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Überblick - Wir über uns

Wer wir sind

In der SFB-Initiative „Farbige Zustände“ wird eine neuartige experimentelle Methode der Werkstoffentwicklung erarbeitet. Das übergeordnete Ziel ist, effizient und zielgerichtet Zusammensetzungen und Prozessketten für neue metallische Konstruktionswerkstoffe zu finden, die einem spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Die konventionelle Werkstoffentwicklung ist stets begleitet von aufwändigen experimentellen Untersuchungen zur Ermittlung zumeist chemischer, mechanischer oder technologischer Werkstoffeigenschaften. Die hohen Ressourcenanforderungen pro Experiment in herkömmlichen Verfahren reduzieren die Anzahl möglicher Experimente, sodass die Vorgehensweisen in der Regel prädiktiv (teils auch intuitiv) geprägt sind. Die Potentiale nicht-intuitiver Parameterauswahl ziehen diese Verfahren nicht in Betracht.

Auf der Basis neuer Methoden zur Urformung, Einfärbung und Charakterisierung mikroskopischer Werkstoffproben, der Probenlogistik sowie mathematischer und informatischer Verfahren zur Analyse großer Datenmengen wird in dieser SFB-Initiative ein neuartiges Hochdurchsatzverfahren entwickelt. Dieses durchbricht Ressourcenlimitierungen und öffnet damit neue Horizonte für die experimentelle Werkstoffentwicklung. Dabei werden mikroskopische, einfach herzustellende Proben mit adaptierten Kurzzeitcharakterisierungsverfahren auf sogenannte Deskriptoren hin untersucht. Die Übertragung der ermittelten Deskriptoren auf die makroskopischen Werkstoffeigenschaften des Anforderungsprofils erfolgt durch eine heuristische Prädiktorfunktion, die nur wenige Makroproben benötigt.

Das Hochdurchsatzverfahren verfügt damit über eine deutlich erhöhte Effizienz im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren. Die Suche nach neuen Konstruktionswerkstoffen ist dabei mathematisch und informatisch basiert, um im vieldimensionalen Suchraum mit hoher Effizienz Treffer, d.h. vielversprechende Zusammensetzungen und Prozessketten zu identifizieren. Darüber hinaus erfordern die großen Datenmengen und Probendurchsätze eine hochdynamische Daten- und Probenlogistik sowie eine effiziente Probenhandhabung. Die Methode „Farbige Zustände“ ermöglicht einen Paradigmenwechsel in der Entwicklung von Konstruktionswerkstoffen hin zu einer ressourceneffizienten Hochdurchsatzmethode. Sie erlaubt experimentelle Exploration gänzlich neuer Werkstoffgruppen und bildet damit einen potentiellen Stützpfeiler innovativer Zukunftstechnologien.

Als zentrale Datenbank wird die MongoDB ( https://www.mongodb.com/ ) in der kommerziellen Enterprise Variante verwendet. Die MongoDB zeichnet sich insbesondere durch eine gute Konnektivität bzgl. einer Vielzahl von relevanten Programmiersprachen, die sowohl für der Informatik als auch für die Mathematik essenziell sind, aus. Ein weiterer, wichtiger Aspekt besteht in einer effizienten Ablage der Dokumente selbst, bspw. durch eine Datenduplikation, die durch MongoDB ermöglicht wird. Hierdurch ist es erst möglich, die großen Datenmengen aus dem Hochdurchsatzverfahren vorzuhalten.

Arbeitsweise und Struktur des Sonderforschungsbereichs

Projektbereiche und Arbeitskreise

Die Gesamtstruktur des Sonderforschungsbereiches ist in vier Projektbereiche unterteilt, die der Prozesskette der Methode „Farbige Zustände“ entsprechen. Im Projektbereich U werden die Mikroproben hergestellt und eingefärbt.  Der Projektbereich D umfasst alle Deskriptoren. Im Projektbereich S werden makroskopische Untersuchungen und Skalierungsmodellierungen durchgeführt. Der Projektbereich P umfasst die Erstellung der Prädiktorfunktion, den Suchalgorithmus und die Versuchsplanung inklusive Probenhandhabung und Transport. Über die Verknüpfung der Projektbereiche (U, D, S und P) hinaus sind die Arbeitskreise ein wesentliches Instrument, um die einzelnen Methoden aufeinander abzustimmen. Dabei stehen Forschungsfragen im Zentrum, die in einem den Projektbereich übergreifenden Forum diskutiert werden.

Aktualisiert von: Claudia Sobich