Ziele

← Go to Aims in English

Seit der Steinzeit hängt unser gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Fortschritt von der Beherrschung von Werkstoffen ab. Heute ist die Materialwissenschaft & Werkstofftechnik (MatWerk) eine eigenständige Disziplin, deren Ziel es ist, Materialien zu charakterisieren und Herstellungsprozesse zu untersuchen, um Werkstoffe mit optimierten Eigenschaften zu entwickeln, sowie ihre Lebensdauer und Wiederverwertbarkeit zu maximieren.

Eine besondere Herausforderung stellen dabei die vielen strukturellen Skalen dar. Diese beinhalten z.B. Kristalldefekte auf der atomaren Skala, Sekundärphasen im μm-Bereich sowie Poren auf der Makroskala. Diese heterogene Mikrostruktur wird durch jedwede Bearbeitung verändert, und bestimmt die mechanischen und funktionellen Eigenschaften von Materialien.

Aufgrund der vielen verschiedenen experimentellen und numerischen Methoden zur Untersuchung dieser Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen verfügt jede Arbeitsgruppe über ihre eigenen Werkzeuge zur Datenverarbeitung. Dies ermöglicht eine schnelle, jedoch weitgehend unkoordinierte Methodenentwicklung, welche die digitale Transformation innerhalb von MatWerk sowie die Umsetzung der FAIR-Prinzipien behindert. Ein an die Bedürfnisse von MatWerk ausgerichteter digitaler Datenraum, wie in NFDI-MatWerk vorhergesehen, muss die verschiedenen hochkomplexen Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Materialdaten abbilden können und, um Synergieeffekte zu entfalten, niedrige technologischen Barrieren für dessen Nutzung aufweisen. Zu diesem Zweck strebt NFDI-MatWerk eine Materialontologie an, welche über eine Graphdatenbank-Infrastruktur ein einfaches Teilen von Daten sowie hochperformante, komplexe Suchanfragen und Auswertungen über verteilte, dezentrale Datenquellen ermöglicht, und eine exzellente Basis für KI der nächsten Generation bildet. Die nahtlose Integration dezentraler Daten und Metadaten, experimenteller und numerischer Workflows und der Materialontologie erlaubt ein Maximum an Interoperabilität und Reproduzierbarkeit der Verarbeitung von Forschungsdaten.

Die Entwicklung dieser Infrastruktur ist ein Community-getriebener Prozess. Dazu wurden Datennutzungssprofile von vielen Participant Projects aus verschiedenen Unterdisziplinen analysiert, um die relevantesten wissenschaftlichen Szenarien innerhalb von MatWerk zu identifizieren. Die daraus resultierenden Infrastructure Use Cases helfen bei der kontinuierlichen Entwicklung und Überprüfung der Infrastruktur. Bereits heute deckt NFDI-MatWerk mehr als 80% der MSE Community ab. Damit ist unser Ziel, nach Beginn des Projekts “alle mit an Bord zu haben”, in greifbarer Nähe. Wie unsere jüngste Umfrage ergab, betrachtet die Community NFDI-MatWerk als eine einzigartige Chance, die zahlreichen Aktivitäten im Bereich des Forschungsdatenmanagements in einer digitalen, MatWerk-spezifischen Wissensumgebung zu bündeln, und damit die wissenschaftliche Produktivität und Zufriedenheit jedes einzelnen Forschers zu steigern.

Die wichtigsten Ziele von NFDI-MatWerk werden durch die Task Areas (TAs) repräsentiert und lauten wie folgt:

  1. Sicherzustellen, dass der bzw. die einzelne Materialwissenschaftler/-in im Mittelpunkt all unserer Bemühungen steht, in dem wir alle Interessengruppen integrieren. Dazu gehört nicht nur der lebendige Austausch von Meinungen, Ideen und Erfahrungen, sondern auch die Einbeziehung aller Stakeholder in die Entscheidungsprozesse. Dies wird u.a. durch die Schaffung von Kooperationsplattformen, einer Vielzahl von interaktiven Workshops und einer jährliche Konferenz realisiert. Die Task Area Community Interaction (TA-CI) konzentriert sich auf diese Ziele sowie auf die Aus- und Weiterbildung der Forschenden, technischen Fachkräften und Studierenden.
  2. Die Bereitstellung einer zuverlässigen digitalen Plattform, welche die digitale Repräsentation von Werkstoffdaten und MatWerk-spezifischen Metadaten ermöglicht: das Digital Materials Environment (DME). Weiterhin werden Diensten zur einfachen Speicherung, gemeinsamen Nutzung, Suche und Analyse von Daten und Metadaten zur Verfügung gestellt, welche die Integrität, Herkunft und Urheberschaft von Daten gewährleisten. Dies wird durch die Task Area Materials Data Infrastructure (TA-MDI) ermöglicht.
  3. Die Entwicklung eines Software-Frameworks um das DME, welche es den Benutzern ermöglicht, wissenschaftliche Workflows zu erstellen und einfach gemeinsam zu nutzen, automatisierte Protokolle für Experimente und Simulationsstudien zu implementieren und damit Arbeitsabläufe mit den zugrunde liegenden Materialdaten zu vereinen. Dies ist die Domäne der Task Area Workflows und Softwareentwicklung (TA-WSD).
  4. Die Bereitstellung und Integration einer vereinheitlichten Materialontologie, einschließlich privater Materialontologien für selbst entwickelte Tools und Workflows; Implementierung eines MSE-Wissensgraphen, durch den Daten, die durch ihre Metadaten charakterisiert sind, auffindbar, zugänglich und wiederverwendbar werden. Diesem Ziel haben wir die Task Area Ontologien für Materialwissenschaften (TA-OMS) gewidmet.
  5. Die Ermöglichung einer gemeinschaftsgetriebenen strategischen Entwicklung hin zu einer digitalen Transformation der Werkstoffwissenschaft: Dies erfordert eine kontinuierliche Analyse des jeweils aktuellen Zustandes aus der angepasste Strategien entwickelt werden, sowie die Gestaltung entsprechende Maßnahmen und die Kontrolle der Wirksamkeit ihrer Implementierung. Dies wird in unserem Task Area Strategieentwicklung (TA-SD) realisiert.