„Willkommen an Bord“„Wie müssen wir Verfahren bauen, damit Computer Lösungen für diese Probleme finden?“Prof. Dr. Winnifried Wollner verstärkt die Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

22. Juni 2022, von Wollner/Red.

Foto: UHH/Esfandiari

Prof. Dr. Winnifried Wollner ist seit April 2022 am Fachbereich Mathematik tätig

Jedes Jahr kommen zahlreiche neue Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an die Universität Hamburg. In dieser Reihe stellen wir sie und ihre Forschungsgebiete vor.

Prof. Dr. Winnifried Wollner ist von der Technischen Universität Darmstadt nach Hamburg gekommen und arbeitet seit dem 1. April 2022 in der MIN-Fakultät am Fachbereich Mathematik.

Mein Forschungsgebiet in wenigen Sätzen: 

Mein Forschungsgebiet liegt in der Optimierung von Problemen, bei denen Differentialgleichungen eine Rolle spielen. Dazu zählt auch die Identifikation von verschiedenen wichtigen Parametern in diesen Gleichungen. Nehmen wir als Beispiel Modelle in den Klimawissenschaften: Hier wissen wir eigentlich nicht, welche Werte die Parameter in den Gleichungen annehmen. Mithilfe von Optimierungstechniken können wir aber versuchen, diese zu identifizieren. Ähnliche Techniken spielen heutzutage auch beim Maschinellen Lernen eine wichtige Rolle. Dabei müssen wir verschiedene, möglicherweise hochdimensionale, Parameter in das System einführen. Für mich stellt sich die Frage, wie wir numerische Verfahren bauen müssen, damit Computer zuverlässig Lösungen für diese Probleme finden.

Und so erkläre ich Freunden und Familie, worum es da geht:

Stellen Sie sich einen Wetterbericht vor. Sie könnten hervorragend mittels mathematischer Modelle ausrechnen, wie sich das Wetter entwickelt, wenn das aktuelle Wetter bekannt wäre. Zur Vorhersage müsste man also diese Daten in Ihr Modell integrieren und nicht messbare Parameter des Modells identifizieren. Mich interessiert die Frage, wie dies möglichst effizient gestaltet werden kann. 

Zur Lösung dieser Probleme könnte meine Forschung beitragen: 

Viele Probleme, die mich beschäftigen, kommen aus den Anwendungen. Aktuell arbeite ich zum Beispiel an einem Forschungsprojekt, bei dem ich modelliere und optimiere, wie sich Risse in Materialien ausbreiten. Man kann sich hier z.B. einen Fahrradhelm vorstellen. Damit ein Helm uns schützt, wird die Energie bei einem Aufprall durch Schädigung des Helms aufgenommen. Die Frage ist, wie das Innenleben des Helms gestaltet werden sollte, damit möglichst viel Energie im Helm aufgenommen wird, um damit den Schaden der Person zu verringern. Hierfür zuverlässige und effiziente Berechnungsverfahren zu entwickeln, ist meine Motivation.

Das sind meine Pläne an der Uni Hamburg; diese Projekte würde ich gern ins Leben rufen oder verstärken:

Ich werde sicherlich zusammen mit dem Graduiertenkolleg 2583 des Fachbereichs Mathematik zur Optimierung der Strömungsmechanik kooperieren. Auch am Fachbereich Erdsystemwissenschaften, etwa im Transregio 181, gibt es viele interessante Forschungsfragen, zum Beispiel wie Effekte in den Klima- und Geomodellen abgebildet werden. Das sind natürlich auch Quellen für sehr spannende Optimierungsprobleme.

Blick in die weite Welt: Mit diesen internationalen Einrichtungen, Universitäten oder Institutionen arbeite ich zusammen:

International kooperiere ich zum Beispiel mit der Texas A&M University in College Station in Amerika zusammen. Wir untersuchen, wie bestimmte Nanostrukturen aufgebaut sein müssen, um einen gewünschten makroskopischen Effekt zu erzielen. Mathematisch nennt sich das inverse Homogenisierung, die wir mit Techniken der Formoptimierung verbinden. 

Darum sollten Studierende unbedingt meine Veranstaltungen besuchen:

Im Moment halte ich viele Vorlesungen zu Optimierungstechniken für Bachelor- und Masterstudierende und es ist schön, dass man nach zwei Jahren wieder „echte Menschen“ vor sich sitzen hat. Besonders wichtig ist der Kontakt mit den Studierenden, mit ihnen diskutieren zu können, wie man die Probleme angehen kann. Ich will keine reinen Vorlesungen halten, sondern sie sollen auch einen Interaktionscharakter haben. Ich biete auch Proseminare an, in denen die Studierenden selbst ein Thema erarbeiten und das für ihre Kommilitonen erklären. Auch da ist mein Anliegen, dass wir möglichst viel Austausch haben und eine Diskussion über die Themen entsteht.

Darum freue ich mich auf Hamburg –  auf die Stadt und die Universität:

Das ist einfach, ich wurde in der Nähe von Hamburg geboren und es ist schön, wieder zu Hause zu sein. Und die Universität habe ich schon damals, als ich zwischen 2011 und 2015 Juniorprofessor hier an der Universität war, als sehr spannend wahrgenommen.

Ein ausführliches Interview mit Prof. Wollner gibt es auf den Seiten der MIN-Fakultät.