Rhein-Main Universitäten

Roboter halten in immer mehr Bereiche Einzug und finden mit fortschreitender Forschung auch immer mehr Akzeptanz. Am Fachgebiet Mess- und Sensortechnik des Fachbereichs Elektrotechnik und Informationstechnik (Etit) ist die Robotik bereits ein fester Bestandteil der Lehre. Gelernt und geforscht wird unter anderem an einem herkömmlichen modernen Industrieroboter, der mit Zubehör an die 100.000 Euro kostet. Für Praktika, Abschlussarbeiten und Seminare würden gleich mehrere Roboter für alle Studierenden benötigt, das heißt, der Bedarf an Robotern für die praktische Lehre ist hoch, die Kosten leider auch.

Gut, wenn das Know-how und die Begeisterung zur Entwicklung solcher Roboter in den Reihen der eigenen Studierenden zu finden sind: Felix Herbst hat in seiner Bachelorarbeit einen funktionsfähigen Sechs-Achsen-Knickarmroboter entwickelt und innovativ gefertigt. Dieser größtenteils 3D-gedruckte Roboter ist mit einer Spannweite von 43 Zentimetern deutlich kleiner als der Industrieroboter mit 80 Zentimetern, lässt sich aber genauso programmieren und ist dazu mit moderner Sensorik zur autonomen Lagebestimmung der einzelnen Achsen ausgestattet. Kostenpunkt: nur 600 Euro. „Meine Motivation war es, einen kostengünstigen Roboterarm als Alternative zum vorhandenen Industrieroboter zu konstruieren“, sagt Herbst.

Ein Sechs-Achsen Knickarmroboter…

Das ist ihm gelungen, mehr als das: Sein Roboter ist flexibel und modular anwendbar. Dazu hat er mithilfe von CAD (computer-aided design)-Anwendungen eine technische Zeichnung angefertigt. Per Schmelzschichtverfahren wurde dann eine Ebene auf die andere aufgetragen. Herbsts Roboter ist nicht nur kostengünstiger, sondern auch einfach reproduzierbar und vielseitiger als das Industriemodell. „Während viele Hersteller gerne geschlossene Systeme verwenden, die dann vom Anwender nicht mehr verändert werden können, habe ich bei der Auslegung der Elektronik und Schnittstellen darauf geachtet, dass diese erweiterbar und nicht auf die aktuellen Messwerte und Befehle limitiert sind.“

…ausgestattet mit unabhängiger Motorsteuerungsplatine…

Und so steht der hauseigene Roboter auch in Sachen Elektronik dem Industrieroboter in nichts nach. Ganz im Gegenteil: „Jede der sechs unabhängigen Motorsteuerungsplatinen ist mit einem Mikroprozessor, einem Motortreiber, einem Magnet Encoder zur Nullpunktpositionierung und einem CAN Interface (Controller Area Network) ausgestattet“, erklärt Sven Suppelt, der neben seinem Etit-Masterstudium und seiner Mitarbeit an der TU-Ausgründung „core sensing“ die Elektronik des Roboters entwickelt hat. „Man könnte sagen, dass wir die Intelligenz der Motorsteuerung direkt zu den Motoren bringen.“ Die Steuerung des Roboters sei so mit deutlich weniger Kabeln möglich, und die Integrationsdichte steige. In enger Zusammenarbeit mit Felix Herbst sei er schrittweise dabei vorgegangen, die Platine kontinuierlich zu optimieren.

…und kraftsensorintegrierter Nadel…

Dieser Roboter kann nun verschiedene Bewegungen ausführen und für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden, zum Beispiel in der Medizin. Versehen mit einer von Sonja Wismath in ihrer Bachelorarbeit am Fachbereich Etit entwickelten Hohlnadel mit integriertem Kraftsensor in der Spitze, wird der Roboter zum OP-Assistenten und für automatisierte Nadelinjektionen verwendet. Die Kräfte, die durch die Interaktion der Nadelspitze mit dem umliegenden Gewebe entstehen, lassen sich so messen. „Diese Kräfte können dem Arzt sowohl während der Behandlung als auch in einem Trainingsszenario verstärkt dargestellt werden. Das sensibilisiert die haptische Wahrnehmung des Arztes“, so Wismath. Das ermögliche einen genaueren Nadeleinstich. Romol Chadda, Doktorand im Fachgebiet Mess- und Sensortechnik und, gemeinsam mit Jan Hinrichs, Betreuer der Bachelorarbeit, hat die Nadel in diesem Oktober auf der IEEE Sensors Konferenz in Kanada vorgestellt: „Die Reaktionen waren sehr positiv. Die Medizintechnik war schon immer ein relevanter Forschungsaspekt, da diese im direkten Zusammenhang mit dem Wohle der Menschheit steht und die Lebensqualität erheblich verbessern kann. Aktuelle Innovationen und Technologien ermöglichen nun einen größeren Fortschritt in diesem Bereich. Viele der Reaktionen haben uns ermutigt weiter zu forschen.“

…wird zum OP-Assistenten.

Aus dem Roboter mit eben dieser Hohlnadel versehen wird so ein OP-Assistent, der für den Praktikumsversuch „Medizintechnik – der Roboter als OP-Assistent“ im kooperativen Studiengang Medizintechnik zur Anwendung kommt. In der Medizinrobotik hat bisher noch der operierende Arzt die Kontrolle über die durchzuführende Tätigkeit und wird vom Roboter lediglich unterstützt. „Die größte Herausforderung wird sein, Roboter so weit zu optimieren, dass sie kollaborativ mit anderen Menschen zusammenarbeiten“, so Dennis Roth, ebenfalls Masterstudent am Fachbereich Etit und Betreuer des Praktikumsversuchs. Grundsätzlich sollen den Studierenden während des Praktikums der Umgang mit Roboter-Betriebssystemen nähergebracht und verschiedene Begriffe aus der Robotik erklärt werden. Zudem lernen sie, wie Medizinroboter bei einer Nadelbiopsie eingesetzt werden können. „Dabei wird den Studierenden deutlich gemacht, welche Schwierigkeiten auftreten können und dass ein solcher Nadeleinstich nicht ganz so trivial ist, wie es zunächst scheinen mag.“ Das Besondere aber sei, „dass der von Felix entwickelte Roboter ohne große Kosten vielen Studierenden zugänglich gemacht werden kann. Er erlaubt das gefahrlose Testen von eigenen Codes und eigenen Programmabläufen, sodass die Hemmschwelle im Umgang viel niedriger ist“.

Begeisterung für das eigene Fach

Und damit dieses sehr interdisziplinäre Projekt ab dem kommenden Sommersemester auch zur Anwendung kommt, arbeitet Felix Herbst im Rahmen des Projektseminars PEM (Praktische Entwicklungsmethodik in der Vertiefungsrichtung Sensorik, Aktorik und Elektronik (SAE) an der Vervielfältigung des Roboters. „Außerdem experimentiere ich aktuell mit neuen Antriebskonzepten, die den Roboter noch präziser und günstiger machen sollen. Parallel arbeite ich an der Erweiterung der Software-Funktionalität. Ich möchte noch weitere Sensoren und Motor-Controller einbinden, die dann neue Nutzungsmöglichkeiten bieten.“

Nach ihrer Motivation befragt, gaben alle ähnliche Antworten, nämlich die Begeisterung für ihren jeweiligen Schwerpunkt. Felix Herbst: „Robotik verbindet für mich Software und Hardware sinnvoll miteinander. Ich programmiere gerne und sehe direkt ein physisches Ergebnis, wenn das Programm funktioniert. Mich faszinieren einfach Automatisierung und Mensch-Maschine Interaktion.“

Professor Mario Kupnik, Leiter des Fachgebiets Mess- und Sensortechnik, hat die einzelnen Projekte begleitet, koordiniert und zusammengeführt. Ihn fasziniert die herausragende Zusammenarbeit seiner Studierenden: „Unsere Studierenden haben aus dem Stand heraus einen sehr beeindruckenden Roboter entwickelt, der nun der kommenden Generation der Medizintechnik-Studentinnen und -Studenten, aber auch Studierenden der Elektrotechnik, Mechatronik und Informatik, zur Verfügung steht und deren praktische Ausbildung deutlich verbessert. Das spricht für die Qualität unserer forschungsgeleiteten Lehre und für das hohe Niveau, auf dem unsere Studierenden lernen und bereits forschen. Einer der Hauptgründe, warum ich Anfang 2015 an die TU Darmstadt gewechselt bin.“

Der Studiengang B.Sc. Medizintechnik wird vom Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt in Kooperation mit dem Fachbereich Medizin der Goethe-Universität Frankfurt (GU) gemeinsam getragen. Module werden also sowohl an der TU als auch an der GU gelehrt. Unterstützt durch den RMU-Initiativfonds Lehre sollen in Zusammenarbeit des Fachgebiets Mess- und Sensortechnik der TU und des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie (Professor Thomas Vogl) der GU Praktikumsversuche aus dem Bereich Medizinrobotik aufgebaut werden. Der OP-Roboter findet hierbei Anwendung.

„Spitzenforschung im Verbund“ – dafür stehen die Sonderforschungsbereiche (SFB) der DFG, große, über die Disziplinen hinweg eng kooperierende und vor allem langfristige Vorhaben, die der gemeinsam betriebenen Grundlagenforschung dienen. Der SFB 1177 „Molekulare und funktionale Charakterisierung der selektiven Autophagie“ und der SFB 1245 „Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen“ zählen zu diesen weithin sichtbaren Verbundforschungseinrichtungen, die die deutsche Wissenschaftslandschaft seit Jahrzehnten auf besondere Weise prägen.

Beide SFB wurden im Jahr 2016 etabliert und zählen damit zu den ersten Forschungsverbünden, die seit der Gründung der RMU-Allianz unter Federführung einer der drei Universitäten eingerichtet wurden: der SFB 1177 in Frankfurt am Main, der SFB 1245 in Darmstadt. Was sie im engeren Sinn zu Institutionen der RMU macht: In beiden kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus zwei Rhein-Main-Universitäten. So arbeiten im SFB 1177 Forscherinnen und Forscher der Goethe-Universität (Sprecherschaft) mit Kolleginnen und Kollegen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Mainzer Instituts für Molekulare Biologie, des Georg-Speyer-Hauses und aus München, Tübingen, Freiburg und vom MPI für Biophysik zusammen. Im SFB 1245 kooperiert die TU Darmstadt (Sprecherschaft) mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.

Beide Sonderforschungsbereiche, die ihre Arbeit nun für weitere vier Jahre fortsetzen können, sind in ihren jeweiligen Forschungsfeldern Solitäre: Deutschlandweit ist der SFB 1177 der erste Forschungsverbund, der sich mit der selektiven Autophagie, dem Abbau und der Verwertung eigener Bestandteile durch Zellen auf molekularer und zellulärer Ebene befasst. Das Wissen, das durch dieses Konsortium geschaffen wird, könnte in der Zukunft helfen, Krebs, neurodegenerative Erkrankungen und Infektionen effektiver zu bekämpfen.

Im SFB 1245 wird die Arbeit von mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern koordiniert, um, ausgehend von effektiven Feldtheorien der starken Wechselwirkung, die Struktur der Atomkerne sowie die Entstehung der Elemente im Universum zu verstehen. Die TU Darmstadt als eines der bedeutendsten universitären Zentren der experimentellen und theoretischen Kernstrukturphysik und der nuklearen Astrophysik kombiniert hier ihre herausragende Expertise mit der Spitzenforschung der Johannes Gutenberg-Universität im Bereich der Teilchenphysik.

Mit drei Millionen Euro wird das neue Graduiertenkolleg (GRK) 2516 „Kontrolle über die Strukturbildung von weicher Materie an und mittels Grenzflächen“ gefördert. Beantragt wurde es von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der TU Darmstadt sowie dem Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Ziel des GRK in Mainzer Sprecherschaft ist es, Grenzflächen zu erschließen, um den Herstellungsprozess und damit die physikalischen und chemischen Eigenschaften weicher Materialien besser zu kontrollieren. Das GRK startet Anfang Juli 2020.

Eine Förderung für weitere vier Jahre in Höhe von sechs Millionen Euro erhält das GRK 2050 „Privatheit und Vertrauen für mobile Nutzende“. Seine Forscherinnen und Forscher beabsichtigen, Wege zu mehr Privatheitsschutz und Vertrauenswürdigkeit des Internets zu finden. Eine wichtige technische Vision des GRK in Sprecherschaft der TU Darmstadt bilden neuartige Mobilgeräte, die den Nutzenden die größtmögliche Kontrolle belassen. In Phase II wird u.a. erforscht, wie vertrauenswürdige (menschliche oder künstliche) intelligente *Intermediäre* zeitraubende bzw. anspruchsvolle Aufgaben des Privatheitsschutzes übernehmen können. Kooperationspartner sind die Goethe-Universität Frankfurt und die Universität Kassel.

Zur Stärkung des wissenschaftlichen Nachwuchses hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bundesweit 16 neue Graduiertenkollegs (GRK) eingerichtet. Diese werden ab 2020 mit insgesamt 72 Millionen Euro gefördert.

Die Hessenschau hat gestern über das bundesweit einzigartige Projekt „Rhein-Main-Universitäten“ berichtet. Im Fokus stehen dabei Vorteile und Herausforderungen der gemeinsamen Angebote im Bereich Studium und Lehre.

Vier gemeinsame Studiengänge bieten die RMU bislang an. Weitere Kooperationsstudiengänge sind derzeit in Planung. Über die gemeinsamen Studiengänge hinaus wird zum kommenden Wintersemester 2020/2021 das sogenannte RMU-Studium eingeführt. Mit diesem Angebot bekommen Studierende die Möglichkeit, an ausgewählten Lehrveranstaltungen der anderen Universitäten teilnehmen zu können und dafür Credit Points zu erwerben.

Mit GRADE, Ingenium und dem Gutenberg Nachwuchskolleg präsentieren sich auch drei Einrichtungen der Universitäten Frankfurt, Darmstadt und Mainz, die Angebote für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der frühen Karrierephase vorhalten und sich im Rahmen der strategischen Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU) gemeinsam für den wissenschaftlichen Nachwuchs engagieren.

Interessierte Studierende, Promovierende, Promovierte, Absolventinnen und Absolventen sowie Young Professionals sind herzlich eingeladen vorbeizuschauen und sich mit potenziellen Arbeitgebern austauschen.  

Ausführlichere Informationen finden Sie auf der Seite zur Veranstaltung.

Seit 2016 fördern die Rhein-Main-Universitäten in Kooperation mit der Stiftung Mercator den Dialog mit Politik, Verwaltung, Zivilgesellschaft und Medien. Im Rahmen des Programms besuchen Führungskräfte aus der Praxis die Rhein-Main-Universitäten und führen Fachgespräche mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern.

Das Fellow-Netzwerk umfasst mittlerweile 103 Fellows, welche aus Bundeseinrichtungen wie dem Auswärtigen Amt oder dem Bundesfinanzministerium, Landeseinrichtungen, der EU-Kommission und internationalen Organisationen (u.a. Weltbank und Vereinte Nationen), Nichregierungsorganisationen (u.a. Malteser, Deutsches Rotes Kreuz, Brot für die Welt) und Medien wie der Süddeutschen Zeitung oder dem MDR kommen. Die Fellows lernen aktuelle wissenschaftliche Perspektiven auf Ihre Arbeitsgebiete kennen, während die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Einblicke in aktuelle Praxisdebatten erhalten.

Weitere Informationen zum Mercator Science-Policy Fellowship-Programm finden Sie hier.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage der Akademie der Wissenschaften Mainz. 

Prof. Birgitta Wolff, Präsidentin Goethe-Universität Frankfurt:

„Die primäre Aufgabe in der Allianz ist es, gemeinsam die großen gesellschaftlichen Herausforderungen zu adressieren.“

„Unsere Stärke ist Diversität, gepaart mit Komplementarität. Wir ergänzen uns optimal, und das länderübergreifend.“

„Der Schlüssel zum Verständnis der RMU war und ist es, die drei Universitäten besser zu machen.“

 

Prof. Hans Jürgen Prömel, Präsident TU Darmstadt:

„Unsere drei Universitäten agieren auf Augenhöhe mit einer klaren Vision. Wir können ein role model für Wissenschaft ohne Grenzen sein, unterstützt von der Legislative zweier Bundesländer.“

„Einen Mehrwert zu schaffen, das ist Sinn und Zweck der Allianz. Wenn sich die RMU in den nächsten sechs Jahren so positiv wie bisher weiterentwickelt, dann stehen die Chancen gut, in der nächsten Runde der Exzellenzstrategie erfolgreich zu sein.“

 

Prof. Georg Krausch, Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz:

„Wenn man wie wir Kräfte bündelt, stellt sich Erfolg ein. Das Rhine Main Neuroscience Network ist hierfür ein wunderbares Beispiel.“

„Unser Auftrag lautet Ermöglichung. Es geht darum, Plattformen zu schaffen, um Kooperation zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu ermöglichen. Allein die 49 Bewerbungen in der jüngsten Runde des Initiativfonds Forschung zeigen, welches enorme Potenzial in der RMU steckt.“

„Der gemeinsame Studienraum, den wir nächstes Jahr starten wollen, ist das bisher dickste Brett: Nur einmal einschreiben und einmal den Semesterbeitrag zahlen, aber Lehrveranstaltungen an allen Unis gleichzeitig besuchen können.“

 

Angela Dorn, hessische Ministerin für Wissenschaft:

„Kooperation ist die Chance, mehr voranzubringen. Die Allianz lebt die richtige Herangehensweise vor. Geniale Beispiele in der Lehre sind die Medizintechnik und die Afrikanistik.“

„Ich denke, die Kooperation vermag es auch, Synergien in der Verwaltung zu heben.“

„Wenn wir in zehn Jahren rückblickend hohe Identifikation und ein Zugehörigkeitsgefühl zu dem Gebilde RMU feststellen, wäre viel erreicht.“

 

Prof. Konrad Wolf, rheinland-pfälzischer Minister für Wissenschaft:

„Ich finde es gut und wichtig, dass die drei Universitäten sich als starke Wissenschaftsregion positionieren“.

„Ich stelle mir die RMU im Jahre 2029 als Bild aus drei Kreisen mit überlappenden Schnittmengen vor – drei Universitäten mit jeweils starken Profilen und gleichzeitig starken Kooperationen.“