Towards a digital human (DiHu):
Providing new possibilities to improve the understanding of the neuromuscular system by switching from small-sized cluster model problems to realistic simulations on HPC clusters
Beschreibung
Ein realistisches digitales Menschmodell bringt in vielerlei Hinsicht einen enormen Vorteil mit sich, insbesondere würde es mit Sicherheit einen Quantensprung in der personalisierten Gesundheitsvorsorge darstellen. Diese Vision wird von vielen Wissenschaftlern weltweit geteilt, darunter der Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech) an der Universität Stuttgart durch die zukunftsträchtige Vision des „Overall Human Model“. Mit diesem Projekt möchten wir durch die Entwicklung von realistischen Modellen des neuromuskulären Systems zu dieser Vision beitragen. Dies stellt nicht nur große Herausforderungen an die Modellierung und die Berechnung, sondern auch an die Visualisierung der Simulationsergebnisse.
Wir setzen Hochleistungsrechnen (HPC) ein, um existierende Modellierungs- und Berechnungsmodelle, die derzeit nur auf kleinen Rechenclustern laufen, so zu erweitern, dass realistische, biophysikalische Muskelsimulationen der Skelettmuskelmechanik möglich werden. Das Ziel ist es dabei, ein dreidimensionales, kontinuumsmechanisches Skelettmuskelmodell aufzubauen, das eine realistische Anzahl an Muskelfasern (ca. 1.000.000) beinhaltet und das durch ein Modell des zentralen Nervensystems angesteuert wird. Um dies zu erreichen, vereint dieses Projekt Modellverbesserungen, HPC auf großen, heterogenen Hardwarearchitekturen, effiziente numerische Techniken, dynamische Lastverteilung und fortschrittliche Visualisierungstechniken. Im Sinne der übergeordneten, großen Vision stellt dieses Modell die Basis für zahlreiche physiologische Untersuchungen dar. Über dieses Projekt hinaus könnten Simulationen des muskuloskelettalen Systems, die mehrere synergistische und antagonistische Muskeln berücksichtigen, betrachtet werden, um interne Lastverteilung aufzuzeigen.
Leiter
Mitarbeiter
- Benjamin Maier, Institut für Parallele und Verteilte Systeme
- Dr. Nehzat Emamy, Institut für Parallele und Verteilte Systeme
- Thomas Klotz, Institute of Applied Mechanics
- Lorenzo Zanon, Institute of Applied Mechanics
- Aaron Krämer, Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation
- Tobias Rau, VISUS
- Dr. Michael Krone, VISUS
Das Projekt ist ein gemeinsames Forschungsvorhaben von 4 SimTech-Forschungsgruppen.
Finanzierung
Die Forschung erfolgt im Rahmen des Forschungsprogramms High Performance Computing II der BW Stiftung. Die Laufzeit beträgt 3 Jahre, der Projektbeginn war im November 2016.Kontakt
Prof. Oliver Röhrle, PhDContinuum Biomechanics and Mechanobiology, Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 5a, D-70569 Stuttgart, Germany
Tel.: 0711/685-66284
Email: roehrle@simtech.uni-stuttgart.de
DiHu
Towards a digital human: Providing new possibilities to improve the understanding of the neuromuscular system by switching from small-sized cluster model problems to realistic simulations on HPC clustersKontakt
Oliver Röhrleroehrle@simtech.uni-stuttgart.de