Doktorandenstelle zur Optimierung von Kühlprozessen und Lieferketten von wärmeempfindlichen biologischen Produkten durch digitale Zwillinge
Empa, Materials Science and Technology
St. Gallen
Auf einen Blick
- Veröffentlicht:13 Juni 2025
- Pensum:100%
- Vertragsart:Festanstellung
- Arbeitsort:St. Gallen
Job-Zusammenfassung
Die Empa ist eine führende Forschungsinstitution im Bereich der Materialwissenschaften.
Aufgaben
- Entwicklung von multiphysikalischen Modellen für Kühlketten.
- Erstellung digitaler Zwillinge von temperaturempfindlichen Produkten.
- Durchführung von Lieferkettenbewertungen für Kühltechnologien.
Fähigkeiten
- Masterabschluss in Maschinenbau und Erfahrung in Modellierung.
- Kenntnisse in Wärme- und Stofftransportprozessen erforderlich.
- Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten in Englisch sind Pflicht.
Ist das hilfreich?
Materialwissenschaft und -technik sind unsere Leidenschaft. Mit unserer Spitzenforschung leisten die rund 1.100 Mitarbeitenden der Empa wesentliche Beiträge zum Wohl der Gesellschaft für eine lebenswert Zukunft. Die Empa ist eine Forschungseinrichtung des ETH-Bereichs.
Doktorandenstelle zur Optimierung von Kühlprozessen und Lieferketten von wärmeempfindlichen biologischen Produkten durch digitale Zwillinge
Das Labor für biomimetische Membranen und Textilien der Empa ist ein Pionier im physikbasierten Modellieren auf mehreren Skalen. Wir überbrücken die virtuelle und die reale Welt durch multiparametrisches Sensing und die Erstellung digitaler Zwillinge von wärmeempfindlichen biologischen Systemen (Lebensmittel, Menschen), die zusammen mit ihren realen Gegenstücken existieren können. Dieses Projekt zielt darauf ab, besser zu identifizieren, wie verderbliche biologische Produkte in den Betriebseinheiten der Kühlkette reagieren und zu ermitteln, warum einige Produkte schneller verderben. Zu diesem Zweck entwickeln wir digitale Zwillinge der Ladung, basierend auf gemessenen Lufttemperatur- und Feuchtigkeitsdaten in Kühlketten durch kommerzielle Sensoren, und setzen sie in End-to-End virtuellen Lieferketten ein.
Dieses Projekt zielt auch darauf ab, die Kompromisse im Zusammenhang mit Kühltechnologien für verschiedene Anwendungsfälle besser zu verstehen, beispielsweise mit Kleinbauern im Globalen Süden. Dazu werden detaillierte Bewertungen der Lieferkette durchgeführt. Die Arbeit wird es uns ermöglichen, besser zu identifizieren, wie einzelne verderbliche Produkte in einer Ladung von Millionen in den Betriebseinheiten der Kühlkette reagieren und zu ermitteln, warum einige Produkte schneller verderben als andere. Diese Informationen werden verwendet, um die Umwelt- und Wirtschaftsauswirkungen optimierter Kühlungslösungen und gekühlter Lieferkettenlösungen zu quantifizieren.
Ihre Aufgaben
Die Prioritäten der Aufgaben werden flexibel entschieden, abhängig von den konkreten Möglichkeiten, die sich nach dem Start ergeben:
- Entwicklung von Multiphysikmodellen für die gesamte Lieferkette ausgewählter wärmeempfindlicher biologischer Produkte. Dies umfasst hygrothermischen Transport im Ensemble der verpackten Produkte während der Kühlung, konvektiven Austausch mit der Umgebung, evolutionäre biochemische Qualitätsattribute innerhalb der Produkte und thermisch bedingte Schäden (Kühl- und Gefrierverletzungen).
- Verwendung dieser Modelle zur Erstellung physikbasierter digitaler Zwillinge aller Produkte in einer Sendung, die in-silico mit dem realen Produkt altern, End-to-End in der Lieferkette. Sensordaten speisen diese digitalen Zwillinge. Sie übersetzen diese Daten auf mechanistische Weise in Produktqualitätsattribute, wie verbleibende Haltbarkeit.
- Verarbeitung gemessener Sensordaten von kommerziellen Kühlketten, Analyse der Daten auf Variabilität und Umformatierung der Daten in Datenbanken.
- Verwendung des simulationsbasierten Ansatzes, um (1) Kühlprozesse oder Verpackungsdesign besser zu verstehen und zu steuern, indem für den Verlust der Produktqualität und Abfall optimiert wird, und (2) die verbesserte Qualitätserhaltung von digitalen Zwillingen, also zusätzliche Haltbarkeit, mit wirtschaftlichen Vorteilen zu verbinden.
- Durchführung einer End-to-End-Bewertung der Lieferkette, um Kompromisse für verschiedene Kühltechnologien für ausgewählte Interessengruppen zu kartieren, um einen ganzheitlichen Überblick über die optimale Kühltechnologie zu erhalten.
- Integration dieser digitalen Zwillinge in andere Plattformen, wie mobile Anwendungen.
- Erweiterung der digitalen Zwillingsarbeit für Vorhersagen von Hitzestress bei Menschen, um die Gesundheit und Leistung von Menschen in verschiedenen Situationen (z.B. Feuerwehrleute, die extremer Hitze ausgesetzt sind, oder ältere Erwachsene, die während Hitzewellen Hitzestress ausgesetzt sind) zu bewerten, indem die Umgebung, Kleidung und Haut (und Körper) modelliert werden, einschließlich Konvektion, Strahlung und Wärmeleitung in Materialien.
Ihr Profil
- Abgeschlossenes Masterstudium im Maschinenbau
- Nachgewiesene Erfahrung im Kontinuumsmodellieren (Finite-Elemente-Modellierung, Strömungsmechanik).
- Kenntnisse über Wärme- und Stofftransportprozesse in wärmeempfindlichen Materialien und Prozessoptimierung.
- Erfahrung in Lieferketten und hygrothermischen Messungen ist von Vorteil (Temperatur, Infrarot, Anemometrie).
- Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten und fließende Englischkenntnisse (sowohl schriftlich als auch mündlich) sind zwingend erforderlich. Kenntnisse der deutschen Sprache werden als vorteilhaft angesehen.
- Sie haben ein Gespür für die Kommunikation mit Industrie- und anderen Partnern.
Unser Angebot
Eine Projektdauer von 3 Jahren ist vorgesehen, um die oben genannten Forschungsaufgaben in Form einer Doktorarbeit durchzuführen. Das Projekt wird von der Empa unter der Aufsicht von Prof. Thijs Defraeye (akademischer Betreuer) unterstützt. Es umfasst eine gemeinsame Zugehörigkeit zur ETH Zürich (D-USYS). Der Kandidat wird die Forschung an der Empa in St. Gallen durchführen. Das gewünschte Startdatum ist der 1. Oktober 2025 oder nach gegenseitiger Vereinbarung. Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit Industrie- und anderen Partnern durchgeführt.
Wir leben eine Kultur der Inklusion und des Respekts. Wir heißen alle Menschen willkommen, die an innovativen, nachhaltigen und sinnvollen Aktivitäten interessiert sind - darauf kommt es an.
Wir freuen uns auf Ihre vollständige Online-Bewerbung, einschließlich eines Motivationsschreibens, Lebenslaufs, Zertifikaten, Diplomen und Kontaktdaten von zwei Referenzpersonen. Bitte reichen Sie diese ausschließlich über unser Jobportal ein. Bewerbungen per E-Mail und per Post werden nicht berücksichtigt.
