Data-Driven Materials Design

Das Design neuer Werkstoffe erfolgt oft erfahrungsgetrieben und evolutionär. Sprunginnovationen, die zu völlig neuen Werkstoffen mit herausragenden Eigenschaften führen, entstehen oft durch Zufall oder unerwartete Entdeckungen. Dies liegt unter anderem an den komplexen Wechselwirkungen zwischen der Mikrostruktur der Werkstoffe und deren Eigenschaften, die selbst mit modernen Simulationsmethoden schwer vollständig zu modellieren sind. Gleichzeitig liefern moderne Messmethoden riesige Datenmengen über diese Mikrostrukturen und ihre Eigenschaften. 

Die Arbeitsgruppe Data-Driven Materials Design verfolgt das Ziel, diese umfangreichen Daten zur Mikrostruktur und den Eigenschaften von Werkstoffen mittels Methoden der Datenaufbereitung und künstlichen Intelligenz zu verknüpfen. Daraus sollen Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet werden, die bisher unbekannte Zusammenhänge aufdecken und die Entwicklung völlig neuer Werkstoffe ermöglichen. Diese neuen Werkstoffe können entweder neue Eigenschaften aufweisen oder bei gleichen Eigenschaften einen wesentlich einfacheren Aufbau haben, z.B. durch die Verwendung weniger kritischer Elemente. Hieraus können neue Materialien für Bereiche wie Zirkularität, Nachhaltigkeit und innovative Anwendungen identifiziert werden. 

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit folgenden Themen: 

• Maschinelles Lernen zur Vorhersage von Materialeigenschaften: Vorhersage von mikromechanischen und makroskopischen Materialeigenschaften anhand mikrostruktureller Daten. 

• Inverse Modelle: Einsatz von maschinellem Lernen, um die benötigte Mikrostruktur für verbesserte Eigenschaften zu identifizieren. 

• KI-gestützte Mikroskopie: Eng verknüpft mit der Core Facility der Fachrichtung, beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit maschinellem Lernen zur Mikrostruktur-Quantifizierung in Low-Data-Regimes, synthetischer Datenerzeugung und dem Einsatz von generativer KI in der Mikroskopie. 

• Datenaufbereitung und Verknüpfung: Aufbereitung und Verknüpfung multimodaler, heterogener Datenquellen. 

Die Arbeitsgruppe ist Teil des Projektes CircularSaar, das vor dem Hintergrund des Strukturwandels die energie- und materialintensiven Industriebereiche Automobil, Maschinenbau und Stahl im Saarland beim Einstieg in eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft unterstützen soll und von der saarländischen Landesregierung aus dem Transformationsfonds gefördert wird.