MODAL
Forschungscampus MODAL
Wie lässt sich ein Gasnetz zuverlässig steuern? Welche Flugroute ist am effizientesten? Wie können Gesundheitsdaten aus Apps helfen, Krankheiten frühzeitig zu erkennen? Und wie nutzt man dafür die neuesten Supercomputer? Mit solchen Fragen beschäftigt sich der Forschungscampus MODAL in Berlin. Zum Forschungscampus gehören die Freie Universität Berlin (FU), die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW), das Zuse-Institut Berlin (ZIB) sowie Unternehmen aus verschiedenen Branchen. Gemeinsam entwickeln Wissenschaft und Wirtschaft am Forschungscampus MODAL mathematische Lösungen für reale Probleme in den Bereichen Energie, Gesundheit, Mobilität und Kommunikation. Ziel ist es, große Datenmengen sinnvoll zu nutzen, um Prozesse zu verbessern – etwa bei der Stromversorgung, im Verkehr oder in der medizinischen Diagnostik.
Was macht den Forschungscampus aus?
Der Forschungscampus MODAL bringt Wissenschaft und Wirtschaft zusammen, um die Chancen der Digitalisierung gezielt zu nutzen. In einer Welt, in der Datenmengen rasant wachsen, hilft der Forschungscampus MODAL dabei, komplexe Zusammenhänge besser zu verstehen und fundierte Entscheidungen zu treffen – etwa in der Energieversorgung, im Verkehr oder in der Medizin.
Zentraler Bestandteil des Forschungscampus sind die zahlreichen Unternehmen, die gemeinsam mit wissenschaftlichen Einrichtungen praxisnahe Fragestellungen einbringen und an innovativen Lösungen arbeiten. In sechs spezialisierten Labs entwickeln Partner aus Industrie und Forschung gemeinsam mathematische Methoden, die mit Künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Hochleistungsrechnern kombiniert werden – zum Beispiel bei der Planung von Stromnetzen oder der Früherkennung von Krankheiten.
Die enge Zusammenarbeit mit über 15 Unternehmen macht den Forschungscampus MODAL zu einem lebendigen Innovationsort, an dem digitale Technologien direkt in die Anwendung gebracht werden.
Worauf liegt der inhaltliche Schwerpunkt des Forschungscampus?
Im Mittelpunkt steht die Frage: Wie lassen sich große Datenmengen in verständliche Modelle und praktische Lösungen übersetzen? Der Forschungscampus MODAL folgt dabei einem klaren Prinzip: Daten analysieren – Modelle entwickeln – Algorithmen und Software für Lösungen erarbeiten.
Ziel ist es, besonders große und komplexe Optimierungsprobleme zu lösen, für die es bisher keine geeigneten Verfahren gibt. Dafür nutzt der Forschungscampus MODAL modernste Technologien wie Big Data-Analysen, Methoden der Künstlichen Intelligenz und Höchstleistungsrechnen. Im Forschungscampus Modal entwickeln Forschungs- und Anwendungspartner in enger Zusammenarbeit neue mathematische Verfahren, testen sie anschließend als Prototypen und überführen sie schließlich in konkrete Lösungen für die Praxis.
Beispiele aus der Praxis: Im Bereich Energie arbeitet der Forschungscampus MODAL an digitalen Werkzeugen für den sicheren und effizienten Betrieb von Strom- und Gasnetzen. In der personalisierten Medizin werden neue Ansätze zur Frühdiagnose und Therapieüberwachung entwickelt – etwa durch die Auswertung von Gesundheitsdaten aus mobilen Apps.
Weitere Hintergrundinformationen
Aufbau einer starken Partnerstruktur
In der ersten Förderphase hat der Forschungscampus MODAL gezeigt, wie Mathematik helfen kann, wichtige gesellschaftliche Herausforderungen zu lösen – etwa in der Gesundheitsvorsorge, im Verkehr und bei der Energiewende. Ziel war es, mit datenbasierten Optimierungen bessere Planungen und Abläufe zu ermöglichen. Dafür wurde eine starke Partnerschaft aus Forschung und Industrie aufgebaut.
Von der Idee zur Anwendung: Erfolgreiche Entwicklungen in den Labs
Konkret entstanden in den verschiedenen Labs folgende Lösungen:
Im damaligen GasLab (heute: EnergyLab) haben Forschende ein digitales Assistenzsystem für Gasnetzbetreiber entwickelt, das eine zuverlässige Steuerung rund um die Uhr ermöglicht.
Im BahnLab (heute: MobilityLab) entstanden Verfahren zur optimalen Einsatzplanung von Zügen, die die Deutsche Bahn und weitere Partner in ihre Systeme integrierten.
Im MedLab haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler genetische und bildbasierte Gesundheitsdaten ausgewertet, um Diagnosen zu verbessern und große Datenmengen effizient nutzbar zu machen.
Ein weiterer Meilenstein war die Mitentwicklung der Open-Source-Software SCIP, die komplexe mathematische Probleme schnell lösen kann. Im SynLab entwickelte der Forschungscampus MODAL diese Software weiter und vernetzte sie mit den anderen Labs, sodass Lösungen aus einem Bereich auch in anderen einsetzbar sind.
Thematische Erweiterung und neue Labs für Zukunftstechnologien
Mit dem wachsenden Einfluss von Künstlicher Intelligenz sowie neuen Anforderungen in Energie und Mobilität hat der Forschungscampus MODAL zwei bestehende Labs weiterentwickelt: Aus dem GasLab wurde das EnergyLab, aus dem BahnLab das MobilityLab. Zusätzlich kamen zwei neue Labs hinzu – das HPCLab für Hochleistungsrechnen und das NanoLab für Nanotechnologie. Diese Erweiterungen stärkten die Zusammenarbeit und schufen ein lebendiges Innovationsökosystem.
Die vier anwendungsorientierten Labs:
EnergyLab: Entwicklung nachhaltiger Energieträger wie Biogas und Wasserstoff zur Unterstützung der Energiewende.
MobilityLab: Optimierung vernetzter Verkehrssysteme – von Flugplanung über Luftfrachtlogistik bis zum Einsatz von Elektrobussen.
NanoLab: Forschung an Bauelementen für Solarzellen und Quantenkryptographie.
MedLab: Intelligente Gesundheitsdienste durch Analyse mobiler Gesundheitsdaten zur besseren Erkennung von Patientenbedarfen.
Zwei Labs arbeiteten methodenorientiert:
SynLab: Weiterentwicklung der Optimierungssoftware SCIP und Vernetzung der Lab-Ergebnisse.
HPCLab: Effiziente Nutzung neuer Prozessoren und Speicher durch gleichzeitige Verarbeitung vieler Rechenschritte (Parallelisierung) und Hochleistungsrechnen.
Der Forschungscampus MODAL auf dem Weg zur Innovationsplattform für mathematische Systeme
Ziel ist es, die gesamte Innovationskette abzudecken – von der Ausbildung über Forschung und Anwendung bis hin zur Gründung neuer Unternehmen. Grundlage dafür ist die enge Zusammenarbeit der drei wissenschaftlichen Partner: Freie Universität Berlin (FU), Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW) und Zuse-Institut Berlin (ZIB). Ebenso entscheidend für den Erfolg des Forschungscampus sind die beteiligten Unternehmen. Sie bringen praxisnahe Fragestellungen ein, arbeiten aktiv in den Labs mit und tragen dazu bei, dass Forschungsergebnisse direkt in marktfähige Lösungen überführt werden. So entsteht ein dynamisches Umfeld, in dem wissenschaftliche Exzellenz und unternehmerische Innovationskraft Hand in Hand gehen.
Kernpunkte der Weiterentwicklung:
Ausbildung: Der Forschungscampus MODAL wird durch praxisnahe Lehrveranstaltungen mit speziell für den Forschungscampus eingerichteten Professuren Teil der universitären Lehre.
Gründungsförderung: Der Einzug ins FU Business Incubation Center (FUBIC) schafft ideale Bedingungen für Start-ups und Kooperationen mit Unternehmen jeder Größe.
Infrastruktur: Über das ZIB steht eine leistungsstarke Rechen- und Datenverarbeitungsumgebung zur Verfügung.
Vernetzung: Die Kooperation mit dem Exzellenzcluster Math+ stärkt die Einbindung in die Berliner Mathematiklandschaft.
Der Forschungscampus MODAL plant, sich als wirtschaftlich eigenständiges Systemhaus für mathematische Verfahren zu etablieren. Die Akteure planen ein Portfolio an Methoden bereitzustellen, zu pflegen und weiterzuentwickeln – ergänzt durch maßgeschneiderte Lösungen, Studien und Analysen. Industriepartner bringen ihre Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ein und profitieren von Synergien und Kontakten. Spin-offs machen spezialisierte Themen wirtschaftlich nutzbar. Die Forschungspartner sichern langfristige Unterstützung durch Professuren, Rechenressourcen und Verwaltung.
Auch außerhalb der geförderten Projekte ist der Forschungscampus MODAL aktiv: Er führt zusätzliche, sogenannte assoziierte Projekte durch, die die Profile der Labs ergänzen und die Verstetigung des Forschungscampus vorbereiten, darunter Studien und Projekte zur Routenplanung, zum Design optischer Bauteile, zum Wasserstofftransport und zur Optimierung von Zuganschlüssen. Der Forschungscampus MODAL arbeitet mit weiteren Forschungseinrichtungen und dem Berliner Mathematik-Exzellenzentrum Math+ in mehreren Transferprojekten zusammen. International bestehen Partnerschaften mit renommierten Instituten in Japan (Tokio und Fukuoka), Kanada (Montreal), den USA (Los Angeles) und Thailand (Chiang Mai).
Darüber hinaus organisiert der Forschungscampus MODAL regelmäßig Fachveranstaltungen – darunter die Konferenz Digital Future, die Herbstschule Combinatorial Optimization at Work (CO@Work), das internationale Austauschprogramm G-RIPS, bei dem Studierende an praxisnahen Forschungsprojekten mitwirken und Weiterbildungsaktivitäten für Industriemathematiker wie die JCMSuite Schulungsserie, die Parallel Programming Days und die MODAL Algorithmic Intelligence Fortbildungsworkshops.
Der Forschungscampus MODAL hat in den letzten Jahren mehrere herausragende Entwicklungen hervorgebracht:
- SCIP – ein leistungsstarkes Open-Source-Tool für mathematische Entscheidungen: Der Forschungscampus MODAL entwickelte den Optimierungs-Solver SCIP, eines der weltweit schnellsten frei verfügbaren Programme zur Lösung komplexer mathematischer Probleme. Es unterstützt Unternehmen und Forschung bei fundierten Entscheidungen.
- RotOR – bessere Planung im Bahnverkehr: Gemeinsam mit Partnern entstand das System RotOR zur Optimierung von Zugumläufen. Es wurde 2020 im Finale der renommierten INFORMS Edelman Competition vorgestellt und zeigt, wie Mathematik hilft, Züge effizienter einzusetzen, Kosten zu senken und Verbindungen pünktlicher zu machen.
- GasNavi – präzise Prognosen für den Gasfluss: Das Tool GasNavi ermöglicht stundengenaue Vorhersagen für Gasflüsse im Netz. Es wurde 2016 mit dem EURO Excellence in Practice Award ausgezeichnet.
- Früherkennung von Krebs durch neue mathematische Methoden: Der Forschungscampus MODAL entwickelte Verfahren zur Analyse zirkulärer RNA, die zur verbesserten Diagnose bestimmter Krebsarten wie Leukämie beitragen – ein bedeutender Fortschritt in der medizinischen Forschung.
Die Förderinitiative „Forschungscampus“ gibt den Akteuren Raum für langfristige Forschungskooperationen und Investitionen in Forschungsinfrastrukturen, die den Wissens- und Technologietransfer beschleunigen. Unter anderem damit zahlt die 2011 gestartete Förderinitiative auf die Hightech Agenda Deutschland ein. Die Forschungscampi binden die Zivilgesellschaft ein. So stellen sie sicher, dass nicht nur die Sichtweise der Anwender, sondern auch von Betroffenen direkt in ihre Entwicklungen einfließen und Teil der Lösung von gesellschaftlichen Herausforderungen werden. Die Forschungscampi unterstützen wissenschaftliche Ausgründungen und dienen in Innovationsökosystemen als technologische Ermöglicher. Sie fördern gezielt den wissenschaftlichen Nachwuchs und tragen zur Fachkräftesicherung bei. Bei vielen Partnern entstanden infolge ihrer Beteiligung an den Forschungscampi neue Arbeitsplätze.
Der Forschungscampus MODAL stellt im MedLab das Thema „Gesundheit und Pflege“ im Vordergrund. Die Bereiche „Nachhaltigkeit, Klimaschutz und Energie“ sowie „Sicherheit“ werden im EnergyLab und im NanoLab thematisiert. Im MobilityLab dreht es sich um das Thema „Mobilität“ und das SynLab umfasst die Bereiche „Wirtschaft und Arbeit 4.0“.
