Erste Technomathematik-Absolventen: Wieviel Mathematik braucht ein Hai?

Es ist ein Studiengang mit besten Berufsaussichten aber (noch) viel zu wenigen Interessenten: Der Bayreuther Diplomstudiengang Technomathetik. Dort wurden jetzt die ersten Absolventen fertig, deren Interessengebiete sehr unterschiedlich sind. In der Wissenschaft erwarten sie jedenfalls beste Karrierechancen.

Gibt es einen Shark-Skin-Effekt beim Stokes-Fluss? So der Fachjargon von Mathematikern und Strömungsmechanikern. Verständlicher ausgedrückt: Warum schwimmt ein Hai nur so schnell? Oder einfacher ausgedrückt: Fließt ein Flüssigkeitsfilm auf einer glatten, geneigten Ebene schneller zu Tal als auf einer in spezieller Weise gewellten Fläche?

In der ersten an der Universität Bayreuth beendeten Diplomarbeit des im Wintersemester 2000/2001 eingeführten Diplomstudiengangs Technomathematik, einem interdisziplinären Studiengang basierend auf den drei Fächern Mathematik, Informatik und Ingenieurwissenschaften, kam man der Lösung dieser Frage einen deutlichen Schritt näher.

Armin Rund konnte nachweisen, dass ein Flüssigkeitsfilm in der Tat bei gewissen gewellten Bodenkonturen schneller zu Tale fließt als auf einer glatten, geneigten Ebene. Noch ist der Effekt gering, noch nur auf Grund mathematischer Gleichungen berechnet, noch unter der Voraussetzung vereinfachender Annahmen, doch man weiß nun, wie man Experimente zu entwerfen hat, um dieses Ergebnis auch experimentell nachweisen zu können. Rein experimentell hätte man solch ein Ergebnis, wenn überhaupt, nur mit viel Zeit und hohen Kosten finden können. Dieses Beispiel zeigt, warum Mathematik heutzutage als Schlüsseltechnologie bezeichnet wird.

An der Nahtstelle zwischen Mathematik, Informatik und Ingenieurwissenschaften hat sich seit ca. zwei Jahrzehnten ein zukunftsträchtiges Gebiet etabliert: Das Wissenschaftliche Rechnen.

Professor Dr. Hans Josef Pesch, Inhaber des Lehrstuhl Ingenieurmathematik, beschreibt dazu Zukunftsoptionen: „Die Querschnittswissenschaften Mathematik und ihre mittlerweile sehr erwachsene Tochter, die Informatik, durchdringen zunehmend andere Wissensgebiete. Wegen seiner Relevanz für Forschung und Industrie und wegen der an der Universität Bayreuth vorhandenen Kompetenz sollte das Gebiet des Wissenschaftlichen Rechnens daher deutlicher herausgestellt werden. Wir sollten einen Hochschulschwerpunkt ’Wissenschaftliches Rechen/Scientific Computing’ einrichten. Dies wäre sogar ein Alleinstellungsmerkmal unter den diversen Zentren für ’Scientific Computing’ in Deutschland.“

Es besteht die Hoffnung, dass die Mathematik bald auch eine Antwort auf die Frage gibt, welches ist die beste Bodenform überhaupt? Welche Form lässt die Flüssigkeit am schnellsten zu Tal fließen? Der technologische Nutzen, den man daraus ziehen kann, ist vielfältig: Nichtglatte Oberflächen beschleunigen den Golfball. Der Lotusblüteneffekt lässt Wasser und Schmutz schneller abperlen. Diese Forschungen um den Shark-Skin-Effekt können zudem zu besseren Beschichtungsprozessen und Gleitlagern führen, aber auch den Austausch von Schadstoffen über wasserführenden Schichten im Boden beschreiben.
Um diese Frage aber beantworten zu können, muss man tief in eines der derzeit aktuellsten Forschungsgebiete der Mathematik eindringen: Der Optimierung bei partiellen Differentialgleichungen, einem Gebiet auf dem deutschsprachige Forscher weltweit tonangebend sind und auf dem die Optimierungsgruppe innerhalb der Bayreuther Mathematik zusammen mit Erlanger und Würzburger Kollegen ein Internationales Doktorandenkolleg im Elitenetzwerk Bayern eingeworben hat. Sein Titel: Identifikation, Optimierung und Steuerung für technische Anwendungen.

Im Rahmen dieses Kollegs werden in Kürze Kerstin Brandes, wie auch Armin Rund, die Arbeit an ihren Dissertationen beginnen. Kerstin Brandes hat bereits im Rahmen ihrer Diplomarbeit im Diplomstudiengang Mathematik mit dem Nebenfach Ingenieurwissenschaften auf diesem Gebiet gearbeitet. Auch sie nimmt eine Vorreiterrolle ein, ist sie doch die erste Absolventin der Universität Bayreuth mit der Fächerkombination Mathematik / Ingenieurwissenschaften. Informatik hat sie zudem nebenbei studiert.

Und der dritte Absolvent im Bunde, Christian Reinl, hat in seiner Diplomarbeit eine Problemstellung aus der Industrie untersucht, den finalen Polierprozess bei der Herstellung von Gleitsicht-Brillengläsern, bei dem namhaften Brillenhersteller Rodenstock im niederbayerischen Regen. Mit computerorientierten Methoden der Mathematik lässt sich jetzt der Abrieb beim Polierprozess berechnen. In Zukunft soll er so optimiert werden, dass die abgetragene Schicht möglichst gleichmäßig ist. Doch bis dahin sind noch etliche mathematische Nüsse zu knacken.

Schließlich arbeitet der vierte Technomathematiker des Startjahrgangs, Jörg Klatte, im fernen Indiana, USA, an der Berechnung von Strömungen, die unter Schwerelosigkeit fließen. Solche Untersuchungen sind wichtig, um in Raumfahrzeugen und Raumstationen z.B. Wärme und Treibstoffe effizient und mit möglichst wenig gewichtsverursachenden Komponenten transportieren zu können.

Über das Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen, wo Jörg Klatte sein Technomathematik-Praktikum absolvierte, führte ihn sein Weg zur School of Aeronautics and Astronautics der Purdue University in West Lafayette, Indiana, und bald weiter nach Portland, Oregon, USA, zur Thermal and Fluid Science Group der Portland State University. International führende Wissenschaftler sind dabei seine Betreuer.

Auch Christian Reinl und Jörg Klatte werden der Wissenschaft erhalten bleiben. Christian Reinl wird an der Technischen Universität Darmstadt auf dem Gebiet der Optimierung von Robotern die Arbeit an seiner Dissertation beginnen, in einer Gruppe, die bereits mehrfach die Fussballweltmeisterschaft für Roboter gewinnen konnte. Prof. von Stryk, der Leiter dieser Gruppe, ist zur Hälfte „Doktorsohn“ und „Doktorbruder“ von Prof. Pesch. – Man sieht: In der Wissenschaft ist (fast) nichts unmöglich!

Dennoch drückt die Bayreuther Wissenschaftler Nachwuchssorgen. Prof. Nuri Aksel (Lehrstuhl Technische Mechanik und Strömungsmechanik) drückt die so aus: „Es ist jammerschade. Mein Kollege Prof. Pesch und ich haben so viele Projekte, die wir alleine mit unseren Mitarbeitern nicht bearbeiten können, aber wir finden nicht hinreichend viele Studentinnen und Studenten. Gerade im Studiengang Technomathematik schreiben sich leider nur sehr wenige Studierende ein.“

Prof. Pesch, derzeit Dekan der Fakultät für Mathematik und Physik vermutet eine Kombination mehrerer Gründe für die Studienzurückhaltung: „Mathematik und dann noch in Kombination mit Informatik und Ingenieurwissenschaften gilt als schwer. Kaum einer kann sich vorstellen, wozu Mathematik nütze ist. Was kann man denn da noch erforschen? Leider wissen auch viele Mathematiklehrer und -lehrerinnen nicht, dass Mathematik als Schlüsseltechnologie gilt, dass Mathematikerinnen und Mathematiker branchen- und nahezu konjunkturunabhängig exzellente Berufschancen haben und mit die besten Anfangsgehälter bekommen. Und dann raten da sogar manche Lehrer und Arbeitsämter von einem Mathematikstudium ab. Mit der Einführung der neuen Bachelor-Masterstudiengänge werden wir eine Aufklärungskampagne starten. Um die Anfängerzahlen in den mathematischen Studiengängen jedoch langfristig zu ändern, müsste sich auch die Ausbildung der Gymnasiallehrer verändern.

Weitere Informationen:
Professor Dr. Hans-Josef Pesch
Lehrstuhl Ingenieurmathematik
Tel. 0921/55-7150
e-mail: Hans-Josef.Pesch@uni-bayreuth.de