EXC 2075:  Wissens- und datenintegrierte Simulationswissenschaft (SimTech) - Durch Simulation zu besserem Verstehen

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur ; Grundlagen der Biologie und Medizin ; Informatik ; Materialwissenschaft ; Mathematik ; Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau ; Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik ; Systemtechnik ; Theoretische Chemie ; Wasserforschung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390740016

Wissenschaftlicher Fortschritt basierte lange Zeit auf Empirie und Theorie, bevor die Simulationswissenschaft zu einem dritten wissenschaftlichen Paradigma wurde. An der Universität Stuttgart haben wir die Simulationswissenschaft als eigenständige Disziplin und den SC SimTech als dauerhafte Institution etabliert. Damit vereinen wir Expertise aus den Ingenieur- und Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Angetrieben durch den riesigen Zuwachs an verfügbaren Daten hat unser Cluster die Simulationswissenschaft mit datengetriebenen Methoden zu dem neuartigen Paradigma der Datenintegrierten Simulationswissenschaft zusammengeführt und für geologische Systeme, Materialien sowie (human)biologische Systeme erfolgreich angewandt. Dadurch ist der Umfang von Simulationswissen explosionsartig gewachsen. Unter Simulationswissen verstehen wir das multidisziplinäre Fachwissen, welches für die Planung und Durchführung von Computerexperimenten erforderlich ist. Es umfasst beispielsweise das Design von Experimenten, Eigenschaften von Gleichungen oder kontextspezifisch erfolgreiche numerische Lösungsstrategien. Unsere erste Vision ist es daher, dieses vielseitige, manuell nicht mehr handhabbare Simulationswissen rechnergestützt zu erfassen und auszunutzen. Unsere zweite Vision zielt darauf ab, durch Simulationen wissenschaftliches Verstehen zu beschleunigen. Verstehen ist die menschliche Fähigkeit, Phänomene in unerforschten Zusammenhängen zu erklären und vorherzusagen. Wir entwickeln innovative Methoden zur interaktiven Visualisierung, Modellreduktion, Wissensentdeckung und Systemidentifikation. Experten werden durch die personalisierte Kombination dieser Methoden via Human-AI-Teaming befähigt, Computerexperimente zielgenauer zu definieren, zu analysieren und zu verfeinern. Unsere Visionen für eine zukünftige wissens- und datenintegrierte Simulationswissenschaft revolutionieren zukünftige Forschung, indem sie Geschwindigkeit und Zielgerichtetheit digitaler Experimente um Größenordnungen erhöhen. Die Spezialisierung der UNESCO-Definition von Open Science zu Open Simulation Science stellt den Kern unserer strukturellen Innovationen dar. Hierfür werden wir Konzepte für Nachwuchsforschende, Lehre, Diversität, Reproduzierbarkeit von Forschung, Arbeitsprozesse, Kommunikation und Transfer zum Nutzen von Wissenschaft und Gesellschaft weiterentwickeln. Gestützt auf unseren vorherigen Erfolgen und in verwandten Projekten realisieren wir unsere Visionen in den beispielhaften Forschungsfeldern der Energiespeicherung und -extraktion, der wasserunterstützten Triebwerke, des Designs von Energiematerialien und der personalisierten Vorhersagen für humanbiologische Systeme. Anhand dieser Felder adressieren wir dringende gesellschaftliche und umweltrelevante Ziele und gemeinsame methodische Herausforderungen, die wir durch transdiziplinäre Forschung lösen. Die Breite der abgedeckten Felder untermauert die Generalisierbarkeit unserer Visionen und Methoden.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Sprecherinnen / Sprecher: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Nowak; Professorin Dr. Miriam Schulte; Professor Dr. Steffen Staab
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr.-Ing. Frank Allgöwer; Professorin Dr. Andrea Barth; Professorin Dr.-Ing. Andrea D. Beck; Maartje Maria Boon, Ph.D.; Professor Dr. Andreas Bulling; Professor Dr.-Ing. Felix Fritzen; Professor Dr. Blazej Grabowski; Professor Dr. Dominik Göddeke; Professor Dr. Johannes Kästner; Professor Mathias Niepert, Ph.D.; Professorin Dr. Nicole Radde; Professor Dr. Christian Rohde; Professorin Dr.-Ing. Alina Roitberg; Professor Oliver Röhrle, Ph.D.; Professor Dr. Dieter Schmalstieg; Professor Dr. Benjamin Stamm; Professor Dr.-Ing. Holger Steeb; Professor Dr. Ingo Steinwart; Professor Dr. Chengzhe Tian; Professor Dr.-Ing. Bernhard Weigand; Professor Dr. Daniel Weiskopf; Professor Heng Xiao, Ph.D.