Mathematikprojekte der EU weisen auf Potenzial des Europäischen Forschungsrats hin
In vielerlei Hinsicht ist das Programm "Neue und sich abzeichnende wissenschaftliche und technologische Entwicklungen (NEST)" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) der Vorläufer des Europäischen Forschungsrats gewesen. Im Gegensatz zu anderen Aktivitäten des RP6 waren die Forschungsprioritäten nicht von Anfang an festgelegt. Der NEST-Haushalt in Höhe von 215 Millionen Euro war für Forschung in neuen und sich abzeichnenden Bereichen vorgesehen, die echtes Potenzial bieten und die die vorrangigen Themenbereiche, die woanders im RP6 finanziert werden, streifen oder außerhalb dieser Bereiche liegen. Da das Programm den künftigen Bedürfnissen vorgreifen soll, ist es nicht überraschend, dass ein hoher Anteil der von NEST finanzierten Projekte als Grundlagenforschung beschrieben werden könnte. Während die Grundlagenforschung immer einen gewissen Betrag an EU-Finanzierungsmitteln aus den Forschungsprogrammen der Kommission erhalten hat, bot NEST zusätzliche Möglichkeiten für diese sehr risikoreichen Projekte - eine Rolle, die der Europäische Forschungsrat übernehmen und ausweiten wird. Bereits unter NEST wurden bestimmte Wissenschaftsbereiche in die Forschungsrahmenprogramme der EU aufgenommen - Bereiche, die zuvor nicht spezifisch von unter den Rahmenprogrammen veröffentlichten Aufrufen zur Vorschlagseinreichung abgedeckt worden waren. Einer dieser Bereiche ist Mathematik. Vier Mathematikprojekte haben bereits Finanzierungsmittel unter NEST erhalten und die Vielfalt der von den Projekten abgedeckten Themen macht die weit reichenden Auswirkungen deutlich, die Forschung in diesem Bereich haben kann. Bei den Projekten geht es um Feldtheorien und mathematische Modelle, die Funktionsweise von Organismen auf molekularer Ebene, die Ausweitung der Quantenchemie auf einen größeren Umfang und die Integration von Ansätzen zu wissenschaftlichen Problemen unter Verwendung der Mathematik. Wenn Wissenschaftler ein System modellieren, egal ob es sich um ein Auto, einen Fahrstuhl oder Elektronen handelt, ist das verwendete mathematische Instrument eine Differentialgleichung, erklärt Werner Seiler von der Universität Heidelberg - einer der Teilnehmer des Projekts "Global Integrability of Field Theories (GIFT)". Die Gleichungen müssen jedoch Änderungen berücksichtigen, die aufgrund der Beziehungen zwischen den verschiedenen Elementen innerhalb dieses Systems auftreten können. Dies ist seit Anfang des 19. Jahrhunderts eine Herausforderung für die Mathematiker und ist der Schwerpunkt des GIFT-Projekts. Die Partner hoffen, mathematische Techniken zu entwickeln und diese dann in Algorithmen umzuwandeln, die zu Computerprogrammen entwickelt werden, die Ingenieuren die Lösung von Problemen ermöglichen werden. Das Projekt HYGEIA (Hybrid Systems for Biochemical Network Modelling and Analysis) wird Modellierungs-Know-how aus den Bereichen Engineering Control und Design, fortschrittliche Datenverarbeitung und Biologie verwenden, um Hybridsysteme zu erzeugen, die, so hoffen die Partner, als Grundlage für computerbasierte Simulationen ganzer Zellen verwendet werden könnten. Das Team untersucht drei biologische Systeme: e.coli Hefe-DNA und Zellverdopplung. Jedes System ist auf irgendeine Art nicht erklärt. Wenn beispielsweise e.coli Nahrungsstress unterworfen ist, stellt es die Vermehrung ein und überwintert, bis mehr Nahrung zur Verfügung steht, sagte Projektkoordinator John Lygeros von der Universität Patras in Griechenland gegenüber CORDIS-Nachrichten. Im Falle der Zellverdopplung ist nicht bekannt, warum die zwei neuen Zellen manchmal identisch und manchmal unterschiedlich sind. An irgendeiner Stelle wird eine "Entscheidung" getroffen und das HYGEIA-Konsortium möchte mehr über die "Willkür" dieser Phase wissen. Wenn man nun von der Biologie zur Chemie übergeht, wird das Projekt "Density Functional Calculations for Systems of Unprecedented Size on Parallel Computers (BIGDFT)" schnellere Techniken zur Ausweitung der Quantenchemie auf einen größeren Umfang planen. Dies wird wahrscheinlich zu neuen Möglichkeiten in der Nanotechnologie und der Pharmaindustrie führen. Das Team wird untersuchen, ob lineare Ansätze für chemische Berechnungen in der Dichtefunktionaltheorie - das verwendete Instrument für die Vorhersage der Geometrie von Molekülen - verwendet werden können. Falls es erfolgreich ist, wird die daraus resultierende Open-Source-Software in der Lage sein, Berechnungen der elektronischen Struktur von Systemen von bisher ungekannter Größe durchzuführen, erklärt Thierry Deutsch von der französischen Atomenergiekommission. Schließlich konzentriert sich die Arbeit innerhalb des NETIAM-Projekts auf die Anwendung mathematischer Modelle auf vier sehr unterschiedliche Themen, die als Bereiche ausgewählt wurden, die Möglichkeiten für die Entwicklung und Nutzung von Mathematik für die Bildung neuer multidisziplinärer Zusammenarbeit bieten. Die betreffenden Bereiche sind: - neue multidisziplinäre Herausforderungen bei der Modellierung des wirtschaftlichen Umfelds; - Modellierung von Kriminalität im sozialen Umfeld; - Herausforderungen bei der Visualisierung und Simulation für die Analyse und den Entwurf virtueller Materialien; - Komplexität auf der molekularen Ebene. Die Anwendung mathematischer Modelle auf die Wirtschaft könnte zur Entwicklung von Desktop-Risikomanagement-Systemen führen, die nachhaltiges Wachstum ermöglichen und die Wettbewerbsfähigkeit verbessern. Die Modellierung von Kriminalität im sozialen Umfeld kann zur Konstruktion von Modellen von Kollektivverhalten führen, mit dem letztendlichen Ziel der Beratung zur Lenkung dieses Verhaltens, sowie Instrumenten zum Verstehen und Vorhersagen von Verbrechen. Diese Projekte sind sehr unterschiedlich, aber sie haben alle zwei Dinge gemeinsam: Sie sind insofern sehr risikoreich, als keine konkreten Ergebnisse garantiert sind, und die multidisziplinäre Art jedes Projekts bedeutet, dass sie Schranken zwischen verschiedenen Fachrichtungen aufbrechen. "Es sprechen bereits Leute miteinander, die zuvor niemals miteinander gesprochen haben", sagt Dr. Seiler, dessen Projekt erst im Januar startete. Dr. Lygeros freut sich ebenfalls sehr über das Zusammenkommen verschiedener Fachrichtungen im HYGEIA-Projekt. Während sein Fachbereich Maschinenbau ist, konzentriert sich das Projekt stark auf Biologie, was seinen Worten zufolge sein "bisher weitestes Abweichen vom Maschinenbau" ist. Man hofft, dass diese einzigartigen Kollaborationen die Antworten auf bereits lange bestehende Fragen liefern, da Wissen zwischen traditionell getrennten Bereichen ausgetauscht wird. Und selbst wenn die letztendlichen Ziele der einzelnen Projekte nicht erreicht werden, wird auf dem Weg eine Vielzahl großer Probleme angegangen. "Dies wird bereits ein Erfolg sein", sagt Dr. Seiler. Alle Projektteilnehmer verfolgen wahrscheinlich sehr genau die Debatte über den Europäischen Forschungsrat, wo erwartet wird, dass die Forscher selbst eine führende Rolle bei der Festlegung der Forschungsagenda spielen. Bis jetzt war es "fast unmöglich" für Mathematikprojekte, Finanzierungsmittel von der EU zu erhalten, sagt Dr. Seiler. Er betrachtet NEST als eine "glückliche Ausnahme", hofft aber auf noch mehr Gelegenheiten seitens des Europäischen Forschungsrats. "Alle Veränderungen in diesem Bereich sind sehr willkommen", sagt er.