Strukturelle Aufbauten ermitteln Neuer Hochleistungsrechner für die Materialforschung

Ein neuer Hochleistungsrechner für die Materialforschung ist jetzt am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Betrieb gegangen: Mit dem 1,2-Millionen-Euro-Computer können Forschende den strukturellen Aufbau zukünftiger Materialien simulieren und so deren Eigenschaften untersuchen, noch bevor sie in der Realität vorliegen. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Materialien entwickeln, die etwa in der Medizin oder der Energieforschung eingesetzt werden. So wurde zum Beispiel die Membran in Corona-Schnelltests durch neue Computermodelle verbessert.

„Die Simulationsrechnungen erzeugen riesige Mengen von Daten zum Beispiel über das Materialverhalten unter speziellen Bedingungen. Mit modernen Data-Science- Anwendungen, Maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz können wir daraus Wissen über die Eigenschaften von Materialien gewinnen und so neue Materialien viel schneller entwickeln“, sagt Britta Nestler, Professorin für Mikrostruktursimulation am Institut für Angewandte Materialien des KIT.

Rechenleistung entspricht 10.000 Laptops

Der 1,2 Millionen Euro teure Hochleistungsrechner steht im Materialwissenschaftlichen Zentrum für Energieforschung (MZE) auf dem Campus Süd des KIT. Zur Hälfte wurde er aus dem Struktur- und Innovationsfond des Landes Baden-Württemberg finanziert. Das System hat eine Rechenleistung, die mit der von 10.000 Laptops vergleichbar ist.

„Diese Rechenpower ermöglicht uns eine noch schnellere Entwicklung neuer Simulationsmethoden“, sagt Nestler. „Dazu gehören insbesondere Multiphysikmethoden zur Mikrostruktursimulation auf Hochleistungsrechnern, zur Datenanalyse für eine Vorhersage von Material-Eigenschaftszusammenhängen oder die Weiterentwicklung der in Karlsruhe entwickelten Software für Materialsimulationen auf Hochleistungsrechnern.“

Flüssigkeitstransport von Covid-Schnelltests verbessert

Das Spektrum der technischen Anwendungen reicht dabei von medizinischen Anwendungen über Energieforschung bis hin zu Geowissenschaften. Zum Beispiel haben die Forschenden am KIT den Flüssigkeitstransport in medizinischen Diagnostiktests wie etwa COVID-Schnelltests durch Verbesserungen an der eingebauten Membranstruktur optimiert. Auch lassen sich dank der Simulationen Vorschläge für die Auslegung von Geothermieanlagen, von Energiespeichersystemen, für die Lagerung von CO₂ oder auch zur Gestaltung einer effizienten Grundwasserreinigung machen.