Die aktuelle Forschung unseres Instituts im Bereich der digitalen Zwillinge konzentriert sich auf deren Anwendung für den Schutz Kritischer Infrastrukturen sowie für die Medizin und Biomechanik.
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Schutz Kritischer Infrastrukturen
Kritische Infrastrukturen können als Organisationen und Einrichtungen definiert werden, die für die staatliche Gemeinschaft von existenzieller Bedeutung sind und deren Ausfall oder Beeinträchtigung zu dauerhaften Versorgungsengpässen, erheblichen Störungen der öffentlichen Sicherheit oder anderen dramatischen Folgen führen würde. Sie sind die unverzichtbaren Lebensadern moderner Gesellschaften und ihr Schutz ist sowohl für unseren Wohlstand als auch für die nationale Sicherheit von größter Bedeutung. Um diese Infrastrukturen zu schützen, erforschen wir verschiedene Methoden aus dem Bereich des wissenschaftlichen maschinellen Lernens, um digitale Zwillinge zu erstellen, die z.B. als Entscheidungsunterstützungssysteme fungieren können, um den Betreibern Kritischer Infrastrukturen im Falle eines Vorfalls Handlungsempfehlungen zu geben. Konkret arbeiten wir an der Erstellung von modell- und datenbasierten digitalen Zwillingen für gebaute Infrastrukturen (wie z.B. Brücken). Darüber hinaus kooperieren wir mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft, vor allem mit dem DLR-Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen.
Schlüsselpublikationen
- Sahin, T., von Danwitz, M., & Popp, A. (2024). Solving forward and inverse problems of contact mechanics using physics-informed neural networks. In Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences (Vol. 11, Issue 1). Springer Science and Business Media LLC. DOI (Open Access)
. arXiv 
- Jaelani, Y., Klemm, A., Wimmer, J., Seitz, F., Köhncke, M., Marsili, F., Mendler, A., von Danwitz, M., Henke, S., Gündel, M., Braml, T., Spannaus, M., Popp, A., & Keßler, S. (2023). Developing a benchmark study for bridge monitoring. In Steel Construction (Vol. 16, Issue 4, pp. 215–225). Wiley. DOI (Open Access)
Aktuelle Projekte
Medizin und Biomechanik
Ein weiterer wichtiger Bereich für die Erstellung und Anwendung digitaler Zwillinge sind die Lebenswissenschaften, z. B. die Medizin, aber auch die Biomechanik. Hier können sie eingesetzt werden, um die personalisierte Versorgung zu verbessern, die Behandlungsergebnisse zu steigern, die Kosten zu senken und präzisere und effektivere Verfahren im Gesundheitsmanagement zu ermöglichen. Konkret erforschen wir derzeit Berechnungsmethoden, die eine zuverlässige patientenspezifische Modellierung und Simulation modernster medizinischer Geräte und Implantate, des sie umgebenden Gewebes, chirurgischer Prozesse und ganzer Organe ermöglichen (siehe auch unsere Seite mit Anwendungsschwerpunkten). Ziel ist es, diese Modelle zu nutzen, um die Behandlungsergebnisse von Verfahren wie dem Einsetzen von Stents durch virtuelle Tests vor der realen Operation zu verbessern.
Schlüsselpublikationen
- Frank, M., Holzberger, F., Horvat, M., Kirschke, J., Mayr, M., Muhr, M., Nebulishvili, N., Popp, A., Schwarting, J., & Wohlmuth, B. (2024). Numerical simulation of endovascular treatment options for cerebral aneurysms. In GAMM-Mitteilungen (Vol. 47, Issue 3). Wiley. DOI (Open Access)