Forschungsteam von Fraunhofer Austria an Großprojekten zu Raumlufthygiene beteiligt

In zwei großangelegten Forschungsprojekten arbeiten Institute international zusammen, um die Ausbreitung von Aerosolen in Innenräumen besser zu verstehen. Ein österreichisches Team liefert die für die Modellierung nötige Künstliche Intelligenz.

Die Erfahrungen mit der Corona-Pandemie haben gezeigt, dass vor allem der Aufenthalt in geschlossenen Räumen ein erhöhtes Infektionsrisiko mit sich bringt. Die Übertragung findet dabei hauptsächlich durch sogenannte Aerosole statt – kleine Tröpfchen, die ausgeatmet werden und sich im Raum verteilen. Wie genau sich diese Aerosole in einem Raum ausbreiten und wie sich verschiedene Sicherheitsmaßnahmen objektiv vergleichen lassen, haben Forscherinnen und Forscher aus 15 Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft über ein Jahr lang im Projekt AVATOR untersucht – mit dabei ein Team der Fraunhofer Austria Research GmbH. Für das nun erfolgreich abgeschlossene Projekt lieferte das österreichische Team einen auf künstlicher Intelligenz (KI) beruhenden Algorithmus, der aufwändige Simulationen drastisch beschleunigt. Im heuer gestarteten Folgeprojekt CineCov wird dieser nun weiterentwickelt und insbesondere für Kinos zur Anwendung gebracht.

Das Projekt AVATOR – kurz für „Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction“ vereint Methoden der Computersimulation unter anderem im Bereich der Strömungsdynamik mit experimentellen Messungen der Raumluft sowie mit Forschung zu Luftreinigungstechnologien. Ziel ist es, für alle Szenarien, in denen Gruppen von Menschen unter einem Dach zusammenkommen, sei es in Supermärkten, in Flugzeugen oder im Kino, Sicherheitskonzepte und Methoden zu erarbeiten. Die verschiedenen Forschungsgruppen der beteiligten Institute stehen dabei in ständigem Austausch.

„Um die Pandemie in den Griff zu bekommen, muss man ihr wissenschaftlich begegnen. Man muss alle verfügbaren Gehirne und Kräfte mobilisieren um gemeinschaftlich zu helfen. Genau das hat die Fraunhofer-Gesellschaft im Projekt AVATOR getan, und ich bin stolz darauf, dass auch mein Team zu dem Projekt beitragen konnte“, sagt Eva Eggeling, Leiterin des Centers für Data Driven Design von Fraunhofer Austria.

Das Team von Fraunhofer Austria brachte Expertise zur 3D Geometrie-Modellierung mit in das Projekt und erstellte das Modell eines prototypischen Supermarktes. Die Kolleginnen und Kollegen von Fraunhofer Singapur erstellten auf dessen Basis zufällig erzeugte Wege von typischen Kunden - sogenannte Trajektorien. Theoretisch müsste nun für jede einzelne dieser Trajektorien eine aufwändige Simulation der Aerosole durchgeführt werden, was allerdings sehr zeitaufwändig wäre. Um die Berechnungen schneller zu machen, entwickelte das Team von Fraunhofer Austria einen Algorithmus auf Basis von Künstlicher Intelligenz. Dieser teilt die Trajektorien in Gruppen von sehr ähnlichen Wegen ein und erstellt für jede dieser Gruppen eine „typische“, repräsentative Trajektorie. Nur für diese müssen die Berechnungen durchgeführt werden.

„Die in AVATOR durchgeführten Simulationen der Tröpfchen-Ausbreitung sind hochkomplex und benötigen eine große Menge an Rechenzeit auch auf äußerst leistungsfähigen Computern. Dies wäre für AnwenderInnen mit großem Zeitaufwand und hohen Kosten verbunden und auf lange Sicht nicht praxistauglich. Die von Fraunhofer Austria entwickelten Algorithmen sorgen dafür, dass sich die benötigte Rechenzeit dramatisch verkürzt. So wird der Einsatz der in AVATOR entwickelten Simulationsrechnungen schneller, günstiger und praxistauglicher, sodass Anwenderinnen und Anwender in Zukunft in der Lage sein werden, die Berechnungen schnell für viele Szenarien durchzuspielen“, erklärt Eva Eggeling.

Das Projekt AVATOR wurde mit Ende 2021 abgeschlossen, die in Österreich entwickelte Technologie kommt jedoch bereits beim nächsten Projekt zum Einsatz: sechs internationale Kooperationspartner arbeiten im Projekt CineCov daran, die Ausbreitung von Corona-Viren über Aerosole in Kinos zu minimieren. Fraunhofer Austria betrachtet dabei vor allem den Eingangsbereich, in dem sich zum Beispiel an der Kinokasse Gruppen von Personen nahekommen. Durch die Simulationen der Forscherinnen und Forscher sollen sich verschiedene Maßnahmen wie zum Beispiel Einbahnregelungen oder gestaffelte Einlasszeiten objektiv vergleichen lassen.

Konsortialpartner im Projekt AVATOR sind:

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM
Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Fraunhofer Singapore
Fraunhofer Austria
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Konsortialpartner im Projekt CineCov sind:

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Institut für Arbeitsmedizin, Sicherheitstechnik und Ergonomie e.V. (ASER)
Universität der Bundeswehr München, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik
Fraunhofer Singapore
Fraunhofer Austria
Spitzenorganisation der Filmwirtschaft e. V. (SPIO)

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