BAM und Universität Oxford entwickeln Simulationssoftware für Materialentwicklung
Die Software „autoplex“ automatisiert die Modellierung von Hochleistungsmaterialien und ermöglicht neue Einblicke in amorphe Werkstoffe
Forschende der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben gemeinsam mit der Universität Oxford die Open-Source-Softwareplattform „autoplex“ entwickelt. Sie nutzt Simulationsdaten, um die computergestützte Entwicklung neuer Materialien zu vereinfachen und zu beschleunigen. Dazu werden mit Methoden des maschinellen Lernens Modelle trainiert, die das Verhalten von Materialien realitätsnah vorhersagen und simulieren können. Die Software wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications vorgestellt.
Materialforschung nutzt immer häufiger digitale Methoden, um neue Werkstoffe etwa für leistungsfähigere Speicherchips, innovative Batteriematerialien oder nachhaltige Baustoffe zu entwickeln. Aufwändige Laborexperimente werden dadurch verzichtbar.
Diese Simulationsmodelle erfordern jedoch hochwertige Trainingsdaten – Informationen darüber, wie sich Atome in bestimmten Situationen verhalten. Forschende müssen dabei bislang viele Schritte manuell durchführen: Von der Auswahl und Erzeugung der Trainingsdaten über weitere Berechnungen bis zur Überprüfung der Ergebnisse und der Anpassung der Modelle. Das kostet Zeit, Ressourcen und verlangt viel Fachwissen.
Die neue Software autoplex automatisiert den gesamten Prozess: Sie generiert selbstständig neue Materialstrukturen, führt quantenmechanische Berechnungen durch und erstellt daraus ein lernfähiges Modell – in einem wiederholbaren und skalierbaren Workflow. Autoplex ist zudem flexibel einsetzbar: Es funktioniert für Festkörper wie Kristalle oder Gläser, die in vielen Hochleistungsanwendungen zum Einsatz kommen. Auch weniger erfahrene Nutzende können damit hochwertige Simulationsmodelle erzeugen.
„Mit autoplex konnten wir bereits komplexe Materialsysteme wie Siliziumdioxid oder Speichermaterialien für Anwendungen in der Mikroelektronik effizient und reproduzierbar modellieren – und das mit deutlich reduziertem manuellem Aufwand“, erklärt Janine George, Leiterin des BAM-Fachbereichs Digitale Materialchemie, die die Software gemeinsam mit ihrem Team sowie der Forschungsgruppe von Volker Deringer an der Universität Oxford entwickelt hat. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass autoplex nicht nur die Entwicklung robuster Simulationsmodelle beschleunigt, sondern auch neue Wege für die Erforschung bislang wenig verstandener Materialien wie amorpher Hochleistungsgläser eröffnet.“
Die Software ist als Open-Source-Projekt konzipiert und frei zugänglich auf Plattformen wie GitHub oder Zenodo.
- Autoplex bei GitHub
- Nachwuchsgruppe „Computergestütztes Materialdesign“
- Publikation „An automated framework for exploring and learning potential-energy surfaces“
Kontakt
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Prof. Dr. rer. nat. Janine George
Leiterin Digitale Materialchemie
+49 30 8104-3318
janine.george(at)bam.de
BAM-Pressemitteilung vom 21.08.2025