Elektrotechnik und Informationstechnik - Vertiefungsrichtungen

Fast alle Errungenschaften der modernen Gesellschaft wären ohne Elektrotechnik und Informationstechnik undenkbar. So werden z.B. Smartphones, vernetzte Fahrzeuge und Roboter, Medizintechnik- und Assistenzsysteme sowie Erneuerbare-Energie-Anlagen von Teams entwickelt, in denen Elektroingenieure*innen mit Spezialisierung Informationstechnik eine wesentliche Rolle einnehmen. Insbesondere sind Informations- und Kommunikationstechnologien die Basis unserer vernetzten Welt.

Über Systeme der Informations- und Kommunikationstechnik sind bereits heute Milliarden von Geräten im Internet der Dinge vernetzt. Unser Alltag ist von der Handhabung gewaltiger Datenmengen bestimmt, sei es beim gewohnten Umgang mit sozialen Netzen, bei der täglichen Nutzung von Informationsdiensten oder kommerzieller Plattformen. Wir sind gewohnt, dass diese Daten auf Anforderung verfügbar sind. Dies lässt sich nur durch hochkomplexe und zuverlässige Systeme mit ausgeklügelten und robusten Konzepten gewährleisten. Diese werden aktuell in der 5. Generation des Mobilfunks (5G) umgesetzt und in dessen Weiterentwicklung hin zu 6G erforscht.

Mit der absehbaren Entwicklung zu noch weiterer Digitalisierung wird die Bedeutung der Informationstechnik in den kommenden Jahren spürbar zunehmen. Elektroingenieure*innen mit dieser Spezialisierung werden bei der Ausgestaltung unverzichtbare Akteure sein. Studierende erlangen vertiefte Kenntnisse zu bestehenden Methoden, Systemen und Komponenten der Informations- und Kommunikationstechnik. Absolventinnen und Absolventen entwickeln diese weiter, erforschen neue und sind damit von zentraler Bedeutung für die technologische Weiterentwicklung unserer Gesellschaft und aktive Bearbeitung von Zukunftsthemen.

Elektrische Energie ist der wichtigste Energieträger der Zukunft. Die Energiewende, sprich die Umstellung der elektrischen Energieversorgung auf überwiegend erneuerbare Energiequellen sowie neue Energie-, Informations- und Kommunikationstechnologien, bedingt nachdrückliche Veränderungen im operativen Umfeld elektrischer Energiesysteme. Innerhalb der Vertiefungsrichtung wird Studierenden der neueste technologische und methodische Stand in den Bereichen Energie- und Automatisierungstechnik vermittelt. Lehrinhalte sind durch eine hohe Aktualität der vermittelten Inhalte und intensive, praxisnahe Forschungsarbeiten gekennzeichnet.

Die Mikro- und Nanoelektronik ist eine Schlüsseltechnologie für Innovationen. Eine Welt ohne diesen Technologiezeig ist nur schwer vorstellbar. -  Es gäbe keine Computer, kein modernes Auto, keine Industrieproduktion, keine intelligenten Personalausweise, keine Diagnosesysteme für ein gesundes Leben, keine effizienten Antriebe und Sensorik für nachhaltige und intelligente Mobilität. Auch wäre Deutschland nicht in der Lage Innovationen bei der Netzsteuerungen für eine nachhaltige Energieversorgung und die Digitalisierung unserer Gesellschaft und Wirtschaft voranzubringen.

Egal ob im Bereich der Automobilbranche, der Energiewirtschaft, der Biotechnologie, der Medizin, der IT - Mikroelektronik findet sich heutzutage fast überall. Sie macht unsere elektrischen Geräte kleiner, leichter und effektiver. Ingenieure und Ingenieurinnen sind an diesem Prozess wesentlich beteiligt. Sie entwickeln und fertigen optische, elektronische und mechanische Bauteile und schaffen aus diesen funktionierende Systeme. Das Berufsfeld der Mikroelektronik ist noch relativ jung, die Nachfrage nach qualifizierten Fachkräften aus dem Bereich dafür umso höher.

In der heutigen Welt ist der Zugriff auf beliebige Dienste und Informationen jederzeit an jedem Ort selbstverständlich. Das heißt aber, dass alle Geräte und Sensoren (sprich alle "Dinge") digitalisiert und vernetzt sein müssen. Die Studierenden lernen, wie solche „Dinge“ funktionieren und die für die Vernetzung notwendige Kommunikationstechnik (vom Funk über verschiedene Internetprotokolle bis hin zu den Anwendungen) zu verstehen. Dabei werden sie mit den aktuellen Anwendungsfeldern vertraut, welche durch das Internet of Things entstanden sind, wie Smart Home, Industrie 4.0, Präzisionslandwirtschaft oder intelligente Transportsysteme.

Klimaziele können nur durch weniger Verkehr und weniger Staus erreicht werden. Hierfür und auch für einen absolut sicheren Verkehr ohne Unfälle spielen Funktechnologien eine Schlüsselrolle. Eine Vertiefungsrichtung, welche in verschiedenen Wissensbereichen aus dem Vollen schöpft und eine perfekte Kombination von Physik, Mathematik und Informatik sowie Anknüpfungspunkte zu rechtlichen und ethischen Fragestellungen bietet.

Eine hervorragende Forschungsausstattung, die Mitarbeit in einem Team aus hochkarätigen Wissenschaftlern und Industriepartnern, ein globales Netzwerk mit Möglichkeiten zu Gastaufenthalten und interkulturellen Begegnungen geben einen höchst attraktiven Studienrahmen. Unternehmen, Universitäten und Behörden suchen gleichermaßen Absolventen in diesem stark wachsenden Gebiet – beste Voraussetzungen für eine erfolgreiche berufliche sowie akademische Laufbahn.

Früher wurde Software für einen ganz konkreten Anwendungsfall entwickelt und war daher außerhalb dieses Anwendungsfalls nicht einsetzbar. Mit Methoden der Künstlichen Intelligenz wird versucht, in die Software Methoden zu integrieren, welche die Intelligenz von Menschen nachbilden und so in der Lage sind, zu lernen und auch unvorhergesehene Aufgaben zu lösen. Studierende werden mit dem aktuellen Stand der Technik zu Verfahren wie maschinelles Lernen, Muster- und Bilderkennung, generische Algorithmen oder Data Mining vertraut und können die Vorteile des Einsatzes dieser Verfahren in unterschiedlichen Anwendungen diskutieren.

Die Automatisierungs- und Systemtechnik ist eine zentrale Leitdisziplin für die Entwicklung, Optimierung und Anwendung neuer Verfahren und Technologien der Zukunft. In sehr vielschichtigen Branchen werden Systemingenieure und Systemingenieurinnen mit Kompetenzen in der Modellierung, Simulation, Optimierung und Regelung von komplexen und vernetzten Systemen gesucht.

Daher vermittelt diese Vertiefung einschlägige und moderne Methoden, die von der Prozessoptimierung über weiterführende Verfahren der Regelungs- und Systemtechnik bis hin zu datengetriebenen Methoden der Systemidentifikation reichen. Die vermittelten Kompetenzen bereiten den Weg für eine zeitgemäße und nachhaltige Automatisierung, u.a. in der Verkehrstechnik, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Robotik und Verfahrenstechnik.

Unser modernes Leben sowie elektronische und elektrotechnische Industriezweige sind heutzutage ohne Mikroelektronik, d.h. mikroelektronische Schaltungen und Systeme, nicht mehr vorstellbar. Einsatz finden fast ausschließlich sogenannte Mixed-Signal-Schaltungen, die sowohl Analog- als auch Digitalteile enthalten. Diese messen, steuern und regeln, häufig in Verbindung mit Sensorik, Anwendungen in fast allen Bereichen des täglichen Lebens, sei es die intelligente Waschmaschine, der Smart-TV, das Smartphone, aber auch das IoT (Internet of Things), Industrie 4.0, das autonome Fahren, die Medizintechnik, Digitalisierung, IKT (Informations- und Kommunikationstechnik) und vieles mehr. Hierunter fällt auch alles, was zur Vertiefung „Mikroelektronik und Nanotechnologie“ beschrieben ist.

Während sich jedoch die „Mikroelektronik und Nanotechnologie“ vornehmlich mit den technologischen Herstellungsverfahren befasst, geht es in der Vertiefung „Mikroelektronische Schaltungen“ um deren Entwurf und die Entwurfsverfahren. Derartig komplexe Systeme, wie sie heute zum Einsatz kommen, können nur in einer sehr strukturierten, hierarchischen Vorgehensweise von der Spezifikation bis zum Layout entworfen werden, in der Regel mit umfangreicher Computerunterstützung.

Die Vertiefung behandelt die Entwurfs-, Analyse- und Simulationsverfahren von analogen und digitalen Schaltungen und bildet somit die Brücke sowohl zu den Anwendungen (IKT, Automatisierungs- und Systemtechnik, usw.) als auch zur Technologie und den Herstellungsverfahren. Mit der Vertiefungsrichtung bieten sich damit in den großen Elektronikunternehmen sowie in vielen mittelständischen Betrieben hervorragende Einsatzchancen.

Die Vertiefungsrichtung Theoretische Elektrotechnik vermittelt Methoden-Know-how, um physikalische Wirkprinzipien in innovative elektrotechnische Anwendungen überführen zu können. Damit ist die Befähigung verbunden, auch abseits von tabellierten Standardsituationen elektrotechnische Systeme zu analysieren und zu konzipieren. Die fundierte Kenntnis über die Theorie und Berechnung elektromagnetischer Felder in konkreten technischen und biomedizinischen Anwendungskontexten ist dabei als gute Basis für die Schaffung nachhaltiger Innovationen anzusehen. Sie ermöglicht Simulationen und die dafür notwendigen Modellierungen heterogener Systeme.

In den spezifischen Lehrveranstaltungen werden neben Grundlagen- und Vertiefungswissen auch darüber hinaus gehende Kenntnisse, welche die Arbeit an interdisziplinären Querschnittsthemen ermöglichen, vermittelt. Ziel ist es dabei, dass die Absolventinnen und Absolventen mit soliden Grundlagen für den sich rasch vollziehenden technologischen Wandel bestmöglich gerüstet sind. Studierende werden in die laufenden Forschungen eingebunden. Schwerpunkte bestehen dabei in der Realisierung von neuartigen Lösungen für Aufgabenstellungen der elektromagnetischen Sensorik und nachfolgender Sensorsignalverarbeitung sowie in der Anwendung moderner mikroelektronischer Konzepte auf Basis von Supraleitern oder Memristoren.

Da Theorie allein uns nicht ausreicht, betreiben wir vier Praktikumslabore, sodass die erforschten Ansätze nach der grundlegenden Konzipierung und dem prototypischen Aufbau auch direkt vor Ort experimentell überprüft werden können.

Quantenphänomene sind seit etwa 120 Jahren bekannt. Seit wenigen Jahren zeichnen sich Wege ab, wie man mit der Nutzung einzelner Quantenobjekte völlig neuartige Leistungsbereiche in der Rechentechnik (Quantencomputer), der Sensorik, Kommunikation und Bildgebung erschließen kann. Nachdem im internationalen Maßstab die wesentlichen Ideen in der Grundlagenphysik ausgearbeitet und im Labor demonstriert wurden, gilt es nun, mit Ingenieurexpertise diese Konzepte in anwendungsbereite Systeme umzusetzen und damit auf großer Skala nutzbar zu machen.

Die Vertiefungsrichtung Quantum Engineering vermittelt grundsätzliche Kenntnisse zu den physikalischen Wirkprinzipien und Methoden-Know-how zur Umsetzung in Systeme, insbesondere dabei auch zur Steuerung und Auslese von Quantenzuständen. Studierende werden in die laufenden Forschungen eingebunden. Ein Schwerpunkt besteht dabei in der Realisierung von neuartigen Lösungen unter Anwendung moderner mikroelektronischer Konzepte auf Basis von Supraleitern – von der Konzipierung über die Simulation bis hin zum fertigungsgerechten Schaltkreisentwurf. Da Theorie allein uns nicht ausreicht, betreiben wir ein Tieftemperatur-Elektroniklabor, sodass die erforschten Ansätze nach der grundlegenden Konzipierung und dem prototypischen Aufbau auch direkt vor Ort experimentell überprüft werden können.

Die Energieinformatik ist eine interdisziplinäre Fachdisziplin bei der Methoden aus der Elektrotechnik, Informatik, Kybernetik und Automatisierung betrachtet werden, um Fragestellungen in komplexen Energiesystemen zu bearbeiten. Sie umfassen die Gestaltung, den Betrieb und die Optimierung vernetzter Energiesysteme und zielen auf eine sichere, verlässliche, nachhaltige und effiziente Energieversorgung ab. Die Anwendungsgebiete liegen hauptsächlich in den Bereichen Smart Grids, Quartiersversorgung und in modernen, ausgedehnten Energieversorgungsnetzen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien.

Die Energieinformatik wird zunehmend zu einer Schlüsseldisziplin in modernen Themen der Energieversorgung, da hier Massendaten, Kommunikationssysteme und Energietechniksysteme gemeinsam betrachtet werden müssen.