Projektstart TwinChain: Digitale Zwillinge für die Analyse komplexer Systeme

Digitale Zwillinge als softwarebasierte Simulationsmethodik

Digitale Zwillinge ermöglichen es, reale Systeme datenbasiert im Computer abzubilden und ihr Verhalten unter unterschiedlichen Annahmen und Szenarien zu untersuchen. Im Projekt TwinChain werden bestehende Modellierungsansätze weiterentwickelt und verschiedene Modellwelten in einem gemeinsamen Simulationsframework zusammengeführt. Ziel ist es, Wechselwirkungen und Ausbreitungsprozesse systematisch zu analysieren und so eine fundierte Entscheidungsunterstützung zu ermöglichen.

Im Zentrum steht ein mehrstufiger Modellierungsansatz, der agentenbasierte Simulationen, physikbasierte Modelle sowie Methoden der künstlichen Intelligenz miteinander kombiniert. Durch diese softwaretechnische Integration lassen sich komplexe Prozesse realitätsnah abbilden und unterschiedliche Perspektiven auf ein System zusammenführen.

Beispielanwendung: Analyse von Infektionsketten

Eine Anwendung für die entwickelte Methodik ist die Simulation von Infektions- und Transmissionsketten, etwa zur Analyse der Ausbreitung von Atemwegserkrankungen. Darüber hinaus ist der Ansatz übertragbar auf weitere Fragestellungen der zivilen Sicherheit, beispielsweise in den Bereichen Mobilität, Energieversorgung oder andere kritische Infrastrukturen, in denen komplexe Interaktionen und Ausbreitungsprozesse eine Rolle spielen.

Starkes Netzwerk aus Forschung, Datenbereitstellung und Anwendung

Projektleiter Dr. Martin J. Kühn aus dem DLR-Institut für Softwaretechnologie ist stolz auf das interdisziplinäre Netzwerk, welches im Projekt zusammenkommt: „Mit diesen breit aufgestellten Akteuren sichern wir aussagekräftige Resultate im Projekt TwinChain. So bringt die Universität Münster ihre Expertise in der epidemiologischen Modellierung ein und entwickelt mikroskopische agentenbasierte Modelle zur Beschreibung individueller Infektionsverläufe. Die Hochschule München ergänzt das Projekt wiederum durch ihre Kompetenzen in der Informatik, insbesondere im Bereich agentenbasierter Modellierung und Softwarearchitekturen. Die TU Berlin liefert Simulationen aus der numerischen Strömungsmechanik sowie darauf aufbauende KI-Surrogatmodelle, die die Ausbreitung von Aerosolen und Umweltfaktoren berücksichtigen.

„Was die Aussagekraft unserer Projektresultate zudem besonders festigt, sind die realen, umfangreiche Datensätze aus dem Gesundheitswesen, die uns zur Verfügung gestellt werden“, freut sich Martin J. Kühn. Die Datensätze werden bereitgestellt von Europas größtem Universitätsklinikum, der Charité Universitätsmedizin Berlin, sowie eines von Deutschlands größten Gesundheitsämtern, dem Gesundheitsamt der Stadt Köln.

Ausblick

TwinChain wird die Nutzung digitaler Zwillinge zur Analyse komplexer Ausbreitungs- und Wirkungsprozesse vorantreiben. Die entwickelten Methoden sollen Entscheidungsträger in sicherheitsrelevanten Bereichen langfristig bei der Planung und Bewertung von Maßnahmen unterstützen.