2020

Vor allem, wenn eine Infektionskrankheit neu auftritt, helfen mathematische Modelle, die beiden wichtigsten Fragen zu beantworten: Wie wird sich die Infektion ausbreiten und welche Maßnahmen zu ihrer Eindämmung sind angemessen und wirkungsvoll? Um lokale Entscheidungstragende (Gesundheitsämter, Krankenhäuser und vor allem Kommunen) bei der Planung ihrer Maßnahmen zu unterstützen, arbeiten Forschende des Fraunhofer ITWM im Rahmen des Anti-Corona-Programms der Fraunhofer-Gesellschaft an der epidemiologischen Modellierung, Simulation und Entscheidungsunterstützung von Covid-19 (Projektname EpiDeMSE).

Forschende am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern entwickeln ein Prognosemodell zur Ausbreitung von Covid-19. Im Gegensatz zu den klassischen Modellen erfasst es »sich sprunghaft ändernde Infektionsraten nach Maßnahmen« besser. Zudem simulieren die Forschenden mehrere räumlich oder durch Alter getrennte Gruppen im Verbund. Die Forschungsarbeiten finden im Rahmen des Aktionsprogramms »Fraunhofer vs. Corona« statt.

Simulationen des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM machen Prozesse bei der Herstellung von Vliesstoffen effizienter. So wird im Rahmen des Anti-Corona-Programms von Fraunhofer die Produktion von Infektionsschutz optimiert.

Katalysatoren in Fahrzeugen helfen, die Schadstoffe in den Abgasen zu reduzieren. Um die katalytischen Filter so weiterzuentwickeln, dass sie noch effizienter arbeiten, baut die Industrie auf innovative mathematische Methoden und Maschinelles Lernen: Im jetzt gestarteten Verbundprojekt »ML-MORE« (Maschinelles Lernen und Modellordnungsreduktion zur Vorhersage der Effizienz katalytischer Filter) kooperieren Forschende des Exzellenzclusters Mathematik Münster der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) mit dem Fraunhofer ITWM (im Rahmen des Leistungszentrums Simulations- und Software-basierte Innovation), der Universität Stuttgart, der Technischen Universität Darmstadt und der Umicore AG & Co. KG, einem Materialtechnologie- und Recyclingkonzern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt im Rahmen des Programms »Mathematik für Innovationen als Beitrag zur Methodenentwicklung im Umgang mit großen Datenmengen« über eine Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt rund einer Million Euro.

Am 1. April 2020, hätte Davide Manfredo seine Doktorandenstelle in Kaiserslautern antreten sollen. Er ist Teilnehmer eines ganz besonderen Programmes, in dem die EU europaweit 14 Promotionsstellen für drei Jahre fördert: »THREAD – Joint Training on Numerical Modelling of Highly Flexible Structures for Industrial Applications«. Statt in Kaiserslautern sitzt er nun erstmal im Home-Office bei seinen Eltern in Turin, wo er letzte Woche via Skype seine Masterarbeit präsentiert und damit sein Masterstudium abgeschlossen hat – mit Höchstpunktzahl. Corona machte einen Strich durch seine Reisepläne, aber nicht durch die seiner Karriere.

Im Zeitraum vom 20. bis 22. März 2020 rief die Bundesregierung unter der Überschrift #WirVsVirus dazu auf, an einem Wochenende Lösungen zu entwickeln, die Bürgerinnen und Bürgern, Medizin, Forschung und Politik helfen, ihre aktuellen Herausforderungen durch die Corona-Krise zu meistern. 23.000 Menschen sind dem gefolgt und haben an 1.500 Projekten getüftelt. Auch Forschende des Fraunhofer ITWM haben sich am Hackathon beteiligt und besonders an drei Projekten mitgehackt:

Ohne Grundlagenforschung kommen auch die anwendungsorientierten Institute der Fraunhofer-Gesellschaft nicht aus; so befasst sich beispielsweise das Leitprojekt QUILT unter anderem mit der Detektion von Terahertz-Wellen auf Basis neuer quantenoptischer Methoden. Über erste Erfolge berichten Forschende des Fraunhofer ITWM und der Technischen Universität Kaiserslautern in der März-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift »Science Advances«.

Der Erhalt historischer Kunstschätze erfordert nicht nur Restauratoren, sondern auch Forschung und daraus resultierende Hightech-Lösungen. Das gilt insbesondere für weltberühmte Kunstwerke wie beispielsweise »Das Abendmahl« von Leonardo da Vinci, die aufgrund ihres Alters zusätzliche Herausforderungen an Museen stellen. Zu einem neuen Restaurationsansatz trägt nun auch das Fraunhofer ITWM bei.

In letzter Zeit haben so genannte »Deep Fakes« einiges an öffentlicher Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Als Deep Fakes bezeichnet man täuschend echte Manipulationen von Bildern oder Videos, vornehmlich von Prominenten. Ein am Fraunhofer ITWM entwickeltes Tool zeigt, wie man diese Täuschungen schneller aufdecken kann – mit nahezu hundertprozentiger Sicherheit.

Der »Blick über den Tellerrand« im Februar stand unter der Überschrift »Zur Entwicklung sehender Automobile: Autonomes Fahren – Vor 30 Jahren in Deutschland mitentwickelt«. Prof. em. Dr.-Ing. Ernst D. Dickmanns berichtete über die Forschung- und Entwicklungshistorie und seine Zeit als forschender Systemdynamiker in diesem Bereich.

Energie ist eines der Kernthemen am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Auf der E-world zeigen die Forschenden aktuelle Technologien und Projekte zur Energiewirtschaft – vom Energiemanagementsystem Amperix über Regelungskonzepte für Energienetze bis hin zu finanzmathematischen Methoden. Die Messe findet vom 11. bis 13. Februar 2020 in Essen statt.

Unter Federführung von Prof. Dr. Ralf Korn und Dr. Andreas Wagner haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Abteilung »Finanzmathematik« des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ein Fachbuch zur Lebensversicherungsmathematik herausgegeben.

Die Themen Simulation und Modellierung sind am Fraunhofer ITWM zu Hause. Im »Blick über den Tellerrand« im Januar mit dem Titel »Zukunftsszenarien Klimawandel« warf Prof. Dr. Thomas Hickler mit der Simulation von Klimamodellen einen Blick in die Zukunft.

In Europa entwickelte Programmiermodelle und Performance Tools tragen nun dazu bei, die Programmierung hochgradig heterogener Supercomputer zu erleichtern. Entstanden sind sie im H2020-Projekt EPEEC (European Joint Effort towards a Highly Productive Programming Environment for Heterogeneous Exascale Computing). Das am Fraunhofer ITWM entwickelte Programmiermodell GASPI ist mit an Bord.

Die erzeugte Energiemenge regenerativer Energiequellen schwankt. Ein neuartiges Energiemanagementsystem des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ermöglicht es, Photovoltaikanlagen, Batteriespeichersysteme, Wärmepumpen und Elektroautos intelligent zu koppeln – und einzelne Haushalte oder ganze »Energiequartiere« trotz der Schwankungen weitestgehend mit eigener regenerativer Energie zu versorgen.