Transdisziplinäre Modelle und Multiskalensimulation

Kurzbeschreibung des Zukunftsfelds

Transdisziplinäre Modelle und Multiskalensimulationen gehört zu den Zukunftsfeldern neuen Zuschnitts, die im Foresight-Prozess als Schwerpunkte zukünftiger Forschungsanstrengungen erarbeitet wurden. Aus Befragungen von Expertinnen und Experten im In- und Ausland sowie einer Online-Umfrage und bibliometrischen Untersuchungen ergab sich die folgende Definition und Abgrenzung:

Definition und Abgrenzung

Virtuelle Systemuntersuchungen sind mittlerweile in technischen und sozialwissenschaftlichen Forschungsfeldern unerlässlich geworden. Bisher werden Systemuntersuchungen für die Bildung von Hypothesen über komplexe Sachverhalte in physikalischen, chemischen sowie biologischen Zusammenhängen eingesetzt. Damit werden sie für Projekte in der anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungspraxis besser nutzbar. Anwendungsorientierte Projekte bearbeiten komplexe Phänomene trotz begrenzten Wissens über Details funktioneller Zusammenhänge. Um diese Projekte zeitnah und mit vertretbarem Aufwand bearbeiten zu können, müssen Systemuntersuchungen mithilfe von Experimenten durchgeführt werden.

Überall dort, wo Entwicklungen und ihr jeweiliges biotisches, soziales, technologisches und sonstiges Umfeld sich in komplexen Verhältnissen überschneiden können, müssen folglich unterschiedliche Beobachtungen und abstrahierte Modelle zusammengeführt werden. Gleichzeitig muss der Geltungsbereich von Modellen bei der Übertragung von einem in ein anderes Anwendungsfeld ermittelt werden. Die generischen Aspekte und Gemeinsamkeiten sehr unterschiedlicher Modelle herauszuarbeiten, ist dabei eine große Herausforderung.

Die zweite Herausforderung besteht in Zukunft darin, Erkenntnisse zwischen benachbarten oder bisher noch voneinander unabhängigen Disziplinen mittels geeigneter Translationsprozesse auszutauschen. Durch die Kombination neuer Erkenntnisse können innovative Simulationsmethoden ab der Atomebene sowie Algorithmen für bestehende und künftige Problemfelder entwickelt werden. Beispiele für Forschungsfragen und Entwicklungsfelder sind:

• Wie und anhand welcher Modelle sind ökosystemische Zusammenhänge wie z. B. der Klimawandel zu simulieren, um einen Erkenntnisfortschritt über die Zusammenhänge der Systeme zu erreichen? Wie und in welchen Fällen können Simulationen für Prognosen genutzt werden?
• Wie wären Phänomene selbstorganisierter Komplexität, wie z. B. das Verhalten organischer Zellen, ab der Atomebene so zu modellieren und zu simulieren, dass daraus weitere Durchbrüche in der medizinischen Diagnose und Therapie erzielt werden können?

Mehr zum Thema

Bericht

Das vollständige Kapitel aus dem Foresight-Bericht zu diesem Zukunftsfeld können Sie hier herunterladen.

Zusammenfassung der Nutzerbeiträge im Mai/Juni 2010

Von Anfang Mai bis Ende Juni 2010 hatten Nutzer auf einer eigens eingerichteten Onlineplattform die Gelegenheit, ihre Gedanken zu diesem Zukunftsfeld neuen Zuschnitts zu veröffentlichen. Als Anregung wurden u.a. folgende Fragen gestellt:

• Wie bewerten Sie die Definition und Abgrenzung des Zukunftsfelds?
• Welche Aspekte halten Sie für besonders wichtig?
• Welche vorhandenen Ansätze und Anknüpfungspunkte sehen Sie?
• Wie ordnet sich das Zukunftsfeld in die vorhandene Forschungs- und Innovationslandschaft ein?
• Wie schätzen Sie die Perspektiven zur Weiterentwicklung und Umsetzung des Zukunftsfelds ein?
• Welchen Handlungsbedarf sehen Sie?

Hierzu gab es den folgenden Beitrag:

Selbstorganisation

Verfasst von Dr. Jochen Büchel (Freier Wissensmanager LMU München) am Mittwoch, 5 Mai 2010 - 08:45
Molekulare Interaktionen führen durch Selbstorganisationsprozesse zu "komplexen organismischen Verhaltensweisen". Es bedarf einer erweiterten Bestimmung was Selbstorganisation genau ist, um diesen Sprung von Chemie zu quasi-sozialwissenschaftlichen Äußerungen machen zu können. Hier helfen Ansätze aus Literaturwissenschaft und soziologischen Untersuchungen der Synthetischen Biologie. Hier sollte mehr passieren. Dies würde ich gerne moderieren: Wer macht mit?