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Innovationen wie computergestützte Modellierung, künstliche Intelligenz (KI), Datenwissenschaft und Hochleistungsrechnen (HPC) definieren ganze Branchen neu, doch die Chancen sind in Europa nicht gleichmäßig verteilt.
„In Zypern sind uns einige Vorteile entgangen, insbesondere im Vergleich zu anderen EU-Ländern, was teilweise auf die Schwierigkeiten zurückzuführen ist, die richtigen Fachkräfte anzuwerben und zu halten“, erklärt Vangelis Harmandaris, Inhaber des Lehrstuhls für den Europäischen Forschungsraum (EFR) für das Projekt SimEA.
Der ERA-Lehrstuhl ist eine EU-finanzierte Initiative, die Forschenden dabei hilft, mit Institutionen in Ländern zusammenzuarbeiten, deren Forschungs- und Innovationsleistung von einer Förderung profitieren könnte – den sogenannten „Widening-Ländern“.
Das SimEA-Team nutzt diese Gelegenheit, um die lokalen Möglichkeiten der Computational Engineering Science zu erweitern. So machte es sich daran, das computergestützte Materialdesign in Zypern voranzutreiben und gleichzeitig langfristige Kooperationen mit der Industrie aufzubauen.
„Unsere rechnergestützten Designs reduzieren den Kosten- und Zeitaufwand der Versuchszyklen erheblich. Sie machten das Team zu einem attraktiven Partner für die Industrie in Zypern, Europa und darüber hinaus“, sagt Harmandaris.
Dank erfolgreicher wettbewerbsorientierter Förderanträge konnte SimEA 18 Projekte (davon sieben mit der Industrie) an Land ziehen, mit denen die anfängliche Investition der EU mehr als beglichen wurde.
Rasche Optimierung der Materialien
SimEA konzentrierte sich auf die Technologien und fortgeschrittenen Materialien, die am ehesten geeignet sind, eine Reihe neuer gesellschaftlicher und industrieller Herausforderungen zu bewältigen. Vorrang galt denjenigen, die für den grünen Wandel relevant sind.
So wurden in Simulationen physikalischer Systeme Polymer-Nanokomposite und Dünnfilme untersucht, die für Anwendungen wie z. B. Energiespeicherung in den Bereichen Automobile und grüne Technologien von entscheidender Bedeutung sind. Diese auf molekularem maschinellem Lernen (ML) basierenden Simulationen und technischen Verfahren sagten vorher, wie Nanopartikel die mechanischen Eigenschaften und die Gesamtleistung von Verbundwerkstoffen verbessern könnten. Dadurch konnten die Anwendungen identifiziert werden, die am wahrscheinlichsten davon profitieren würden – wie etwa katalytische Materialien zur CO2-Reduktion und Energiegewinnung.
„Dieser mehrskalige Ansatz liefert wertvolle Erkenntnisse, die experimentell nur schwer oder sogar unmöglich zu gewinnen wären. Durch die Nutzung von Computern zur Erforschung des Materialdesign-Prozesses wird dieser zielgerichteter und kostengünstiger“, bemerkt Harmandaris.
Außerdem arbeitete das Team an Biomolekülen für biotechnologische und pharmazeutische Anwendungen und modellierte die Fluid-Struktur-Wechselwirkungen, die für technische Anwendungen wie Wassergewinnung und biomedizinische Geräte eine Rolle spielen.
Die Zusammenarbeit mit der Wissenschaft und nationalen Industriepartnern stand im Mittelpunkt des Projektansatzes. „Unsere Schwerpunktbereiche nutzen die Stärken unserer Partner und erfüllen gleichzeitig ihren Wachstumsbedarf. Auf diese Weise stellen wir nicht nur die wissenschaftliche Relevanz unserer Ergebnisse sicher, sondern auch deren Auswirkungen auf die reale Welt“, fügt Harmandaris hinzu.
Dennoch lief nicht alles glatt, wie Harmandaris erklärt: „KMU zur Einführung von Simulationsmethoden zu ermutigen erforderte Geduld. Die Integration von physikbasierten Simulationen, ML-Algorithmen und HPC-Werkzeugen ist von steilen Lernkurven geprägt. Schulungen vor Ort halfen dabei, die erforderlichen hochspezialisierten Fähigkeiten zu entwickeln.“
ERA-Lehrstühle können hierbei helfen, indem sie Finanzhilfen vergeben, die wesentliche, aber nicht forschungsbezogene Aktivitäten wie Teamrekrutierung, Schulung, Vernetzung und Veröffentlichungen unterstützen. Auf diese Weise werden die Forschungsexzellenz und die Fähigkeit zur Sicherung wettbewerbsfähiger Forschungsmittel konsolidiert, was auch die Attraktivität der Gastinstitutionen, -regionen und -länder für international mobile Forschende erhöht.
Durch die zunehmende Generierung und Weitergabe von Wissen wird nicht nur die Verfügbarkeit hochqualifizierter Arbeitsplätze auf der Insel, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit der in Zypern ansässigen Industrien gesteigert.
Im Einklang mit den europäischen Forschungsprioritäten
SimEA fördert die Entwicklung fortgeschrittener Materialien für Sektoren, die im Mittelpunkt der Nachhaltigkeitsbemühungen stehen, wie etwa Energie und Verkehr. Somit steht es im Einklang mit den Zielen des Grünen Deals und des digitalen Wandels in der EU.
Damit das Forschungsökosystem in Zypern dies langfristig leisten kann, bedarf es jedoch einer unterstützenden Infrastruktur.
Die Gründung der ersten Gruppe des ERA- Lehrstuhls für Computational Engineering in Zypern hat dazu beigetragen, Forschungsarbeiten anzustoßen, die das HPC-Ökosystem des Landes stärken und Kapazitäten im Bereich simulations- und datengesteuertes Engineering aufbauen.
Unterdessen dürfte die Einrichtung des Management Innovation Office am Computation-based Science and Technology Research Centre (CaSToRC), dessen Aufgabe darin besteht, die Innovationsfähigkeit (insbesondere durch ein Industrie-Scouting-Programm) voranzubringen, neben industriellen und staatlichen Partnerschaften impulsgebend sein.
Darüber hinaus baut ein am Cyprus Institute ins Leben gerufenes Industrieprogramm eine nachhaltige Innovationspipeline auf, die von Initiativen wie EuroCC 2 und European Digital Innovation Hubs (DiGiNN) geleitet wird.
Zur Förderung der europäischen Zusammenarbeit wurde ein Mitglied des Projekts SimEA in den Vorstand des Europäischen Netzwerks für Industriemathematik (EU-MATHS-IN) gewählt. Darüber hinaus wurden nationale Netzwerke eingerichtet: CY-MATHS-IN für Industriemathematik und Cy-AMN, der Cluster für fortgeschrittene Materialien.
Das Team setzt die Validierung und Ausweitung seiner Erfolge fort, indem es die Simulationen auf industrielle Pilotprojekte und die reale Fertigung ausweitet. Dadurch profitiert es von einer engeren Zusammenarbeit mit Partnern in der gesamten EU.
Während die Erkenntnisse und Werkzeuge von SimEA bereits öffentlich verfügbar sind und die lokale Industrie ermutigt wird, sich dieser zu bedienen, entwickelt das Projekt derzeit neue Hybridtechniken für verschiedene Materialien.
„Letztendlich wirkt sich eine beschleunigte Entwicklung fortgeschrittener Materialien zum Vorteil der Menschen und des Planeten aus, da sie zu neuen umweltfreundlichen Technologielösungen und nachhaltigen Produkten mit einem verringerten ökologischen Fußabdruck führt“, schließt Harmandaris.