Das kleinste Gerüst der Welt

Sie sollen bisherige Materialien im Automobilbau oder in der Medizin ersetzen – auf kleinster Ebene. Nanostäbchen aus Aluminium oder anderen Metallen, für diese sucht PD Dr.-Ing. Bernhard Eidel, der den Lehrstuhl für Numerische Mechanik an der Uni Siegen vertritt, gemeinsam mit Dr. Alexander Stukowski von der TU Darmstadt nach geeigneten Gitterstrukturen.

„Wir suchen nach Strukturmaterialien, die leicht sind und trotzdem hohe Steifigkeit und Festigkeit besitzen“, sagt Eidel. Ein solches Gerüst auf kleinster Ebene könnte in der Medizin eingesetzt werden: „Stellen Sie sich ein Gitter vor, das Knochenteile ersetzt, die ein Mensch durch einen Unfall oder eine Tumorerkrankung verloren hat.

Dieser Ersatz könnte entweder dauerhaft sein, oder aber nur temporär als Gerüst für nachwachsende Knochen- und Gewebezellen dienen. Wenn man das biolösliche Metall Magnesium verwendet, würde sich das Gerüst im gleichen Zeitraum auflösen, in der das Gewebe nachwächst. Kein metallischer Fremdkörper verbliebe im Menschen“, blickt der Forscher in die Zukunft.

26 Millionen Kernstunden für Simulationen

Bis dahin ist es noch ein weiter Weg, für den Eidel an der Universität Siegen gemeinsam mit seinem Darmstädter Kollegen Stukowski die Grundlagen erforscht. Wie die geometrische Anordnung der Nanometallstäbchen sein muss, um das leichte und belastbare Material zu erhalten, wollen die Forscher mittels einer molekulardynamischen Simulationsmethode herausfinden.

Hierbei werden unterschiedliche Gittertopologien auf Nanoebene von jeweils 50-200 Millionen Atomen auf dem Computer mit Hilfe einer Software simuliert und analysiert. Für die hierfür nötige Rechenleistung kann das Team den zweitschnellsten Supercomputer Europas, die JUQUEEN im Forschungszentrum Jülich, nutzen. 26 Millionen Kernstunden* hat das Duo aus Siegen und Darmstadt nach einem Antrag nun zugesprochen bekommen. Den Kernstunden stehen Betriebskosten im Wert von ca. 1,2 Millionen Euro gegenüber.

Doppelter Erfolg für die Universität Siegen

Für die Universität Siegen ist die Bewilligung der Rechenzeit ein weiterer Erfolg im Supercomputing innerhalb kürzester Zeit. Erst vor wenigen Wochen setzte sich der Lehrstuhl für Simulationstechnik und Wissenschaftliches Rechnen von Prof. Dr.-Ing. Sabine Roller bei der Vergabe von Rechenleistung im europäischen Supercomputerverbund GCS (Gauss Centre for Supercomputing) durch.

Roller hat für ein Simulationsprojekt zur Entsalzung von Meerwasser 42 Millionen Kernstunden am Supercomputer Hornet bewilligt bekommen. Die Betriebskosten für die zugewiesenen Kernstunden belaufen sich bei diesem Projekt auf zwei Millionen Euro.

*Die Rechenkapazität eines Supercomputers wird in der Einheit Kernstunden angegeben.