Inspiriert durch die Informationsverarbeitung der Bienen will ein Forscherverbund aus Dresden, Louvain-la-Neuve (Belgien), Lausanne (Schweiz) und Groningen (Niederlande) mit dem gemeinsamen Projekt SWIMS einen Paradigmenwechsel für das Design und die Hardware intelligenter drahtloser multimodaler sensorischer Systeme herbeiführen („Stochastic Spiking Wireless Multimodal Sensory Systems“). Diese neuartigen Systeme sollen hinsichtlich ihrer Energieeffizienz einen Durchbruch auf der Systemebene bieten. Für ihr Vorhaben erhalten die Forschenden Prof. Gerhard P. Fettweis (TU Dresden), Prof. Elisabetta Chicca (University of Groningen), Prof. Denis Flandre (UCLouvain) und Prof. Adrian M. Ionescu (EPFL) den renommierten Synergy Grant des European Research Council (ERC) verbunden mit einer Förderung in Höhe von 13,5 Millionen Euro.

Mit dem Übergang von der analogen zur digitalen Elektronik wurde im letzten Jahrhundert die Grundlage für die Digitalisierung und die weitere Entwicklung der Gesellschaft gelegt. Allerdings stellt uns die voranschreitende Digitalisierung vor eine Herausforderung: den rasant steigenden Energieverbrauch der Infrastruktur. Um die anspruchsvoller werdenden digitalen Anwendungen zu realisieren, müssen immer mehr Daten verarbeitet werden - mehr Server, mehr Sensorik, mehr Kommunikation, mehr Endgeräte. Wir benötigen einen neuen Weg, um die aktuell sehr energieintensive Informationstechnik nachhaltig und ressourcenschonend zu betreiben.

Über Jahrmillionen hat die Evolution die Signalgebung in unserem Nervensystem optimiert und zu Impulssignalen, dem so genannten Spiking, entwickelt. Der Prozess, Impulse zu erzeugen, zu verarbeiten und zu übertragen, verläuft dabei hochgradig nichtlinear. Die Signalgebung in der digitalen Welt ist dagegen aktuell linear entlang des Signalpegels, und verursacht für die Pegelerzeugung und die lineare Signalverarbeitung einen hohen Energieverbrauch. Die nichtlineare Signalverarbeitung bietet erhebliches Potential, v.a. hinsichtlich des Energieverbrauchs. Allerdings stoßen heutige theoretische mathematische Methoden sowie praktische Realisierungen noch auf ungelöste Probleme.

© Andreas Traßl / TU Dresden

Die Forschungsgruppe um Prof. Fettweis stellt sich im Projekt SWIMS diesem Problem und möchte zum ersten Mal einen Ansatz finden, eine nichtlineare Impulsverarbeitung in der Elektronik zu realisieren, die vom Sensor über die Verarbeitung, die Kommunikation bis hin zum Empfänger möglich ist. Hierbei lassen sich die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen von Lösungen leiten, die Insekten, wie die Bienen, bereits realisiert haben. „Eine Biene hat eine kleine neuronale Infrastruktur von nur ca. einer Millionen Neuronen, kann aber bei minimalem Energieeinsatz beispielsweise orten, hören, sehen, gesteuert fliegen sowie kommunizieren“, erklärt Fettweis. Das Projektteam untersucht in den kommenden sechs Jahren, wie man, abgeleitet aus der Biologie, das komplexe nichtlineare Optimierungsproblem systematisch löst und auf elektronische Schaltungen anwenden kann.

Über ERC Synergy Grants:

Mit den Synergy Grants fördert der Europäische Forschungsrat (ERC) Teams von zwei bis vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an unterschiedlichen Standorten. Damit werden Projekte unterstützt, die durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu „Fortschritten an den Grenzen des Wissens führen“. Die Auszeichnung ist mit einer Förderung von bis zu zehn Millionen Euro plus möglicher Investitionen über einen Zeitraum von sechs Jahren verbunden. Im Falle des Projekts „SWIMS“ beträgt die Fördersumme 13,5 Millionen Euro, davon gehen ca. 2 Millionen Euro an die TU Dresden. Mit dem Projekt SWIMS ist die TUD zum zweiten Mal an einem ERC Synergy Grant beteiligt. In dieser Förderrunde wurden insgesamt 395 Anträge eingereicht, 37 davon wurden positiv beschieden. Der ERC Synergy Grant gilt als die renommierteste Forschungsförderung in der EU.

Zur Person:

Prof. Gerhard P. Fettweis ist in Wilrijk, Belgien geboren. Er studierte Elektrotechnik an der RWTH Aachen, wo er im Anschluss an sein Studium 1990 promovierte. Seit 1994 ist er Inhaber der Vodafone Stiftungsprofessur für Mobile Nachrichtensysteme an der TU Dresden. Fettweis koordinierte das Exzellenzcluster Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed). Seit 2014 ist er Koordinator des interdisziplinären 5G Lab an der TU Dresden. Seit 2018 ist er zudem wissenschaftlicher Gründungsleiter und Geschäftsführer des Barkhausen-Instituts, einer gemeinnützigen GmbH mit Grundfinanzierung durch den Freistaat Sachsen. Er ist Mitglied in der Leopoldina sowie in der Acatech.

Kontakt:
Prof. Gerhard P. Fettweis
Vodafone Stiftungsprofessur für Mobile Nachrichtensysteme
Tel.: +49 351 463-41000