Forschungsfeld C

Systemanalyse und Inverse Probleme

… befassen sich mit Fragen der Modellvalidierung und der Datenbeschaffung und -verarbeitung und der Modellreduktion. Wir beschreiben dynamische Systeme und beschäftigen uns mit Regelungstechnik, Autonomie, Automatisierung und Netzwerksstrukturen von Systemen.

Materialien in jedem Aggregatszustand

Wir simulieren Materialien und Prozesse, die nahezu beliebig komplex sein können. Zum Beispiel beschäftigen wir uns mit biochemischen Reaktionsketten in einer Zelle. Diese Reaktionsketten sind hochgradig vernetzt und vielschichtig hierarchisch angelegt.

 (c) David Ausserhofer
Die Aufgaben der Steuerungs- und Regelungstechnik sind vielfältig - in diesem einfachen Fall wird ein Roboter dazu gebracht, einer Linie zu folgen.
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Je nach Fragestellung müssen aber nicht in jede Simulation oder Modellierung auch immer alle Systemdaten und -eigenschaften eingehen. Da ohnehin enorme Datenmengen anfallen, ist es umso wichtiger, Simulationen so zu konzipieren, dass sie bei möglichst geringem Datenumsatz und Zeitaufwand möglichst viel Erkenntnisgewinn liefern. Deshalb entwickeln SimTech-Wissenschaftler ausgehend von der Systemanalyse Methoden zur Modellvalidierung und Modellreduktion.

Bei dynamischen Systemen, zu denen die genannten Reaktionsketten in einer Zelle, aber zum Beispiel auch hochautomatisierte Produktionsabläufe zählen, müssen zusätzlich regelungstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Die Forscher wollen selbst-korrigierende Rückkopplungsmechanismen entwerfen, die optimale Abläufe gewährleisten. Damit ist der Weg zu Echtzeit-Simulationen geebnet, mit denen SimTech bessere Produkte und Verfahren ermöglichen will.

Dies alles geht nur auf der Basis von umfassenden Systemanalysen und wenn von vornherein die richtigen Parameter berücksichtigt werden. Diese können aber nicht immer über direkte Messungen identifiziert werden. Die Wissenschaftler greifen dann tief in die mathematische Trickkiste und formulieren inverse mathematische Probleme. Das macht es möglich, die gewünschten Größen von indirekten Messungen aus zu berechnen. Es wird quasi von einer bestimmten Wirkung auf ihre Ursache rückgeschlossen. Inverse Probleme werden zum Beispiel eingesetzt, wenn anhand der Ausschläge eines Erdbebensensors und Daten zu den geologischen Gegebenheiten die Koordinaten eines Erdbebenherdes berechnet werden.