Corona-Forschung mit mathematischen Methoden

Ausgetüftelte Algorithmen und komplizierte Simulationen: Mathematikerinnen und Mathematiker erforschen die Struktur des Virus, seine Ausbreitung und neue Ansätze zur ärztlichen Logistik sowie zur Lebensmittel- und Energieversorgung.

Mit Mathematik gegen das Coronavirus.
Mit Mathematik gegen das Coronavirus. © pixabay

Die Corona-Krise erfordert weit mehr als ausschließlich medizinische Antworten. Das BMBF hat deshalb die Initiative auch in anderen Forschungsbereichen ergriffen, Forschungsvorhaben mit Bezug zur aktuellen Pandemie zu fördern, um die vielfältigen Herausforderungen zu begegnen.

Zusätzliche Mittel stellt es nun für Wissenschaftlerteams zur Verfügung, die mit mathematischen Methoden Lösungen für die komplexen Zusammenhänge der Corona-Pandemie suchen: von der Datenanalyse bei der Untersuchung des Virus bis hin zu logistischen Konzepten, zum Beispiel zur Lebensmittelversorgung in Zeiten einer Pandemie. Die geförderten Forschungsgruppen forschen bereits erfolgreich an themenverwandten Fragen und wenden ihre Expertise mit der zusätzlichen Förderung nun auf zentrale Themen der Krise an.

So komplex die Zusammenhänge der Corona-Pandemie sind, so vielseitig sind auch die Forschungsthemen dieser Förderung. Sie reichen von technischen Weiterentwicklungen spezieller Mikroskope bis hin zu logistischen Konzepten, um die Lebensmittelversorgung der Gesellschaft in einem solchen Krisenfall abzusichern:

  • Im Projekt „SPAplus“ entwickelt ein Team der Universität Oldenburg spezielle Software und IT-Methoden für Elektronenmikroskope. Damit wollen sie das Virus selbst verstehen. Mit modernen Algorithmen und Maschinellem Lernen gelingt es ihnen, präzise Messdaten und damit hochauflösende Bilder des Virus zu erhalten.
  • In einem weiteren Projekt namens „KONSENS“ berechnen Forschende der Technischen Universitäten Chemnitz und Ilmenau gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme die Virusausbreitung. Mit Computersimulationen, die speziell auf die Gegebenheiten innerhalb Deutschlands zugeschnitten sind, wollen sie Vorhersagen über das Infektionsgeschehen ableiten.
  • Der Forschungsverbund „HealthFaCT-Cor“ der Universität Erlangen-Nürnberg, der RWTH Aachen, der TU Kaiserslautern und des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik widmet sich der ärztlichen Versorgung im ländlichen Raum: Sie wollen Standorte von Notärzten und Apotheken-Notdiensten optimieren, Verspätungen und Wartezeiten minimieren und Softwarelösungen entwickeln.
  • In Situationen wie der jetzigen ist insbesondere die Energieversorgung von großer Bedeutung. Hieran arbeitet das Forschungsteam des Projekts „ENets“ der Universität Mannheim. Es untersucht mithilfe von Modellen, wie sich Energienetze zukünftig optimal und sicher steuern lassen.
  • Nicht zuletzt sind in Zeiten einer Pandemie die Versorgungsstrukturen von Gütern und Lebensmitteln systemrelevant. Im Projekt „LEOPLAN“ entwickeln und berechnen Forschende der TU Braunschweig und Universität Bonn robuste und clevere Lösungen für eine krisensichere Lebensmittelversorgung.

Das Bundesforschungsministerium unterstützt die Projekte im Rahmen des Förderschwerpunkts „Mathematik für Innovationen“. Mit dem Programm fördert es Beiträge aus der mathematischen Modellierung, Simulation und Optimierung, die in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. Es verfolgt das Ziel, mathematische Forschung mit der Anwendung zu vernetzen und Zukunftsaufgaben anzugehen.

Die Ergebnisse der beschriebenen Projekte sind zur direkten Bekämpfung des Virus, seiner Ausbreitung sowie zum Erhalt der systemkritischen Infrastruktur von hoher Relevanz. Gleichzeitig sind sie universell einsetzbar: für eine Vielzahl an gesellschaftlichen Herausforderungen, seien es medizinische oder beispielsweise Umweltkatastrophen.

Kurz und knapp

• Mathematische Modelle und Simulationen können helfen, das Ausbreitungsgeschehen in einer Epidemie zu verstehen, Daten von Virusuntersuchungen besser auszuwerten und Lösungen für die medizinische Versorgung auf dem Land, Sicherstellung der Energieversorgung und die Lebensmittellogistik zu bieten.
• Im Rahmen der Fördermaßnahme „Mathematik für Innovationen“ gibt es kompetente Forschungsgruppen, die ihre wissenschaftlichen Projekte auf die Herausforderungen der Corona-Krise adaptiert haben.
• Hierfür entsteht ein Mehraufwand in den Projekten, den das BMBF durch entsprechende Auf-stockungen kompensiert.
• Insgesamt werden hierfür im kommenden halben Jahr 420.000 Euro in 11 Forschungseinrichtungen investiert.