Mit großer Freude gibt SimTech die neuen geförderten Projekte für das Jahr 2024 im Rahmen des METEOR-Wettbewerbs bekannt. Der METEOR-Wettbewerb, der erstmals 2023 stattfand, fördert innovative Lösungsansätze für technische Herausforderungen und unterstützt den schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis. Auch in diesem Jahr konnten wieder spannende und zukunftsweisende Projekte ausgewählt werden.
SCALEPH - Skalierbare partikel-basierte Simulationsmethoden für Multiskalen- & Multiphysik-Anwendungen auf heterogenen Rechenarchitekturen
Zu den geförderten Projekten gehört “SCALEPH - Skalierbare partikel-basierte Simulationsmethoden für Multiskalen- & Multiphysik-Anwendungen auf heterogenen Rechenarchitekturen”, ein Vorhaben, das von der Firma boltzplatz – numerical plasma dynamics GmbH eingereicht wurde. Das Projekt wird von Miriam Schulte (Institut für parallele und verteilte Systeme, IPVS) und Dominik Göddeke (Institut für angewandte Analysis und numerische Simulation, IANS) bearbeitet. SCALEPH zielt darauf ab, eine Simulationssoftware, die ursprünglich für High Performance Computing (HPC) auf CPU-Architekturen entwickelt wurde, für den Einsatz auf heterogenen Systemen wie GPU/CPU-Hybriden zu optimieren. Dies ermöglicht eine effizientere Simulation komplexer physikalischer Prozesse, die in der Halbleiterherstellung und Vakuum-Beschichtungstechnik unerlässlich sind. Ziel ist es, den Wechsel zu neuen HPC-Architekturen, wie sie im HLRS Stuttgart mit der Instinct MI300A APU von AMD geplant sind, zu meistern und dabei effiziente Parallelisierungsstrategien zu entwickeln, um die Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit der Software PICLas zu maximieren.
Miriam Schulte und Dominik Göddeke planen einen zweistufigen Ansatz zur Anpassung der Software an hybride CPU-GPU-Plattformen. Dabei wird zunächst analysiert, welche Funktionalitäten bereits für GPUs verfügbar sind und wie diese genutzt werden können. Anschließend wird ein Prototyp entwickelt, der die Poissongleichung mit PIC/DSMC kombiniert und in eine modulare Open-Source-Umgebung integriert. Dieser Ansatz soll die Effizienz der Simulationen erheblich steigern und die Grundlage für zukünftige Anwendungen schaffen.
MORPH - Magnetically-Oriented Remote Precision Heart Catheter
Auch das Projekt "MORPH - Magnetically-Oriented Remote Precision Heart Catheter" der Firma EndoSurge wird im Rahmen von METEOR gefördert. MORPH konzentriert sich auf die Entwicklung eines magnetisch gesteuerten Herzkatheters, der eine präzise Fernsteuerung ermöglicht. Diese Innovation könnte die minimalinvasive Chirurgie revolutionieren und den Patientenkomfort sowie die Sicherheit erheblich verbessern. EndoSurge, ein Max Planck Spinoff, entwickelt diesen Katheter, um MR-kompatible und strahlungsfreie kardiovaskuläre Eingriffe zu ermöglichen. Durch die Nutzung der Lorentzkraft in Magnetresonanztomographen (MRT) wird eine präzise Steuerung des Katheters erreicht, was den Einsatz von MR-Bildgebung ohne ionisierende Strahlung ermöglicht.
Aniket Pal und sein Team am Institut für Mechanik (MIB) entwickeln einen mehrstufigen Optimierungsansatz, der finite Elemente (FE) und globale Optimierungsstrategien kombiniert. Sie planen, ein FE-Modell zur Simulation der Lorentzkraft-basierenden Aktuation in MRTs zu entwickeln und dieses durch experimentelle Daten zu validieren. Der Fokus liegt darauf, die Anzahl der benötigten Katheter während eines Eingriffs zu minimieren und die chirurgischen Abläufe durch Reduzierung von Einführungs- und Entnahmeschritten zu vereinfachen.
Multiphysikalische Simulation einer CO2-Anregungslänge (MuSiCAL)
Das dritte Projekt, "Multiphysikalische Simulation einer CO2-Anregungslänge (MuSiCAL)", wird von der Firma TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing AG zusammen mit Jens Keim vom Institut für Aerodynamik und Gasdynamik umgesetzt. MuSiCAL befasst sich mit der multiphysikalischen Simulation der transienten Anlaufphase eines TruFlow CO2-Lasers. Diese Laser werden zur Beschichtung von Mikrochips verwendet, die für viele Aspekte unseres täglichen Lebens unerlässlich sind. Ziel des Projekts ist es, die Effizienz dieser Laser zu verbessern und ihren Energieverbrauch zu minimieren, was sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bietet. Die Herausforderung besteht darin, die hochkomplexen physikalischen Prozesse, die in der Anlaufphase eines CO2-Lasers stattfinden, numerisch zu simulieren und dabei eine Kopplung verschiedener physikalischer Modelle zu berücksichtigen.
Jens Keim und sein Team werden ein System von mehr als 20 gekoppelten partiellen Differentialgleichungen entwickeln, um die verschiedenen physikalischen Prozesse während der Anlaufphase des Lasers zu modellieren. Diese Gleichungen umfassen unter anderem kompressible Eulergleichungen und Advektions-Reaktionsgleichungen zur Beschreibung der Molekülschwingungen und der Laserstrahlpropagation. Ein besonderer Fokus liegt auf der effizienten Diskretisierung der Gleichungen sowie der Quantifizierung der inhärenten Unsicherheiten durch Multi-Level-Monte-Carlo-Methoden.
Die Auswahl dieser Projekte erfolgte durch eine hochkarätige Jury, bestehend aus Anneli Guthke, Niels Hansen, Christian Rohde, Claus-Dieter Munz und Bernhard Weigand.
Jörg Fehr, Initiator des Wettbewerbs und Vorsitzender des Komitees für Wissenstransfer, betonte: „Wir freuen uns, dass wir diesmal sogar zwei Start-ups fördern können, aber ebenso auch einen Global Player wie TRUMPF. Der Wettbewerb bringt Fachleute aus den unterschiedlichsten Disziplinen zusammen und fördert den Austausch und die Entwicklung neuer Technologien auf höchstem Niveau.“
Die nächsten Schritte beinhalten die Vorbereitung der Kooperationsverträge an der Universität Stuttgart. Die Förderung der Projekte beginnt am 1. Juni 2024 und läuft maximal bis zum 31. Dezember 2025. Jedes Projekt erhält eine finanzielle Unterstützung von bis zu 100.000 Euro.
Der SimTech METEOR-Wettbewerb zeichnet sich durch seine Geschwindigkeit und Effizienz im Wissens- und Technologietransfer aus. Innerhalb von nur drei Monaten nach der Einreichung stehen die Förderentscheidungen fest. Dies ermöglicht eine zügige Umsetzung innovativer Ideen und unterstützt Unternehmen und Einrichtungen dabei, technologische Herausforderungen schnell und effektiv zu meistern. Wir blicken gespannt auf die Entwicklungen und Ergebnisse der geförderten Projekte und freuen uns auf die nächste Runde des Wettbewerbs im Jahr 2026.