Die Universität Stuttgart hat Timo Koch zum Juniorprofessor für Hydromechanik am Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung (LH²) der Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwesen berufen. Mit seiner Forschung zu porösen Medien, multiskaliger Modellierung und offener wissenschaftlicher Software knüpft Timo Koch an das Vermächtnis von Rainer Helmig an, der die hydromechanische Forschung in Stuttgart mehr als zwei Jahrzehnte lang geprägt hat.
„Rainer Helmig hat ein inspirierendes wissenschaftliches Umfeld geschaffen, in dem Neugier, Interdisziplinarität und Zusammenarbeit an erster Stelle stehen“, sagt Timo Koch, „und ich freue mich darauf, mit meinem eigenen Forschungsschwerpunkt zu dieser Tradition beizutragen.“
Strömung und Transport über verschiedene Maßstäbe hinweg erforschen
Timo Kochs Forschung untersucht die Dynamik von Strömung und Transport in komplexen porösen Systemen – von der Bewegung des Wassers im Boden bis zum Austausch von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen im Gehirn. Sein Ziel ist es, gekoppelte hydromechanische Prozesse, die über mehrere räumliche und zeitliche Skalen hinweg ablaufen, besser zu verstehen und zu simulieren. Um dies zu erreichen, entwickelt Timo Koch gemischtdimensionale mathematische Modelle, die Prozesse in Netzwerken (wie Gefäß- oder Wurzelsystemen) mit dem umgebenden porösen Medium verknüpfen. Diese Modelle liefern neue Erkenntnisse über Prozesse, die experimentell nur schwer oder gar nicht messbar sind.
„Poröse Medien sind überall zu finden – in Gesteinen, Böden, Pflanzen und sogar in unseren eigenen Organen“, erklärt Timo Koch. „Sie verbinden ökologische und biologische Systeme miteinander. Durch ihre computergestützte Modellierung können wir verstehen und vorhersagen, wie sich Strömung und Transport über sehr unterschiedliche Skalen hinweg verhalten.“
Seine Forschung findet direkte Anwendung in der Umwelttechnik, beispielsweise bei der Simulation der Bewegung von Wasser und gelösten Stoffen im Boden, sowie in biomedizinischen Kontexten, wie der Modellierung des Blut- und Liquorflusses im Gehirn oder des Sauerstoffaustauschs im Gewebe. Das verbindende Thema seiner Arbeit ist die Beschreibung, wie Schnittstellen zwischen Flüssigkeiten und Strukturen das Verhalten natürlicher und biologischer Systeme steuern.
Eine Karriere an der Schnittstelle von Ingenieurwissenschaft, Mathematik und Biophysik
Timo Koch studierte Umweltschutztechnik an der Universität Stuttgart, einschließlich eines ERASMUS-Semesters an der Technischen Universität Istanbul/TÜRKEI, und schloss seine Promotion zum Dr.-Ing. 2020 in Stuttgart mit Auszeichnung (summa cum laude) ab. Seine Doktorarbeit unter der Betreuung von Bernd Flemisch und Rainer Helmig befasste sich mit gemischtdimensionalen Modellen für Strömungs- und Transportprozesse in porösen Medien mit eingebetteten röhrenförmigen Netzwerksystemen – ein Thema, das heute eine wichtige Richtung in der multiskaligen Porenmedienforschung darstellt.
Nach einer kurzen Zeit als Postdoktorand im Sonderforschungsbereich 1313 in Stuttgart arbeitete Timo Koch als Marie Skłodowska-Curie (Scientia II) Fellow an der Universität Oslo/NORWEGEN, wo er ein Projekt zu fortschrittlichen In-silico-Transportmodellen für vaskularisierte Gewebe leitete, mit besonderem Schwerpunkt auf der Hydromechanik des Gehirns. Außerdem war er Lehrbeauftragter für Angewandtes Maschinelles Lernen an der Norwegischen Universität für Lebenswissenschaften. Bevor er nach Stuttgart zurückkehrte, trat er als Projektforscher dem Simula Research Laboratory im von Kent-André Mardal geleiteten ERC-Projekt aCleanBrain bei, wo er mit Expertinnen und Expterten aus den Bereichen numerische Mathematik, Neurowissenschaften und Biologie zusammenarbeitete.
Open-Source-Software und wissenschaftliche Zusammenarbeit
Neben seiner wissenschaftlichen Arbeit ist Timo Koch ein der Hauptentwickler der Open-Source-Simulationsframeworks DuMuX and DUNE, zwei weit verbreiteten Plattformen für multiphysikalische und multiskalige Simulationen in der porösen Medienforschung. Sein Engagement für offene Wissenschaft spiegelt seine Überzeugung wider, dass bessere Software zu besserer Forschung führt und dass Software ein eigenständiges wissenschaftliches Produkt sein kann – eines, das zuverlässig, transparent und für die gesamte Gemeinschaft zugänglich sein muss.
„Die Entwicklung offener und reproduzierbarer wissenschaftlicher Software ist ein zentraler Bestandteil meiner Forschung“, sagt Koch. „Software ist nicht nur ein technisches Werkzeug – sie ist ein Mittel, um sicherzustellen, dass Wissenschaft kollaborativ, überprüfbar und nachhaltig ist.“
Timo Koch hat zahlreiche internationale Workshops und Minisymposien auf großen Konferenzen wie InterPore, SIAM Geosciences und ECCOMAS mitorganisiert und so dazu beigetragen, Forscherinnen und Forscher aus den Bereichen Umwelt, Mathematik und Biomedizin miteinander zu vernetzen. Er ist Mitglied von InterPore, der International Society for Porous Media, und pflegt zahlreiche Kooperationen, unter anderem mit Partnern an der Universität Bern/SCHWEIZ, der ETH Zürich/SCHWEIZ, der Universität Oslo/NORWEGEN, dem Simula Research Laboratory und dem Forschungszentrum Jülich.
SimTech und SFB 1313 gestärkt
Mit seiner Ernennung wird Timo Koch maßgeblich in den Exzellenzcluster „Daten-integrierte Simulationswissenschaft (SimTech)“ und den Sonderforschungsbereich „Schnittstellengesteuerte Multifeldprozesse in porösen Medien – Strömung, Transport und Verformung“ (SFB1313) eingebunden. Seine Forschung wird die numerischen und konzeptionellen Grundlagen für die multiphysikalische und multiskalige Simulationswissenschaft weiter vorantreiben und die Verbindung zwischen den datenintegrierten Modellierungsansätzen von SimTech und dem Schwerpunkt des SFB 1313 auf grenzflächengetriebenen Prozessen stärken.
„Timo Koch bringt außergewöhnliche Fachkenntnisse in numerischer Modellierung und interdisziplinärer Simulationswissenschaft mit“, sagt Holger Steeb, Direktor des SC SimTech. „Seine Arbeit ergänzt perfekt die Vision sowohl des SC SimTech als auch des SFB 1313 – komplexe Prozesse in porösen Medien über verschiedene Maßstäbe hinweg zu verstehen, zu modellieren und zu simulieren.“
| Kontakt | Jun.-Prof. Dr.-Ing. Timo Koch, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS), Pfaffenwaldring 61, 70569 Stuttgart, timo.koch@iws.uni-stuttgart.de |
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