aus der Sensorik werden optimale Algorithmen mithilfe von Quasi Monte Carlo Methoden entwickelt. Daneben werden Methoden der Learning Analytics in der mathematischen Fachdidaktik verwendet. Als konkretes Anwendungsgebiet der Data Science werden außerdem Fragestellungen der Versicherungs- und Finanzmathematik betrachtet.
Ein weiterer Schwerpunkt der mathematischen Forschung besteht in der Theorie und Anwendung dynamischer Systeme: Diese spielen am Institut Naturwissenschaften beispielsweise bei der Modellierung thermodynamischer oder rotierender Systeme eine zentrale Rolle. Dies schließt die Verwendung nichtlinearer Methoden zur Verbesserung von Schwingungsanalysen mit ein. Darüber hinaus werden auch Anwendungen dynamischer Systeme innerhalb der Mathematik betrachtet, etwa Anwendungen in der Theorie der Gleichverteilung (Ergodentheorie, Quasi-Monte Carlo Methoden) sowie nicht-hyperbolische dynamische Systeme und komplexe dynamische Systeme (Iteration rationaler Funktionen).
Die praktische Anwendung der Physik und Chemie im Institut Naturwissenschaften findet sich in vor allem in der Optoelektronik und Mikrosystemtechnik. Im Themenfeld der Optoelektronik stehen die Halbleiterlaser im Fokus. Das Abstrahlverhaltens und die Strahlqualität dieser Bauteile werden mit Hilfe der Wellenfrontmessung analysiert und mit Simulationen verglichen. Organische Halbleiterlaser bilden die Brücke zur Mikrosystemtechnik. Das Wahlfach Mikrotechnik vermittelt Herstellungsprozesse und Funktionsprinzipien von Halbleitern- und anderen Mikrosystemen (z.B. mikrofluidische System). Das Labor ermöglicht es hier in studentischen Projekten Mikrosystem zu konzipieren und herzustellen. Innerhalb der Physikdidaktik werden Konzepte zur Förderung von Problemlösestrategien im Rahmen der Physikübungen entwickelt.
In der Sicherheitstechnik fokussieren sich die Forschungsaktivitäten auf die Zuverlässigkeit sowie die funktionale Sicherheit. Bei der funktionalen Sicherheit stehen beispielsweise die Optimierung von Sicherheitskonzepten in der Brandmeldetechnik und die Untersuchung mechanischer Einflüsse auf sicherheitsrelevante Hardware-Komponenten an Elektro-Motoren im wissenschaftlichen Fokus.
