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26. Februar 2021

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Softwarefehler beim ERC-Grant und Elektrotechnik beim Fehrer-Preis

Softwarefehler beim ERC-Grant und Elektrotechnik beim Fehrer-Preis© Pexels.com/Roman Koval

Forscherin der TU-Wien erhält ERC-Grant zum Thema Logik und Informatik im Kontext mit EDV-Fehlern. TU-Wien selbst vergibt Fehrer-Preis an Elektrotechniker zum Thema Regelungstechnik und extrem energiereiche Laserpulse.

(red/cc) Die ERC-Grants des European Research Council (ERC) gelten als die prestigeträchtigsten und höchstdotierten Förderungen der europäischen Forschungslandschaft. Bei der diesjährigen Vergaberunde ging wieder einer dieser Grants an die TU-Wien: Laura Kovacs vom Institut für Logic and Computation der TU-Wien wird mit einem „ERC Consolidator Grant“ ausgezeichnet und dieser ist mit EURO 2 Mio. dotiert. Diese begehrte Auszeichnung ist bereits der dritte ERC-Grant für Laura Kovacs. Sie konnte sich im Jahr 2014 über einen ERC Starting Grant freuen und 2018 wurde ihr zusätzlich ein „ERC Proof of Concept“ Grant zugesprochen, mit dem sie ihre theoretischen Ideen auf dem ICT Markt in die Praxis umsetzt.

„Softwarefehler sind etwas Alltägliches. Von Social Media Apps, die nicht richtig funktionieren, bis hin zu Softwareproblemen bei großen Fluglinien – immer wieder stellen wir fest, dass wir uns auf viele Computercodes nicht verlassen können“, sagt Laura Kovacs. Im besten Fall sei das einfach nur ärgerlich, aber im schlimmsten Fall kann ein Fehler viel Geld oder sogar Menschenleben kosten. „Wir müssen die Zuverlässigkeit von Software mit mathematischer Präzision sicherstellen“, betont die in Ungarn geborene und studierte Kovacs, die dann am RISC an der JKU Linz promovierte.

Programme, die Programme untersuchen
Mit den Methoden der mathematischen Logik kann man Methoden entwickeln, die automatisch analysieren, ob ein bestimmter Computercode fehlerhaft ist oder nicht. „Man entwickelt also zuverlässig korrekten Computercode, der automatisch herausfinden kann, ob ein anderer Computercode zuverlässig korrekt ist“, erklärt Laura Kovacs. „Im optimalen Fall hat man dann einen mathematischen Beweis, dass in einem bestimmen Code kein Fehler steckt, und dass er in absolut jeder möglichen Situation das richtige Ergebnis liefert.“ Und wenn das gelingt, „kann man sich auf diesen Code absolut verlassen – mit ähnlicher Sicherheit, mit der man sich darauf verlassen kann, dass zwei plus zwei vier ist“, so Kovacs, die 2016 von der Chalmers University of Technology in Schweden als ordentliche Professorin an die TU Wien berufen wurde.

Im neuen ERC-Projekt „ARTIST: Automated Reasoning with Theories and Induction for Software Technologies“ wird Laura Kovacs mit ihrem Team neue, allgemein einsetzbare und effiziente Methoden entwickeln, mit denen man die Korrektheit von Computercodes beweisen kann. Dabei geht es nicht nur um in der formalen Logik lange übliche Aussagen über Zahlen und Strukturen, sondern auch um wichtige Konzepte des Programmierens – etwa Speicherverwaltung oder Computerdatentypen. Kovacs baut somit eine Brücke zwischen einem sehr abstrakten Gebiet der Mathematik und einem sehr anwendungsnahen Gebiet der Informatik.

Wie man Laserpulse richtig verstärkt als Thema beim Fehrer-Preis
Von der TU-Wien selbst wurde aktuell Andreas Deutschmann-Olek mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Gestiftet von Rosemarie Fehrer, der Witwe des Erfinders und Industriellen Ernst Fehrer, wird der Preis jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben. Der Elektrotechniker Andreas Deutschmann-Olek wurde nun ausgezeichnet, er entwickelt Regelungstechnik, um extrem energiereiche Laserpulse zu erzeugen.

Energiereiche Laserpulse braucht man heute für viele unterschiedliche Anwendungen: Zum Bearbeiten von Hightech-Oberflächen, für das Abtragen von Gewebe bei Augenoperationen oder auch um Moleküle zu untersuchen und zu detektieren. Um Laserpulse noch energiereicher zu machen, ist neben physikalischen Eigenschaften besonders die Regelungstechnik dahinter – und das konnte nun Andreas Deutschmann-Olek in seiner Dissertation zeigen. Wenn man moderne regelungstechnische Methoden in die Lasertechnologie einführt, kann man Laserstrahlen viel besser und zielgerichteter verstärken als das bisher möglich war.

So viel Leistung wie alle deutschen Kraftwerke
„Die Energie, die in unseren Laserpulsen steckt, ist eigentlich gar nicht so groß, sie entspricht ungefähr der Energie eines Zuckerwürfels, der aus einigen Zentimetern Höhe nach unten fällt“, erklärt Andreas Deutschmann-Olek. Aber wenn diese Energie in einem winzigen Sekundenbruchteil freigesetzt wird, ist die Leistung gewaltig: „In dieser kurzen Zeitspanne entspricht sie der Leistung aller elektrischen Kraftwerke Deutschlands zusammengenommen“, rechnet Deutschmann-Olek vor.

Das verursacht Probleme: Das Material des Lasers hält die hohe Energiedichte nicht aus. Wenn man verhindern möchte, dass der Laser vom Laserlicht zerstört wird, muss man daher mit speziellen Tricks arbeiten, etwa mit der „Chirped Pulse Amplification“, einer Technik, die 2018 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Dabei wird ein kurzer Laserpuls zunächst zeitlich verlängert. Die Gesamtenergie bleibt gleich, wird aber auf eine längere Zeitspanne aufgeteilt, dadurch wird die Intensität des Pulses kleiner. Dieser verlängerte Laserpuls lässt sich dann problemlos durch einen Verstärker schicken, danach wird der verstärkte Puls wieder verkürzt – so entsteht am Ende wieder ein kurzer Puls mit viel höherer Intensität als der ursprüngliche Puls hatte.

Ausgeklügelte Regelungstechnik
Der Verstärker stellt also einen Um mit diesen komplizierten Zusammenhängen (Anm. zB Eingangslaserpuls und Ausgangslaserpuls) besser zurechtzukommen, braucht es ausgeklügelte Regelungstechnik – und die hat Deutschmann-Olek am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik entwickelt. Sein Algorithmus reagiert auf die gemessene Form des erzeugten Pulses und passt den darauffolgenden Eingangspuls entsprechend an.

Man schickt einen maßgeschneiderten Laserpuls in den Verstärker, sodass genau jener Ausgangspuls entsteht, den man haben möchte. Sollte sich der Verstärker im Lauf der Zeit verändern, etwa weil er durch das Laserlicht erhitzt wird, kann sich der Algorithmus automatisch darauf einstellen.

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red/cc, Economy Ausgabe Webartikel, 10.12.2020