Am Lehrstuhl für Computergestützte Analyse Technischer Systeme (CATS) an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) setzen Prof. Marek Behr und sein Team auf die Rechenkraft von 22 Xserve G5 Cluster Nodes, um die Form und Funktion von Blutpumpen zu optimieren. Die dabei erzielten Forschungsergebnisse fließen direkt in die Gestaltung neuer Pumpen ein, die zur Entlastung kranker Herzen in den Brustkorb des Patienten eingesetzt werden, um die Wartezeit auf ein Spenderherz zu überbrücken oder gar eine Heilung des Herzens zu ermöglichen.

Im Dezember 2004 wurde an der RWTH das Center for Computational Engineering Science (CCES) gegründet, dem auch Prof. Behr und sein Team angehören. Das Center trägt der Tatsache Rechnung, dass zur Lösung der großen naturwissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen immer stärker auf die Verwendung von Computern gesetzt wird. Um die exponentiell steigende Rechenleistung jedoch in die richtigen Bahnen zu lenken, ist außer einem Verständnis der eigentlich zu bearbeitenden Fragestellungen auch das Wissen notwendig, wie man diese mathematisch so darstellt, dass ein Computersystem passende Antworten darauf ermitteln kann.

Außer dem Spezialwissen in einer naturwissenschaftlichen Disziplin sind folglich tiefgreifende Kenntnisse der Mathematik und Informatik unabdingbar, um wichtige Probleme z.B. in der Medizin oder der Luft- und Raumfahrt mit Hilfe von Computern lösen zu können.

Das CCES begegnet dieser Anforderung, indem es den neuen Studiengang Computational Engineering Science fördert, der die zur Lösung anspruchsvoller technischer Herausforderungen nötige Brücke zwischen den Ingenieurswissenschaften, der Mathematik und der Informatik schlägt.

Eine dieser großen Herausforderungen unserer Zeit, der sich Prof. Behr verschrieben hat, ist die Entwicklung von Blutpumpen, die bei der Behandlung von immer häufiger auftretenden Herzkrankheiten zum Einsatz kommen.

Herzkrankheiten sind heute weltweit die häufigste Todesursache, wobei allein in den USA 50.000 Menschen, die ein Spenderherz benötigen, lediglich 2.500 Spenderherzen jährlich gegenüberstehen. Seit den 60er Jahren wird daher an künstlichen Pumpen gearbeitet, die kranke Herzen entlasten oder gar ersetzen sollen.

Dabei wurden verschiedene Konzepte mit unterschiedlichen Vorteilen entwickelt. Das CATS in Aachen setzt auf kleine Zentrifugal- und Axialpumpen, die in den Brustkorb des Patienten eingesetzt werden und das Herz dabei unterstützen, das Blut durch den Körper zu pumpen. Diese Pumpen erzeugen einen kontinuierlichen Blutstrom, während andere, pulsierende Systeme den Rhythmus des natürlichen Herzens nachzubilden versuchen.

Zentrifugal- und Axialpumpen haben gegenüber pulsierenden Systemen zwei wesentliche Vorteile: Zum einen wird jeweils nur ein bewegliches Teil verwendet, wodurch ein jahrelang wartungsfreier Betrieb der Pumpen ermöglicht wird. Zum anderen sind diese Systeme bauartbedingt kleiner, wodurch sie sich auch für kleine Personen und Kinder eignen.

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