Page 14 - Wissen fürs Leben | Knowledge for Life

Forschung
Topologische Materialphysik

Was hat ein Donut mit Quanten zu tun? Der Loch­ Die Forschenden erkunden die Physik hinter der
krapfen gleicht einem geometrischen Gebilde, mit dem Zellbiologie. Ziel ist es, lebende Materie exakter zu
sich das Innere von Quantenmaterialien auf theore­ beschreiben und damit Biotechnologie und Medizin
tischer Ebene beschreiben lässt. Dabei trifft Physik auf auf berechenbarere Arbeitsgrundlagen zu stellen.
Topologie, einen Teilbereich der Mathematik. Diese
Ver bindung ist ein revolutionärer Forschungsansatz, Mensch und Maschine
der mit dem Nobelpreis gekrönt wurde und den ctd. Innovative Robotiklösungen, die das tägliche Leben
qmat seit 2019 weiterentwickelt. Unter extremen Labor­ unterstützen sollen – technische Systeme, die mit
bedingungen wie ultratiefen Temperaturen wird nach Menschen in Echtzeit interagieren: Daran arbeitet das
neuen topologischen Werkstoffen gesucht. Deren Exzellenzcluster „Centre for Tactile Internet with Human­
besondere Eigenschaften gilt es, nutzbar zu machen – in­the­Loop“ (CeTI). Industrielösungen sollen ebenso
z. B. als megaschnelle Quantenchips, die kaum Energie entstehen wie Hilfsmittel für lebensbegleitendes Lernen
verbrauchen, oder als außergewöhnlich leistungsstarke und computerbasierte Assistenzsysteme für die Chirurgie.
topologische Laser. Über die Wissenschaftsallianz Daher ist neben Maschinenbau, Elektro­ und Kommunika­
DRESDEN­concept ist ctd.qmat eng verzahnt mit drei tionstechnik, Informatik und Medizin auch die Psycholo­
in
renommierten Dresdner Instituten der Max­Planck­ gie an CeTI beteiligt. Prof. Shu­Chen Li und Prof. Thomas
Gesellschaft und der Leibniz­Gemeinschaft. Goschke erforschen u. a. die Altersabhängigkeit neuro­
kognitiver Mecha nismen der Selbstkontrolle, der Wahr­
Lebensformel nehmung und des Handelns. Sie liefern grundlegende
Aus einer neuen Perspektive blickt das Exzellenzcluster Lassen sich Zellen und Gewebe mit physikali- Erkenntnisse über den Menschen, damit die Schnitt­
schen Gesetzen beschreiben? Das Exzellenz-
„Physics of Life“ (PoL) auf das Leben. Ein multidiszipli­ cluster „Physics of Life“ (PoL) mit Sprecher stellen zwischen Mensch und Maschine funktionieren.
näres Team will der Bedeutung physikalischer Gesetze Prof. Otger Campàs will es herausfinden. In den Exzellenzclustern und darüberhinaus setzt
für Wachstum und Strukturbildung in Organismen Can cells and tissues be described using die TUD auf Interdisziplinarität und ein klares Profil.
sowie für die dynamische Organisation von Molekülen, ­ physics?­This is­exactly­what­Prof.­Otger­ So wurden für die Forschung drei Exzellenz­Bereiche
Zellen und Geweben auf die Spur kommen. Campàs­aims to ­discover­at­the­“Physics­of­ definiert, in denen Wissenschaftler:innen so eng
Life”­(PoL)­­Cluster of Excellence.
zusammenarbeiten, dass Wissen fürs Leben auf Spitzen­
niveau entstehen kann.
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Topological Materials Physics

What does a donut have to do with quantum physics? The aim is to describe living matter more precisely
Well, its shape resembles a geometric structure, a in order to facilitate applications in bio technology and
torus, that is used to describe the interior of quantum medicine.
materials on a theoretical level. Here, physics meets
the branch of mathematics known as topology. Their Humans and Machines
symbiosis is a revolutionary research approach, that a The “Center for Tactile Internet with Human-in-the-Loop“
few years ago led to a Nobel Prize. Since 2019, ctd.qmat (CeTI) Cluster of Excellence aims to design innovative
is taking this to a whole new level by striving to discover robotic solutions to support everyday life – technical
novel topological materials under extreme laboratory systems that interact with humans in real time. They
conditions such as ultralow temperatures. The aim is seek to develop business solutions and devices for life-
to harness their particular properties – for example, long learning and computerized assistance systems for
in super-fast quantum chips that consume virtually no surgery. Therefore, mechanical engineering, electrical
energy at all, and exceptionally powerful topological and communications engineering, computer science,
lasers. Through the DRESDEN-concept research medicine and psychology all play a role at CeTI.
alliance, ctd.qmat is closely linked to three distinguished Prof. Shu-Chen Li and Prof. Thomas Goschke are
Institutes of the Max Planck Society, and the Leibniz researching the age dependency of neurocognitive
Association in Dresden. mechanisms of self-control, perception and action.
They identify fundamental aspects of human behavior
The Formula for Life in order to facilitate the relationship between humans
The “Physics of Life” (PoL) Cluster of Excellence views and machines. In its Clusters of Excellence and beyond,
life from a new perspective. The multidisciplinary team TUD focuses on interdisciplinarity and a clear profile.
is exploring the importance of physical laws for growth Three areas of excellence have been defined for
and structure formation in organisms, as well as for the research, in which scientists work so closely together
dynamic organization of molecules, cells and tissues. that knowledge for life is created at the highest level.
Researchers are examining the physics of cell biology.