MIT gründet neues Forschungszentrum, um Simulationen von extremen Umgebungen voranzutreiben

Die National Nuclear Security Administration (DOE/NNSA) des US-Energieministeriums hat das renommierte Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit der Leitung einer bahnbrechenden Forschungsinitiative betraut. Dieses neue Projekt, bekannt als die Zentrum für die Exascale-Simulation gekoppelter Fluid-Festkörper-Wechselwirkungen mit hoher Thermodynamik (CHEFSI), wird ein integraler Bestandteil der vierten Phase des Akademisches Allianzprogramm für Vorhersageforschung (PSAAP-IV).

Grenzen der Informatik verschieben und multidisziplinäre Zusammenarbeit fördern

CHEFSI hat sich zum Ziel gesetzt, die Möglichkeiten der Computerwissenschaft zu revolutionieren, indem es die Leistung von Exascale-Supercomputern zusammen mit modernsten Algorithmen nutzt, um zu simulieren, wie sich Materialien verhalten, wenn sie schweren Bedingungen ausgesetzt sind - man denke nur an Hyperschallflug und Wiedereintritt in die Atmosphäre. Ein tieferes Verständnis solcher Wechselwirkungen zwischen Hochtemperaturgasen und festen Materialien ist von entscheidender Bedeutung für so wichtige Bereiche wie Landesverteidigung, Weltraumforschung und Wärmeschutzsysteme.

Darüber hinaus verkörpert diese Initiative eine monumentale Anstrengung der Zusammenarbeit zwischen einer Reihe von MIT-Einrichtungen, einschließlich der Zentrum für Computational Science and Engineering, die Schwarzman College für Informatik, und die Institut für Soldatennanotechnologien (ISN). Mit einer Mischung aus Fachwissen aus der Computerwissenschaft, dem Ingenieurwesen und der Materialforschung ist CHEFSI gut aufgestellt, um sich zu einem nationalen Eckpfeiler für die prädiktive Modellierung extremer physikalischer Umgebungen zu entwickeln.

Hauptziele & Vorwärtsdynamik

Die Prioritäten von CHEFSI gehen über die Förderung der Wissenschaft hinaus. Der Vizepräsident für Forschung des MIT, Ian A. Waitz, erklärte, dass das Zentrum die bedeutenden Stärken des MIT in den Bereichen prädiktive Modellierung, Hochleistungsrechnen und MINT-Ausbildung nutzen wird, um die Position der Vereinigten Staaten an der internationalen Spitze der wissenschaftlichen und technischen Innovation zu stärken. Außerdem passt es perfekt zum Auftrag des MIT, Forschung voranzutreiben, die einen wichtigen Beitrag zum gesellschaftlichen Wohl leistet, mit besonderem Schwerpunkt auf nationaler Sicherheit und Spitzentechnologie.

An der Forschungsfront plant CHEFSI, Simulationen von Gasströmungen mit hoher Enthalpie mit Modellen zu verbinden, die das chemische, thermische und mechanische Verhalten fester Materialien analysieren - dieser einheitliche Ansatz zielt darauf ab, komplexe Verhaltensweisen wie Ablation, Oxidation, Nitridierung und Materialbruch zu erfassen. Diese Erkenntnisse können als Gegenmittel zu den Beschränkungen herkömmlicher Flugtests dienen und ein verfeinertes Verständnis dafür vermitteln, wie verschiedene Materialien unter extremer Belastung funktionieren und versagen.

Zum Führungsteam dieses ehrgeizigen Projekts gehören Raúl Radovitzky, Jerome C. Hunsaker Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und stellvertretender Direktor des ISN, Youssef Marzouk, Co-Direktor des Center for Computational Science and Engineering und stellvertretender Dekan des Schwarzman College of Computing, sowie Nicolas Hadjiconstantinou, Co-Direktor des CCSE und Professor für Maschinenbau. All diese brillanten Köpfe werden mit einem multidisziplinären Team von Fakultätsmitgliedern aus Fachbereichen wie Luft- und Raumfahrt, Elektrotechnik und Informatik, Materialwissenschaft und Ingenieurwesen, Mathematik und Maschinenbau zusammenarbeiten.

Über die Forschung hinaus plant CHEFSI, die nächste Generation auszubilden, indem es Doktoranden und Post-Docs die Möglichkeit bietet, in die Forschung einzutauchen. Dies wird durch die Zusammenarbeit mit nationalen Laboratorien wie Lawrence Livermore, Los Alamos und Sandia erleichtert, wodurch Studenten die Möglichkeit erhalten, an bahnbrechenden Forschungsarbeiten teilzunehmen und gleichzeitig einen Beitrag zu nationalen Sicherheitszielen zu leisten.

Investitionen und Zukunftsperspektiven

Als eines von fünf neuen Zentren für prädiktive Simulation, die von der NNSA ausgewählt wurden, wird CHEFSI in den kommenden Jahren voraussichtlich eine großzügige Investition erhalten - bis zu $17,5 Millionen über fünf Jahre. Das Ziel? Das Ziel ist die Erstellung und Validierung realitätsgetreuer Berechnungsmodelle unter Verwendung einer Mischung aus experimentellen Daten, KI-gesteuerten Surrogat-Modellierungstechniken und ja, realitätsgetreuen physikalischen Modellen zusammen mit KI-basierten Surrogat-Modellen.

“Indem wir diese zusammen mit experimenteller Validierung und tadah - den modernsten Exascale-Rechenwerkzeugen - zusammenführen, wird CHEFSI dazu beitragen, unser Verständnis zu verbessern und vorherzusagen, wie Wärmeschutzsysteme unter einigen der schwierigsten Bedingungen, die in technischen Systemen anzutreffen sind, funktionieren”, sagt Radovitzky überschwänglich. Man kann mit Sicherheit sagen, dass die gewonnenen Erkenntnisse eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung widerstandsfähiger Systeme spielen werden, die sich auf eine Vielzahl von Anwendungen auswirken - von wiederverwendbaren Raumfahrzeugen bis hin zu Hyperschallfahrzeugen.

Um diesen revolutionären Kurs zu verfolgen, lesen Sie die ursprüngliche Ankündigung unter MIT-Nachrichten.