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Research project (§ 26 & § 27)
Duration : 2022-07-01 - 2029-06-30

In recent years, molecular informatics has transformed from a niche discipline into a driving force of the research and development of functional small molecules such as drugs and agrochemicals. Advanced algorithms as well as powerful computer hardware are now opening unprecedented opportunities for the targeted design of safe and efficacious small molecules. However, the full potential of computational methods in the biosciences is by far not exploited yet. One of the main reasons for this situation is the fact that the most powerful technologies in molecular informatics, machine learning and simulations in particular, depend on the availability of substantial amounts of high-quality data for development and validation. Despite recently launched initiatives to boost collaborative research and learning, the vast majority of high-quality chemical, biological and structural data remain behind corporate firewalls, inaccessible for research by experts in academia. This initiative for the Christian Doppler Laboratory for Molecular Informatics in the Biosciences seeks to push the frontiers of machine learning and molecular dynamics simulations technologies for the prediction of small-molecule bioactivity by supporting three expert academic research groups of the University of Vienna and the University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU) with big data on the chemical and biological properties of small molecules, and with significant capacities for experimental testing and method validation. The unique synergy that will be generated by this consortium stems from two important factors: First, the two industry partners of this consortium have strong interest in cheminformatics but their business areas are non-competing. Second, and from a scientific point highly important, these industry partners focus on distinct chemical spaces, opening a unique opportunity for academics to boost the capacity and applicability of in silico methods with uniquely diverse, high-quality data.
Research project (§ 26 & § 27)
Duration : 2024-05-01 - 2031-04-30

Eine der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit stellt die sogenannte Grüne Wende dar, die in eine klimaneutrale Zukunft führen soll. Hierbei kann die nachhaltige und ressourceneffiziente Nutzung von Werkstoffen einen wesentlichen Beitrag leisten und zu einer der Grundvoraussetzungen auf dem Weg in Richtung einer modernen und wettbewerbsfähigen Wirtschaft werden. In der einschlägigen Literatur wird als die häufigste Ursache für das Versagen von technischen Bauteilen Materialermüdung genannt. Für die Werkstoffauswahl und Bauteilauslegung bedeutet dies, dass bei umfangreicher Kenntnis der Ermüdungseigenschaften, energieeffiziente und langlebige Lösungen – im Idealfall Leichtbaukonstruktionen mit sehr langen Lebensdauern – konzipiert werden können. Defekte in Bauteilen können niemals vollständig vermieden werden und sowohl inhärent (wie z.B. Poren, Lunker, nichtmetallische Einschlüsse oder Materialinhomogenitäten) als auch fertigungs- oder anwendungsbedingt (Kratzer, Oberflächenrauheit, Korrosionslöcher, etc.) sein. Der Ansatz der Defekttoleranz basiert auf der Annahme, dass sich diese Defekte ähnlich wie Risse verhalten. Will man Bauteile für eine maximale Betriebsdauer auszulegen, so muss nach diesem Konzept das Wachstum von Rissen verhindert werden. Mittels bruchmechanischer Konzepte können kritische Spannungen, die bei Vorhandensein von Defekten bekannter Form und Größe zum Versagen führen, ermittelt werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich der vorherrschende Versagensmechanismus mit fortschreitender Beanspruchungsdauer ändern kann. So können Ermüdungsrisse bei sehr hohen Belastungszyklen anstatt an der Oberfläche eines Werkstoffes im Innern einleiten. Des Weiteren können Umgebungseinflüsse (Korrosionsermüdung) eine relevante Rolle spielen. Im Rahmen des CD-Labors sollen die Ermüdungseigenschaften von Stählen bei hohen und sehr hohen Belastungszyklen systematisch untersucht werden. Ziel ist die Identifikation der zugrundeliegenden Bruchmechanismen und der für eine sichere Vorhersage der zyklischen Belastbarkeit relevanten Parameter. Dabei ermöglicht die Anwendung innovativer Prüfmethoden, wie der am Institut für Physik und Materialwissenschaft der Universität für Bodenkultur Wien entwickelten Hochpräzisions-Ultraschallermüdungsanlagen, zeitnah und energieeffizient Werkstoffdaten in statistisch aussagekräftigem Umfang zu ermitteln. Auf Basis bruchmechanischer Konzepte wird in Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Daten ein Vorhersagemodell zur Berechnung der Dauerfestigkeit erstellt. Zusätzlich soll unter Anwendung von künstlicher Intelligenz (Machine Learning) die Optimierung der zyklischen Festigkeit ermöglicht werden. Die Ergebnisse sollen dem Unternehmenspartner zugutekommen, um wettbewerbsfähige, ressourcen- und kosteneffiziente Stahlbandsysteme zu entwickeln. Darüber hinaus soll die Expertise des Laborleiters und seines Teams an der BOKU bezüglich Defekttoleranz und Ermüdung im Bereich sehr hoher Belastungszyklen ausgebaut werden.
Research project (§ 26 & § 27)
Duration : 2023-11-01 - 2025-10-31

We have reached a point where we have to use recycled wood, which is mostly contaminated, to a greater extent because there is a shortage of raw wood in the EU. At the same time, in pulp mills, we produce large amounts of lignin, however, use it mainly for energy purposes. LignoMBB is bringing technology for the production of mycelium-based biocomposites (MBB), during which recycled wood is decontaminated. Secondly, LignoMBB is using lignin, which is currently mainly used for energy and is understood as a by- or waste product, in order to achieve better mycelial growth on the developed substrate. I am the first to suggest enriching the substrate for the production of MBB with lignin, expecting that the addition of lignin will result in better mechanical properties of the MBB. LignoMBB develops materials only from recycled wood and lignin, i.e. it does not use agricultural residues, as is currently common practice, and does not endanger food security. At the same time, it finds application for large volumes of old contaminated wood, which is currently entering circulation. My first objective is to develop a technology for the material use of lignin and a substitution technology of agricultural residues in MBBs with lignin and recycled wood. Then, I will answer the questions: To which extent additional lignin in MBB is consumed by fungi? What are the limits of substrate enrichment by lignin? In accordance with the second objective, I will develop a novel MBB to be used in structural applications. At different stages of the MBB cycle, I will measure the VOC emissions because I am hypothesizing that the production process of MBB can act as bioremediation and decreases VOC emissions from materials. LignoMBB will be implemented at BOKU in Bio-Resources & Technologies Tulln group, where the emphasis is placed on cradle-to-cradle design and brings to this group methods of recycled wood decontamination and production of fully degradable MBB.

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