Kontrola chaotických systémů

Prof. Dr. Sabine Klapp je mluvčí specializovaného výzkumného centra 910 zaměřeného na řízení nelineárních systémů. Vedoucí oddělení počítačových simulací a teorie složitých kapalin na Ústavu teoretické fyziky Technické univerzity v Berlíně. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Profesorka Dr. Sabine Klapp je koordinátorkou Společného výzkumného centra 910 zaměřeného na řízení nelineárních systémů. Je také vedoucí katedry počítačových simulací a teorie složitých kapalin na TU v Berlíně. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Prof. Dr. Sabine Klapp a Roland Aust mají radost, že Sonderforschungsbereich 910 o kontrole nelineárních systémů bude financován ještě na další čtyři roky. Prof. Dr. Sabine Klapp je mluvčího Sonderforschungsbereichu a vede obor Počítačové simulace a teorie složitých kapalin na Ústavu teoretické fyziky Technické univerzity v Berlíně. Roland Aust je výkonným ředitelem Sonderforschungsbereichu. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Úspěch je kompletní. Po třetí je Německá výzkumná společnost (DFG) schválila financování zvláštního výzkumného centra (SFB) 910 pro kontrolu nelineárních systémů na TU Berlín. Mluvčí zvláštního výzkumného centra je prof. Dr. Sabine Klapp. Vede obor počítačových simulací a teorie složitých tekutin na Institutu teoretické fyziky na TU Berlín. Během následujících čtyř let bude výzkum financován částkou přes osm milionů eur. Tím bude celková částka, kterou je centrum podporováno během dvanácti let, přes 20 milionů eur.

Pod názvem „Kontrola samostatně se organizujících nelineárních systémů: Teoretické metody a aplikační koncepty“ budou zkoumány inovativní kontrolní strategie a metody. Novinkou v rámci zvláštního výzkumného centra je mimo jiné zřízení integrovaného postgraduálního kolegia.

Tematické zaměření a cíle

Zvláštní výzkumné centrum 910 se zabývá disipativními, nelineárními dynamickými systémy vzdálenými od termodynamické rovnováhy. Takové systémy jsou široce rozšířené ve fyzice, chemii a biologii. Patří sem například otevřené kvantové systémy, proudící tekutiny a pulzující srdeční tkáně. Charakteristickým rysem takových systémů je seberegulace, tj. spontánní tvorba časových, prostorových nebo časově-prostorových struktur. Cílem centra je cíleně generovat a kontrolovat takové samostatně se organizující disipativní struktury, například k optimalizaci určitých vlastností materiálů.

V rámci interdisciplinární spolupráce mezi aplikovanými matematiky, teoretickými fyziky a neuroinformatiky jsou vyvíjeny nové kontrolní koncepty a metody a jejich aplikace na vybrané inovativní systémy modelovány. Tyto systémy sahají od tvrdé kondenzované hmoty po biologické systémy a zahrnují prostorové škály od nanometrů po mikro- a milimetry. Různé kontrolní koncepty z nelineární dynamiky a kontroly chaosu, z klasické řídicí a optimalizační teorie a z kvantové kontroly jsou zde spojovány. Klíčovou metodou zvláštního výzkumného centra 910, založeného v roce 2011 prof. Dr. Dr. h.c. Eckehardem Schöll, jsou zpětnovazební smyčky pro stabilizaci nestabilních stavů. Příkladem je zpožděná zpětná vazba, která byla úspěšně použita již v prvních dvou obdobích financování na nové systémy. Hlavními oblastmi aplikace ve třetím období financování jsou kontrola dynamiky v kvantových nanostrukturách a topologických kvantových informačních systémech, kontrola složitých a aktivních kapalin v nerovnovážném stavu a kontrola excitabilních médií, jako je srdeční tkáň a makroskopické neuronové sítě.

Struktura zvláštního výzkumného centra

Zvláštní výzkumné centrum se dělí na dvě projektové oblasti: teoretické metody (A) a aplikační koncepty (B), celkem 16 vědeckých dílčích projektů. Oblast teoretických metod se zabývá základními teoretickými výzkumy samostatně se organizujících nelineárních systémů. Díky své interdisciplinární skladbě sdružuje odbornosti z oblastí teoretické fyziky a matematiky. Cílem je základní pochopení úspěšné kontroly samostatně se organizujících procesů. Oblast aplikačních konceptů se zaměřuje na aplikaci vyvinutých kontrolních principů z oblasti A na vybrané inovativní modelové systémy. Tyto modelové systémy pocházejí z fyziky, chemie a biologie. Přesněji se zkoumá kontrola excitovaných kvantových systémů, kolloidní hmoty, složitých kapalin, srdeční tkáně, neuronových sítí, laserů nebo chaotických oscilátorů a jejich další rozvoj. Dynamika v takových systémech zahrnuje široké spektrum nelineárních jevů na různých prostorových a časových škálách, které lze cíleně ovlivňovat různými kontrolními strategiemi.

Vědecké dílčí projekty budou ve třetím období financování doprovázeny integrovaným postgraduálním kolegium „Design a kontrola složitých systémů“ pod vedením prof. Dr. Holgera Straka, Dr. Alexandra Carmele (oba TU Berlín) a prof. Dr. Alexandra Mielkeho z Weierstraßova ústavu pro aplikovanou analýzu a stochastiku (WIAS).

Podpora vědecké mládeže

Zvláštní výzkumné centrum klade důraz na podporu vědecké mládeže a na speciální opatření k rovnosti příležitostí vědkyň a vědců a k sladění vědy a rodiny. Plánují se podpůrná opatření jak pro bakalářské a magisterské studenty, tak pro doktorandy a postdoktorandy.

Opatření, jako je zvláštní finanční podpora pro projekty mládeže, již byla realizována v prvních dvou obdobích financování a nyní nabízejí další možnosti pro vědeckou mládež. Prostřednictvím mentorovacích programů se snaží aktivně zapojit ženy do přírodních věd a je jich podporovat. Mladí vědci jsou již od začátku začleňováni do mezinárodních spoluprací prostřednictvím výměnných a kooperativních programů s předními výzkumnými skupinami po celém světě. Nové integrované postgraduální kolegium nabízí doktorandům a stipendistům zvláštního výzkumného centra strukturovaný doktorské program, který má zajistit nejlepší podmínky pro úspěšný začátek jejich kariéry.

Partneři spolupráce TU Berlín (koordinující univerzita)

- Freie Universität Berlin,
- Weierstraßův ústav pro aplikovanou analýzu a stochastiku (WIAS),
- Německý federální ústav pro fyzikální techniku,
- Státní univerzita Saratov (Rusko)

Další informace vám rád poskytne:

Prof. Dr. Sabine Klapp
TU Berlin
Obor počítačových simulací a teorie složitých tekutin &
Zvláštní výzkumné centrum 910
Tel.: 030/314-23763
E-mail: klapp@physik.tu-berlin.de