uni'leben 03-2014

03 2014 unı leben Die Zeitung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg www.leben.uni-freiburg.de 4 forschen von Jürgen Schickinger Hoch schlagen die Fluten, als der Damm bricht. Wogen rauschen, kollidieren, bilden gewaltige Schaum- kronen. Soweit das Auge reicht, wüten Naturgewalten. Sie erinnern an das Hollywood-Spektakel „2012“, in dem Wassermassen die menschliche Zivi- lisation auslöschen. So viel Dramatik besitzt Matthias Teschners YouTube- Clip „Breaking dams with 107 million SPH fluid particles“ nicht. Am Ende der 34-sekündigen Dammbruchsequenz, die der Freiburger Informatikprofessor simu- liert hat, schwappt das Wasser gemütlich aus. Es bewegt sich allerdings ziemlich realistisch. Teschners Arbeitsgruppe hat sich unbeabsichtigt selbst übertroffen: „Wir rechnen genauer, als wir ursprüng- lich geplant hatten.“ Einige namhafte Un- ternehmen kooperieren mit ihm. Teschners Team simuliert Flüssig- keiten, Gase sowie Aerosole, also Gemische aus Schwebeteilchen und einem Gas. Gemeinsam mit dem US- Zeichentrickspezialisten Pixar hat es einen Algorithmus entwickelt. „Was die damit machen, weiß ich leider nicht“, bedauert der Leiter des Bereichs Com- putergrafik der Universität Freiburg. Noch mehr Interesse an Teschners For- schung zeigt die Autoindustrie. Dort gibt es Probleme mit Feuchtigkeit an der Elektrik und an Stellen, wo Luft ange- saugt wird. „Welche Teile nass werden, wissen sie zwar, aber oft nicht genau, woher das Wasser kommt“, erklärt der gebürtige Berliner. Reale Tests kosten viel Zeit und sind sehr aufwendig. Teil- weise bauen Hersteller eigens dafür Autos aus durchsichtigem Material. „In den Simulationen muss jedes Detail repräsentiert sein“, betont der 44-jäh- rige Computerwissenschaftler, „unsere sind trotzdem schnell, effizient und ge- nau.“ In weiteren Projekten hat er schon Rheinhochwasser in Basel/Schweiz und Kniegelenkspiegelungen simuliert. Multimilliardäre im Berechnen SPH (Smoothed Particle Hydro- dynamics) zerlegt Flüssigkeiten in zahl- reiche bewegliche Teilchen. Plumpst ein Eiswürfel ins Whiskeyglas, schie- ben sich benachbarte Teilchen an oder bremsen sich ab. Dazu muss jedes Teilchen erst einmal knapp 30 seiner Nachbarn finden, sagt Teschner: „Bei der Dammbruchsimulation mit mehr als 100 Millionen Partikeln müssen in jedem Zeitschritt mehr als 3 Milliar- den Nachbarn berechnet werden.“ Die Zeitschritte reichen je nach Fragestel- lung von Sekundenbruchteilen bis zu mehreren Sekunden. Mit jedem Schritt ändern die Partikel ihre Geschwin- digkeit. Die neue ergibt sich aus der alten, der Größe des Zeitschritts und der Beschleunigung. In Letztere flie- ßen sowohl innere Kräfte ein – Druck, Viskosität – als auch äußere wie die Schwerkraft oder Eigenschaften von Randflächen, etwa dem Whiskeyglas. Beim simulierten Dammbruch ist, allein um die Druckkraft zu berechnen, ein Gleichungssystem mit 100 Millionen Unbekannten zu lösen. Kleinste Fehler führen zu Dichte- und Volumenschwan- kungen: Die spiegelglatte Oberfläche im ruhigen Whiskeyglas würde zittern. „Bei uns hält sie still. Unsere Abwei- chungen liegen unter 0,1 Prozent.“ Zähe Flüssigkeiten bereiten Kopfzerbrechen Bewirkt eine Gleichung nicht, was sie soll, muss eine neue her. Dabei helfen Wissen, Erfahrung und der Blick in an- dere Fachgebiete. „Wir arbeiten sehr interdisziplinär“, sagt Teschner. Wenn sich ein Lösungsansatz aufgetan hat, testet ihn Teschners Gruppe am Rech- ner. Zuletzt hat ihr das gezielte Auspro- bieren einen Best Paper Award auf der Jahreskonferenz der European Asso- ciation for Computer Graphics einge- bracht. Aktuell erforscht das Team, wie sich kommerzielle Programme durch Kombinationen mit den entwickelten komplexen Verfahren verbessern und wie sich Berechnungen durch Schät- zungen vereinfachen lassen. Reichlich Arbeit machen Grenzflächen wie die zwischen Wasser und Luft oder zwi- schen Whiskey und Glas. Auch zähe Flüssigkeiten bereiten viel Kopfzerbre- chen, weil sich in ihnen kaum etwas rührt. Eiswaffeln und -becher bergen für Matthias Teschner im Sommer daher große theoretische Schrecken: „Mein Horror ist schmelzendes Eis.“ Null Zittern im Whiskeyglas Baukonstruktionen nach dem Vorbild der Natur entwerfen, den molekularen Aufbau und die Wirkungsweise von Ionenkanälen in der Zellmembran auf- klären: Die Deutsche Forschungs- gemeinschaft (DFG) hat zwei neue Sonderforschungsbereiche/Transregio (SFB/TRR) bewilligt, an denen Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg be- teiligt sind. Der SFB/TRR 141 „Biological Design and Integrative Structures – Analysis, Simulation and Implementation in Architecture“ analysiert biologische Prinzipien, um sie auf Baukonstruktionen und andere Gebiete der Technik zu übertragen. Die DFG fördert den SFB/ TRR 141 in den kommenden vier Jahren mit 9,3 Millionen Euro. Im SFB/TRR 152 „TRiPs to Homeostasis. Maintenance of Body Homeostasis by Transient Receptor Potential Channel Modules“ erforschen Mediziner und Pharmakologen die Wirkung so genannter Kanalproteine auf die Aufrechterhaltung von Körper- funktionen. Der SFB/TRR 152 erhält in den kommenden vier Jahren eine Förderung von 10 Millionen Euro. Zwei neue Sonderforschungsbereiche erhalten Förderung Sollzinssatz Effektiver Jahreszins 8,23 %Effektiver Jahreszins 7,18 % Seit ihrer Gründung als Selbsthilfeeinrichtung für den öffentlichen Dienst im Jahre 1921 betreut die BBBank erfolgreich Beamte und Arbeitnehmer im öffentlichen Sektor und ist mit einem besonderen Produkt- und Dienstleistungsangebot bis heute bevorzugter Partner der Beschäftigten des öffentlichen Sektors. Exklusiv zum kostenfreien Bezügekonto2) bietet Ihnen die BBBank mit dem günstigen Abruf-Dispokredit einen attraktiven Mehrwert: Schnelle Kreditentscheidung Flexible Rückzahlung Abruf ganz nach Ihrem Bedarf Beispiel: Nettodarlehensbetrag 10.000,– Euro Laufzeit 12 Monate Sollzinssatz (veränderlich) 6,99 % p. a. 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