Spitzenforschung – Impact das Wissenschaftsmagazin

Information Science: Der „Informations-Tresor“

Einer der kostbarsten Schätze der Erde lagert 120 Meter tief im Eis von Spitzbergen. Hinter dicken Betonmauern des weltweit größten Saatgut-Tresors auf Svalbard werden die Samen der wichtigsten Kulturpflanzen der Menschheit aufbewahrt, stets gekühlt auf minus 18 Grad Celsius. Wenn es um digitale Informationen geht, sind wir längst nicht so weit – ein umfassender „Informations-Tresor“ existiert nicht. Vor allem nicht für digitale Daten. Schon heute sind Text-Dateien aus den 1990ern und frühen 2000er Jahren mit handelsüblichen Computern oftmals nicht mehr zu öffnen. Die Zeit von Mitte der 1980er bis Mitte der 2010er Jahre könnte aus Sicht zukünftiger Generationen deshalb zu einem „Dark Age“ werden, meint Prof. Dr. Stefan Schmunk vom Fachbereich Media.

Wie können wir digitale zeitgeschichtliche Dokumente für die Nachwelt bewahren? Welche Formate werden in 10, 50 oder 100 Jahren noch nutzbar sein? Wie müssen Forschungsinfrastrukturen aufgebaut sein, damit Forschungsdaten langfristig genutzt werden können? Das Projekt „Text+“ ist Teil einer nationalen Kraftanstrengung zur Lösung dieser Fragen: Seit 2018 fördern Bund und Länder die „Nationale Forschungsdateninfrastruktur“. Unter dem Dach der „NFDI“ arbeiten 20 Konsortien an einem gemeinsamen Ziel: die Daten, die vorwiegend lokal in Forschungseinrichtungen und Hochschulen entstehen, so aufzubereiten, dass sie auf Dauer leicht zugänglich, auffindbar und nutzbar bleiben. Im DFG-geförderten Projekt „Text+“ liegt der Fokus dabei auf dem Bereich Sprache und Text, genauer auf den Kategorien Sammlungen, lexikalische Ressourcen und Editionen.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/460033370

STATISTIK: IT'S ALL ABOUT DATA...

Ein beliebter Ausspruch unter Statistikern lautet: „Without data you’re just another person with an opinion.“ Ohne Daten bist du wie alle anderen – ein Mensch mit irgendeiner Meinung. Daten sind ein kostbares Gut, sie gelten als das „Erdöl“ des 21. Jahrhunderts. Unternehmen, Wissenschaft und Politik leiten aus Daten wichtige Erkenntnisse ab. Dass es dabei auf Sorgfalt und Expertenwissen ankommt, führt uns die Corona-Pandemie tagtäglich vor Augen.

Um aus immer größeren und komplexeren Datenmengen Wissen zu gewinnen, werden verschiedene statistische Methoden verwendet. Dazu zählen die so genannten Hypothesentests. Dabei werden „Datenberge“ – zum Beispiel Informationen zu Krebspatienten und ihren Heilungschancen – tausend- oder millionenfach anhand statistischer Tests analysiert. Das Problem: Je mehr Tests, desto häufiger entstehen falsch-positive Ergebnisse. So ähnlich ist es auch bei den Corona-Schnelltests: Testet man sich nur häufig genug, wird irgendwann auch ein positives Ergebnis herauskommen, selbst wenn man nicht infiziert ist.

In der „Multiplen Testtheorie“, mit der sich Prof. Dr. Sebastian Döhler vom Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften beschäftigt, wird nach Lösungen für dieses Problem gesucht. In seinem aktuellen DFG-Projekt arbeitet der Mathematiker gemeinsam mit einem Kollegen der Universität Sorbonne (Paris) an neuen statistischen Methoden, die zuverlässiger und effizienter funktionieren als die bisherigen. Profitieren könnten davon etliche Bereiche von der Medizin über das Banken- und Versicherungswesen bis hin zur Astrophysik. Und ja: natürlich auch Internetkonzerne wie Google oder Apple. Die betreiben allerdings eigene Forschungsabteilungen, um solchen Fragen auf den Grund zu gehen.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/446840866

Soziologie: Grenzfragen

Städte gelten als Orte der Inklusion. Sie können aber auch Orte der Exklusion sein. Prof. Dr. Margit Fauser vom Fachbereich Soziale Arbeit stellt diesen in der Forschung bislang wenig beachteten Aspekt in den Fokus: Die Soziologin untersucht, welche Rolle Städte bei der Migrationskontrolle spielen und wie Migrantinnen und Migranten dies erleben. Es geht gewissermaßen um die Entstehung von Grenzen inmitten unserer Städte – etwa durch Identitätskontrollen auf der Straße oder die Überprüfung des Aufenthaltsstatus bei der Gesundheitsversorgung oder durch soziale Dienste.

In ihrem DFG-Projekt vergleicht die Migrationsexpertin die beiden „Global Cities“ Frankfurt am Main und Madrid sowie die beiden weniger globalisierte Städte Dortmund und Bilbao. In welcher Weise sind lokale Akteure an der Migrationskontrolle beteiligt? Welche Unterschiede lassen sich beobachten und wie sind sie zu erklären? In welchem Verhältnis stehen urbane Bürgerschaft und Kontrolle zueinander? Um Antworten zu finden, nutzt „Grenzgängerin“ Fauser neben offiziellen Statistiken und Dokumenten vor allem Interviews mit Vertretern lokaler Behörden, sozialer Organisationen, von Wohlfahrtsverbänden und NGOs wie auch biographische Interviews mit Migrantinnen und Migranten.

Margit Fauser, die seit März 2022 an der Ruhr-Universität Bochum lehrt und forscht, verbindet in diesem Projekt drei bislang separate Forschungsgebiete miteinander, um Wissenslücken in diesem gesellschaftspolitisch so zentralen Thema zu schließen: die Migrationsforschung, die Grenz- und die Stadtforschung. So leistet die Wissenschaftlerin einen Beitrag zum empirischen und theoretischen Verständnis von Städten in einer Situation, in der sich Grenzen in Europa verschieben – räumlich wie organisatorisch, jenseits der klassischen Grenzlinie und ihrer Überwachung. Dies wird helfen, das Zusammenspiel von Inklusion und Exklusion, von Bürgerschaft und Kontrolle in europäischen Städten besser zu verstehen.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/389797911

THERMODYNAMIK: FEUER UND FLAMME I

Prof. Dr. Dirk Geyer brennt für seine Forschung. Im Labor untersucht er Verbrennungsvorgänge mit anspruchsvoller, hochaktueller Laser-Messtechnik. Das Problem: Flamme ist nicht gleich Flamme. Zwei Typen – „vorgemischte“ und „nicht-vorgemischte“ – Flammen werden grundsätzlich unterschieden. Im ersten Fall werden Brennstoff und Luft (genauer: Sauerstoff als Oxidator) schon vor der Brennkammer vermischt, im zweiten erst darin. Beide Flammentypen sind experimentell bestens untersucht und anhand mathematischer Modelle beschrieben. Aber wie so oft liegt auch hier die „Wahrheit“ in der Mitte: In der Praxis – also etwa in Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren – sind Mischformen aus beiden Modellen besonders häufig.

Dirk Geyer vom Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik nimmt in seinem DFG-Projekt diese Mischformen unter die Lupe. Sie sind bislang kaum erforscht, ein besseres Verständnis könnte aber entscheidend zu mehr Effizienz und Nachhaltigkeit beitragen. In seinem Projekt untersucht der Maschinenbauingenieur deshalb solche Flammen mit laserdiagnostischen Methoden. Basierend auf den experimentellen Daten entwickeln Kooperationspartner dann Modelle und Simulationen für den „gemischten“ Flammentypus (im Fachjargon: regimeübergreifende Flammenstrukturen). Gemeinsam werden daraus allgemeingültige, optimale technische Parameter für solche Verbrennungsvorgänge abgeleitet. Ein wichtiger Baustein nicht nur für die Optimierung bestehender, sondern auch die Entwicklung neuer Technologien mit modernen Energieträgern. Dafür sind der Thermodynamik-Experte und sein Team vom Labor für Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien (ODEE) an der h_da Feuer und Flamme.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/325144795

LASERBASIERTE STRÖMUNGSIDAGNOSE: FEUER UND FLAMME II

Der Brennstoff Ethanol steht im Zentrum von Professor Dirk Geyers zweitem aktuellen DFG-Projekt. Der farblose, leicht brennbare Alkohol zählt zu den Kohlenwasserstoffen. Summenformel: C₂H₆O. Da die Energie in Kohlenwasserstoffen kompakter gespeichert ist als in anderen Brennstoffen, sind sie aus Sicht des Forschers auch künftig aus einigen Bereichen der Mobilität, beispielsweise dem Güter- oder Flugverkehr, nicht wegzudenken. Regenerative Kraftstoffe wie Ethanol, die aus Pflanzen oder besser noch aus erneuerbarem Strom gewonnen werden, gelten als Baustein im Klimaschutz.

Was aber genau geschieht in der Flamme, wenn man Ethanol verbrennt? So einfach die Frage klingt, so schwer ist sie zu beantworten. Die chemischen Prozesse in Ethanolflammen, wie sie in technischen Anwendungen am häufigsten vorkommen (Fachterminus: „turbulente vorgemischte Ethanolflammen“), sind noch nicht erforscht und sehr viel komplexer als etwa bei der Verbrennung von Wasserstoff oder Methangas. Klar ist nur, was am Ende dabei herauskommt: Kohlendioxid und Wasser. Maschinenbau-Ingenieur Dirk Geyer und sein Team möchten eine optische Messtechnik entwickeln, die es ermöglicht zu erforschen, an welcher Stelle die Flamme welche Temperatur aufweist. Oder in welcher Konzentration die einzelnen Komponenten (z.B. Ethanol, Wasserstoff, Kohlendioxid oder Sauerstoff) an welcher Position in der Flamme auftreten. Dazu gehören Akribie und eine eigens entwickelte High-Tech-Variante der Raman-Spektroskopie als Methode.

Ziel des DFG-Projekts ist es, anhand des Beispiels Ethanol die Grundlagen für die Erforschung vergleichbarer Brennstoffe zu legen und damit auch für deren technische Anwendung.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/315820332

Cyber Security: Gordischer Knoten

Was haben die Großbank JP Morgan, das Business-Netzwerk LinkedIn und die Verkaufsplattform Ebay gemeinsam? Sie alle stehen auf der Liste der zehn größten Hackerangriffe der vergangenen Jahre. Hunderte Millionen Datensätze wurden abgegriffen. Im Netz tobt ein Wettrüsten zwischen Cyber-Kriminellen und Sicherheitsexperten: Die einen entwickeln neue Sicherheitsverfahren, die anderen versuchen, sie zu knacken. Eine spezielle Art von Cyber-Angriff sind sogenannte „Presentation Attacks“, bei denen sich Betrüger als eine andere Person ausgeben. Mit ihnen, genauer: ihrer Abwehr befasst sich Prof. Dr. Christoph Busch in seinem aktuellen DFG-Projekt „RESPECT“. Der Informatiker zielt darauf ab, biometrische Systeme, die beispielsweise über Fingerabdruck oder Iris-Scan funktionieren, noch sicherer zu machen.

Busch arbeitet gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen des französischen Institut Eurécom an neuen Verfahren, bei denen mehrere biometrische Verfahren kombiniert werden. Denn so viel ist klar: Für Betrüger ist es schwieriger, mehrere Systeme gleichzeitig zu täuschen als nur eins. Das Problem: Solche „multi-biometrischen“ Systeme benötigen immense Rechenkapazitäten, um zum einen die nötige Sicherheit und zum anderen den Schutz der Privatsphäre zu gewährleisten. Dieses derzeit noch unauflösbare Dilemma will Busch lösen – eine Art Gordischer Knoten. Der Cyber-Security-Experte sucht nach Kombinationen von Merkmalen, die „smarte“ Geräte wie Handys zuverlässig erfassen können und deren Verschlüsselung gleichzeitig rechnerisch realistisch ist. Erfolgversprechende Kandidaten sind Gesicht, Iris und Stimme. Busch zieht aber auch Sprachfragmente und Lippenbewegungen in Betracht. Bitte lächeln!

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/406880674

DATENBANKEN I: WEDEKIND VIRTUELL

„Welchen Sinn hat das Leben eines Menschen, der keine Zeit hat?“ – Wäre es nicht schade, wenn kluge Sätze wie dieser irgendwann der Vergessenheit anheimfallen würden? Der Schriftsteller Frank Wedekind (1864-1918), von dem das Zitat stammt, zählt zu den bahnbrechenden Autoren der literarischen Moderne – und er steht im Zentrum des zweiten DFG-Projekts von Professorin Dr. Uta Störl. Die Idee: Der Briefwechsel Wedekinds soll in einer Datenbank zusammengefasst und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Es geht um rund 3.800 Handschriften, die bislang nur teilweise veröffentlicht sind. Sie lagern in mehr als 100 Institutionen im In- und Ausland.

Für das Projekt werden all diese Briefe transkribiert und wissenschaftlich kommentiert. Eine Beta-Version der Datenbank, die gemeinsam mit der Editions- und Forschungsstelle Frank Wedekind an der h_da entwickelt wurde, wurde bereits 2015 freigeschaltet, jetzt wird die Software optimiert. Zentral ist dabei die einfache Handhabung, bei der Arbeit mit komplexen Datenbanken alles andere als eine Selbstverständlichkeit. Die Eingabe neuer Texte, Recherche und Präsentation funktionieren webbasiert – ein Alleinstellungsmerkmal dieses Konzepts. Um Handschriften einzustellen, müssen die Editoren nicht selbst programmieren. Die Codierung der Dateien im benötigten Format erledigt ein hierfür entwickelter Editor. Das Projekt hat Modellcharakter: Die Software der Datenbank ist modular aufgebaut und kann später von anderen digitalen Editionen genutzt werden. Ein Meilenstein an der Schnittstelle von Philologie und Technologie.

Prof. Dr. Uta Störl, die inzwischen an der Fernuni Hagen lehrt und forscht, führt das Wedekind-Projekt an der h_da zu Ende. Projektpartnerin ist Prof. Dr. Ariane Martin von der Johannes Gutenburg-Universität Mainz. Der aktuelle Stand des Datenbank-Projekts kann unter https://briefedition.wedekind.h-da.de eingesehen werden.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/389236467

DATENBANKEN II: DATENSPEICHER DER ZUKUNFT

Die einzige Konstante im Leben ist die Veränderung. Darum geht es im DFG-Projekt von Prof. Dr. Uta Störl am Fachbereich Informatik. Die Forscherin arbeitet an einer neuen Generation von Datenbanken, die vergleichsweise einfach bedient werden können.

Anders als die älteren, derzeit weit verbreiteten „relationalen“ Datenbanken benötigen die sogenannte NoSQL-Datenbanken, an denen die Informatikerin forscht, keine festgelegten „Tabellenschemata“. Das heißt: Es muss keine fixe Struktur, kein Tabellenraster programmiert werden, um Daten – wie Akten in Schubladen oder Regalfächern – speichern zu können. NoSQL-Datenbanken gelten deshalb als flexibler und besser handhabbar. Das ist deshalb so wichtig, weil Daten wegen technischer Weiterentwicklungen immer wieder in neue Systeme übertragen werden müssen. Fachleute sprechen von „Daten-Migration“. Das kennt fast jeder in ähnlicher Form, wenn Apps oder Websites „upgedatet“ werden oder man sich ein neues Handy kauft und Daten importieren muss. In solchen Situationen gibt es mit NoSQL-Datenbanken weniger Probleme.

In ihrem Projekt testet Uta Störl eine neue Komponente für NoSQL-Datenbanken, die von ihrem Team (u.a. vielen Masterstudenten der h_da) entwickelt wurde. Ziel ist es, optimale Migrationsstrategien zu identifizieren und so Software-Entwickler zu unterstützen. Dazu zählt auch die Erarbeitung eines softwarebasierten Ratgebers zur Datenmigration. Ein wesentlicher Beitrag dazu, große Datenmengen effizient handhaben zu können.

Projektbeschreibung: gepris.dfg.de/gepris/projekt/385808805

INTERVIEW: ANSPRECHPARTNERIN AN DER h_da

Portraitfoto Jeanine Dörr — Dr. phil. Jeanine Dörr
Referentin für Forschung und Transfer
Telefon: +49.6151.16-30036
E-Mail: jeanine.doerr@h-da.de
Besucheranschrift
Holzhofallee 36 b
Gebäude D22, Raum 00.12

Im Servicezentrum Forschung und Transfer (SFT) der Hochschule Darmstadt ist Dr. Jeanine Dörr Ansprechpartnerin für Fragen rund um DFG-Projekte. Im Kurzinterview mit impact erläutert die promovierte Philosophin, in welcher Form Forscherinnen und Forscher bei der Antragstellung und im Projektverlauf unterstützt werden.

impact: Was bedeutet es, für die DFG-Förderlinie zuständig zu sein, was machen Sie konkret?

Dörr: Wie alle Forschungsreferentinnen und -referenten im SFT halte ich engen Kontakt zu den Forscherinnen und Forschern der h_da und unterstütze sie bei der der Umsetzung innovativer Ideen: von der Einreichung ihrer Forschungsanträge über den Projektstart und die Durchführung bis hin zum Abschluss der Projekte. Unabhängig davon, aber thematisch in perfekter Ergänzung dazu, plane ich, zukünftig Transferveranstaltungen zu organisieren, um die Forschungsergebnisse der h_da noch stärker nach außen zu tragen. Denn ich finde es sehr schade, wenn tolle Ideen, Ansätze und Forschungsergebnisse am Ende in der „Schublade“ verschwinden.

impact: Was begeistert Sie an Ihrer Arbeit?

Dörr: Mich fasziniert die Forschungswelt und ich freue mich, wenn ich dazu beitragen kann, dass innovative Ideen in die Tat umgesetzt werden. Vor allem macht es mir Spaß, in einem dynamischen Umfeld zu arbeiten, in dem ich viel von den Forscherinnen und Forschern und ihren Projekten, aber auch von der Expertise meiner Kolleginnen und Kollegen lernen kann. Dadurch habe ich einen guten Überblick, wer in welchen Themengebieten forscht, und kann Forscherinnen und Forscher gut miteinander vernetzen. Übrigens auch außerhalb der h_da: Ursprünglich aus der Wirtschaft kommend, war ich viele Jahre für die TU Darmstadt in verschiedenen Fachbereichen und zentralen Einrichtungen tätig. Ich habe dadurch gute Kontakte in die Wirtschaft und andere wissenschaftliche Einrichtungen.

impact: Wer kann sich bei Fragen an Sie wenden?

Dörr: Alle Forscherinnen und Forscher, die ein DFG-Projekt planen, können sich mit all ihren Fragen, aber auch mit ihren Wünschen und Anregungen an mich wenden. Schreiben Sie mir doch dafür gern eine E-Mail oder rufen Sie mich an. Ich freue mich auf Sie!

Die Fragen stellte Christina Janssen.

Einen Überblick über DFG-Projekte an der h_da finden Sie auch in der aktuellen Ausgabe des Hochschulmagazins campus_d: h-da.dubbelspaeth.de/campus_d_27/