Autonome Forschung zur Exploration von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und Optimierung von Mikrostrukturen

Die Entwicklung neuer Materialien spielt eine wichtige Rolle für technologische Innovationen. Im Zentrum des Interesses steht dabei der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern, der lokalen Materialstruktur und den resultierenden Eigenschaften. Da der lokale Aufbau der Materialien ihre Eigenschaften wesentlich diktiert, sind die Bereitstellung und das Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen (SEB) von großer Bedeutung.
Das Projekt verfolgt das Ziel, zuverlässige SEB schnell und kostengünstig aufzustellen und damit realistische, herstellbare Materialstrukturen mit optimalen Eigenschaften zu identifizieren.
Die experimentelle Exploration der SEB verursacht einen erheblichen technologischen Aufwand. Die erreichbare begrenzte Datengrundlage stellt ein großes Hindernis für die Anwendung moderner Methoden des Maschinellen Lernens dar. Modellbasierte numerische Simulationen schaffen hier in Form synthetischer Daten Abhilfe. Ein praktisch relevanter Algorithmus erfordert darüber hinaus die automatisierte Generierung synthetischer Mikrostrukturen und die Durchführung numerischer Simulationen an ausgewählten Stichproben, um die experimentelle Datengrundlage gezielt zu erweitern. Dieses als autonome Forschung bezeichnete Verfahren wird materialunabhängig entwickelt, implementiert und validiert.
Insgesamt verspricht die Synthese von modellbasierter numerischer Simulation und datengetriebenen Algorithmen ein tieferes Verständnis der Wirkmechanismen, die den SEB zugrunde liegen, sowie eine Beschleunigung der Materialentwicklung.