In seiner Promotion setzte Lars Ulke-Winter seinen Algorithmus zusätzlich für gewickelte Druckbehälter um. Foto: TU Chemnitz

Wie Ameisen denken

Plastics in the Future

Die optimale Dimensionierung, der Aufbau und die Herstellung eines endlosfaser­verstärkten, mehrschichtigen Laminats ist komplex. Bisher war dieses Optimum nur durch viele Simulationen in Verbindung mit Experimenten zu ermitteln. Dr. Lars Ulke-Winter von der Professur Strukturleichtbau der TU Chemnitz hat im Rahmen seiner Promotion einen Weg gefunden, dieses schwierige Optimierungsproblem des Laminataufbaus zu lösen.

Sein Vorbild ist die Ameise. „Ich arbeite mit naturanalogen Verfahren. Dazu erschließe ich mir zum Beispiel aus dem Schwarmverhalten der Ameisen einen entsprechenden Algorithmus, mit dem ich das Problem lösen kann“, erklärt Ulke-Winter. „Nehmen wir an, ein Ameisenvolk sucht den bestmöglichen Weg zum Futter. Dabei muss jede einzelne Ameise zwischendurch zehn Entscheidungen treffen: Rechts oder links? Stellt sich ein Weg als besonders kurz, also als bessere Alternative heraus, hinterlässt die Ameise auf diesem stärkere Pheromonspuren als üblich.

Denen folgen die anderen Ameisen entsprechend häufiger. Von diesem Prinzip habe ich nun einen Algorithmus abgeleitet“, erklärt der Forscher. Das Ameisenfutter sei das herzustellende Laminat. Der Weg dahin mit den zehn Entscheidungen sei der Schichtaufbau mit zehn Lagen, so Ulke-Winter weiter. „Für die Simulation nehme ich virtuelle Ameisen, die verschiedene Wege, also verschiedene Schichtstapel, ausprobieren. Dann wird zurückgerechnet, welche Festigkeit diese Stapel haben, und ich ordne entsprechend der Qualität dem Schichtaufbau eine virtuelle Pheromonspur zu. Der folgen weitere Ameisen aus dem Schwarm.“ Nach und nach kristallisiere sich so der optimale Weg, also das optimale Laminat, heraus.

Der Einsatz des naturanalogen Optimierungsverfahrens ist nicht neu. Die Anwendung auf Laminate in dieser Form aber erfolgte erstmals durch den Chemnitzer Forscher Ulke-Winter.

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Aufmacherbild: TU Chemnitz