Resiliente Infrastruktur basierend auf kognitiven Bauwerken

Problemstellung

Der Klimawandel ist spürbar. Um die Folgen des Klimawandels langfristig bewältigen zu können, muss die Resilienz von Infrastrukturbauwerken gesteigert werden. Zur Steigerung der Resilienz ist genaue Kenntnis über den aktuellen Zustand der Infrastrukturbauwerke erforderlich, wobei Struktur- und Umweltinformationen sowie zunehmend sozioökonomische Phänomene zu berücksichtigen sind. Moderne Infrastrukturbauwerke können bereits heute ihren Zustand selbst analysieren und sich über intelligente Aktorik aktiv an die Randbedingungen der Umgebung anpassen, sind aber nach wie vor kaum oder gar nicht in der Lage, aus sensorisch erfassten Struktur- und Umweltdaten zu lernen, zu antizipieren oder selbstständig das Internet der Dinge („Internet of Things“, IoT) zur Integration von resilienzbezogenen, sozioökonomischen Phänomenen zu nutzen.

Lösungsansatz

Das Ziel dieses Projekts ist es, das Paradigma der „kognitiven Bauwerke“ auf Resilienz zu übertragen, um eine neuartige wissenschaftliche Grundlage für resiliente Infrastruktur bereitzustellen (Abbildung 1). Kognitive Bauwerke können unterschiedlichste Parameter sensorisch erfassen, aus externen (bzw. benutzerbezogenen) Sachverhalten lernen und sich mit smarten IoT-Geräten vernetzen, um das eigene Verhalten zu optimieren. Kognitive Bauwerke, die neben der Benutzerzufriedenheit üblicherweise die Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO₂-Bilanz fokussieren, haben jedoch bislang nicht die Möglichkeit, die für resiliente Infrastruktur essentiellen Informationen über das Tragverhalten zu integrieren. Das Projekt verfolgt das Ziel, insbesondere resilienzbezogene Strategien des Bauwerksmonitorings (engl. „Structural Health Monitoring“, SHM) und der adaptiven Strukturen (engl. „Structural Control“, SC) in das Paradigma der kognitiven Bauwerke zu integrieren. Hierbei sollen physikalisch basierte Modelle über Konzepte der dynamischen Substrukturierung zunächst für drahtlose SHM/SC-Systeme nutzbar gemacht und dann in das Paradigma der kognitiven Bauwerke integriert werden, da physikalisch basierte Modelle, anders als die üblicherweise verwendeten datenbasierten Modelle, die Informationen bereitstellen können, die für verlässliche, resilienzrelevante Vorhersagen über das Tragverhalten von Infrastrukturbauwerke benötigt werden.

Erwartete Ergebnisse

Das erwartete Ergebnis des Forschungsprojekts ist eine Methodik zur effizienten Einbettung dezentraler, physikalisch basierter Modelle in drahtlose SHM/SC-Systeme, die die Resilienz von Infrastrukturbauwerken verbessert. Es wird außerdem erwartet, dass dieses Projekt dazu beitragen wird, Infrastrukturbauwerke in die Konzepte der „Industrie 4.0“, der „Smart City“ und dem „Internet of Everything“ zu integrieren und einen Beitrag zu resilienter Infrastruktur im Angesicht des Klimawandels zu leisten.