Die Luft, die wir atmen, das Wasser, das wir trinken, unsere Nahrung und andere Ressourcen resultieren aus Interaktionen zwischen der Geo- und der Biosphäre. Diese Wechselwirkungen zu verstehen ist daher unverzichtbar für das Überleben und Wohl der Menschheit, die durch den anthropogenen Wandel gefährdet sind. Der gegenwärtige anthropogene Einfluss ist beispiellos, aber die zugrundeliegenden Naturgesetze sind universell gültig.

Bottom-up Synthetic Immunology: Neue Wege zur Bekämpfung von Infektionen und Krebs. Infektionskrankheiten wie AIDS und Malaria sowie schwer behandelbare Krebsarten wie Pankreas- und Gehirntumore bleiben eine globale Gesundheitsbedrohung. Trotz intensiver Forschung fehlen oft wirksame Präventions- oder Behandlungsmöglichkeiten. Gemeinsam ist diesen Krankheiten, dass sie den Immunmechanismen entgehen, während gezielte Eingriffe in Immunzell-Gewebe-Wechselwirkungen bislang kaum möglich sind und experimentelle Modelle dafür erst entstehen.

Der Exzellenzcluster STRUKTUREN untersucht, wie Struktur, kollektive Phänomene und Komplexität aus den Grundgesetzen der Physik entstehen. Die dabei verwendeten Konzepte und Methoden sind auch zentral, um relevante Strukturen in großen Datenmengen zu finden und neuartige analoge Rechner zu entwickeln.

Seit 2019 entwickeln Forschende des Exzellenzclusters "Daten-Integrierte Simulationswissenschaft (SimTech)" an der Universität Stuttgart eine neue Klasse von simulations- und datengesteuerten Ansätzen, die die Anwendbarkeit und Genauigkeit von Simulationen erhöhen und die Art und Weise verändern, wie wir Wissenschaft und Technik betreiben.

Die Energiewende als unaufschiebbare Transformation unserer globalen Wirtschaft steht vor Herausforderungen wie begrenzter Rohstoffverfügbarkeit, Niedergang der europäischen Bergbauindustrie, geopolitischer Gefahren und Preisschwankungen. Dies betrifft besonders die elektrochemische Energiespeicherung (EES) als Schlüsseltechnologie für erneuerbare Energien. Alternative EES-Technologien erfordern eine koordinierte Grundlagenforschung, die auf leistungsstarke, sichere und nachhaltige Lösungen abzielt. Diese Technologien müssen auf reichlich verfügbaren Rohstoffen beruhen, die Energiesicherheit und -souveränität verbessern und eine resiliente und nachhaltige Energiezukunft ermöglichen.

Maschinelles Lernen verändert die Wissenschaft tiefgreifender, als wir es noch vor wenigen Jahren erwartet hätten. Zwar wurden Methoden des maschinellen Lernens bereits erfolgreich für die Lösung einzelner wissenschaftlicher Probleme eingesetzt, heute scheinen aber noch weitreichendere Möglichkeiten greifbar. “Foundation models”, die mit großen Datensätzen trainiert wurden, stellen Repräsentationen der Daten bereit, die sich für ein breites Aufgabenspektrum eignen und haben die Sprachverarbeitung bereits revolutioniert. “Diffusion models” ermöglichen es, Daten aus komplexen Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu erzeugen, und mit modernen Programmierparadigmen können wissenschaftliche Theorien als Teil von Analyseworkflows implementiert werden. Doch die Methoden des maschinellen Lernens haben offensichtliche Mängel mit Blick auf ihre Zuverlässigkeit, Robustheit und Interpretierbarkeit.

Die zentrale Vision des livMatS-Clusters ist es, das Beste aus zwei Welten, der biologischen und der technischen Welt, miteinander zu verbinden und adaptive, energieautonome Materialsysteme mit lebensähnlichen Funktionen zu entwickeln.

Der Exzellenzcluster Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für eine transformative Architektur (IntCDC) hat das Ziel, die methodischen Grundlagen für die dringend notwendige, zukunftsfähige und klimapositive Transformation des Planens und Bauens zu schaffen. Durch interdisziplinäre und integrative Forschung soll das volle Potenzial digitaler Technologien genutzt werden, um die gravierenden ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen des Bausektors zu bewältigen. Hierfür bündelt IntCDC die international anerkannten Kompetenzen der Universität Stuttgart, des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme und von Bauhaus Erde in den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Bauphysik und Geodäsie, Fertigungs- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Sozial-, Geistes- und Wirtschaftswissenschaften.

Der Exzellenzcluster „The Politics of Inequality“ untersucht, wie politische Prozesse soziale Ungleichheiten erzeugen, verstärken oder abbauen. Im Zusammenspiel von Wahrnehmung, Beteiligung und Politik erforschen wir die Dynamik von Ungleichheit in Demokratien und Nicht-Demokratien weltweit.

Trotz intensiver Forschung steigt die Zahl an Krebserkrankungen und -todesfällen deutlich. Durch Krebsfrüherkennung können einige Tumore früher erkannt und kurativ behandelt werden, aber insgesamt werden immer noch 25-50% aller soliden Tumore in einem fortgeschrittenen, oft metastasierten Stadium diagnostiziert. Diese sind trotz einer wachsenden Zahl neuer Therapeutika meist unheilbar. Solche Tumorerkrankungen stehen im Mittelpunkt des iFIT-Exzellenzclusters.