Beheersing van chaotische systemen

Prof. Dr. Sabine Klapp is woordvoerder van de Sonderforschungsbereich 910 over de controle van niet-lineaire systemen. Zij leidt het vakgebied Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen aan het Instituut voor Theoretische Fysica van de TU Berlijn. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Professor Dr. Sabine Klapp is coördinator van het samenwerkingsonderzoek 910 over de controle van niet-lineaire systemen. Zij is ook hoofd van de Leerstoel Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen aan de TU Berlijn. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Prof. Dr. Sabine Klapp en Roland Aust zijn verheugd dat de Sonderforschungsbereich 910 over de controle van niet-lineaire systemen nog eens vier jaar wordt gefinancierd. Prof. Dr. Sabine Klapp is woordvoerder van het Sonderforschungsbereich en leidt het vakgebied Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen aan het Institut für Theoretische Physik van de TU Berlijn. Roland Aust is directeur van het Sonderforschungsbereich. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Professor Sabine Klapp en Roland Aust zijn verheugd dat het Collaborative Research Center 910 over de controle van niet-lineaire systemen nog eens vier jaar wordt gefinancierd. Professor Klapp is coördinator van het Collaborative Research Center en hoofd van de Leerstoel Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen aan de TU Berlijn. Roland Aust is algemeen directeur van het Collaborative Research Center. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Het succes is compleet. Voor de derde keer verleent de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) financiering voor de Sonderforschungsbereich (SFB) 910 voor de controle van niet-lineaire systemen aan de TU Berlijn. De woordvoerder van het Sonderforschungsbereich is Prof. Dr. Sabine Klapp. Zij leidt het vakgebied Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen aan het Instituut voor Theoretische Fysica van de TU Berlijn. Tijdens de komende vier jaar worden de onderzoeken gefinancierd met meer dan acht miljoen euro. Daarmee zal het totale bedrag waarmee de Sonderforschungsbereich over twaalf jaar wordt gefinancierd, meer dan 20 miljoen euro bedragen.

Onder de titel “Controle van zelforganiserende niet-lineaire systemen: Theoretische methoden en toepassingsconcepten” zullen innovatieve controle-strategieën en -methoden worden onderzocht. Nieuw binnen het Sonderforschungsbereich is onder andere de oprichting van een geïntegreerde promovendiopleiding.

Thematische accenten en doelstellingen

De Sonderforschungsbereich 910 houdt zich bezig met dissipeerbare, niet-lineaire dynamische systemen ver weg van thermisch evenwicht. Dergelijke systemen komen veel voor in de fysica, scheikunde en biologie. Daartoe behoren bijvoorbeeld open kwantumsystemen, stromende vloeistoffen en pulserend hartweefsel. Een kenmerkend aspect van dergelijke systemen is zelforganisatie, dat wil zeggen de spontane vorming van temporele, ruimtelijke of ruimtelijk-tijdelijke structuren. Het doel van de Sonderforschungsbereich is het doelgericht genereren en controleren van dergelijke zelforganiserende dissipatieve structuren, bijvoorbeeld ter optimalisatie van bepaalde materiaaleigenschappen.

In het kader van een interdisciplinaire samenwerking tussen toegepaste wiskundigen, theoretische fysici en neuro-informatici worden hiervoor nieuwe controleconcepten en -methoden ontwikkeld en de toepassing ervan gemodelleerd op geselecteerde innovatieve systemen. Deze systemen variëren van harde gecondenseerde materie tot biologische systemen en omvatten ruimtelijke schalen van nanometers tot micro- en millimeters. Daarbij worden verschillende controleconcepten uit de niet-lineaire dynamiek en chaoscontrole, de klassieke regel- en optimalisatietheorie, en de kwantumcontrole samengebracht. Een centrale methode van het in 2011 door Prof. Dr. Dr. h.c. Eckehard Schöll opgerichte Sonderforschungsbereich 910 zijn terugkoppelingslussen voor het stabiliseren van instabiele toestanden. Een voorbeeld hiervan is de vertraagde terugkoppelingscontrole, die al in de eerste twee financieringsperioden van het Sonderforschungsbereich succesvol werd toegepast op nieuwe systemen. Toepassingsgebieden in de derde financieringsperiode zijn de controle van de dynamiek in kwantennano-structuren en topologische kwantuminformatiesystemen, de controle van complexe en actieve vloeistoffen in niet- evenwichtstoestanden en de controle van prikkelbare media zoals hartweefsel en macroscopische hersennetwerken.

Structuur van het Sonderforschungsbereich

Het Sonderforschungsbereich is onderverdeeld in twee projectgebieden: theoretische methoden (A) en toepassingsconcepten (B), met in totaal 16 wetenschappelijke deelprojecten. Het gebied theoretische methoden houdt zich bezig met fundamenteel, theoretisch onderzoek naar zelforganiserende niet-lineaire systemen. Door de interdisciplinaire samenstelling bundelt het expertise uit de onderzoeksgebieden theoretische fysica en wiskunde. Het doel is een fundamenteel begrip van succesvolle controle van zelforganiserende processen. Het projectgebied toepassingsconcepten richt zich op de toepassing van de in gebied A ontwikkelde controleprincipes op voorbeeldige, geselecteerde innovatieve modelsystemen. De te onderzoeken modelsystemen komen uit de fysica, scheikunde en biologie. Precisiegericht wordt de controle onderzocht en verder ontwikkeld van aangeslagen kwantumsystemen, colloïdale materie, complexe vloeistoffen, hartweefsel, hersennetwerken, lasers of chaotische oscillatoren. De dynamieken in dergelijke systemen omvatten een breed scala aan niet-lineaire fenomenen op verschillende ruimtelijke en temporele schalen, die gericht kunnen worden beïnvloed met diverse controlestrategieën.

De wetenschappelijke deelprojecten worden in de derde financieringsperiode begeleid door een geïntegreerde promovendiopleiding “Design en controle van complexe systemen” onder leiding van Prof. Dr. Holger Stark, Dr. Alexander Carmele (beide TU Berlijn) en Prof. Dr. Alexander Mielke van het Weierstraß-Instituut voor Toegepaste Analyse en Stochastiek (WIAS).

Financiering van het wetenschappelijke talent

Een bijzonder aandachtspunt van het SFB is de bevordering van wetenschappelijk talent en speciale maatregelen voor gelijke kansen voor wetenschappers en voor de combinatie van wetenschap en gezin. Daartoe plant het Sonderforschungsbereich financieringsmaatregelen voor zowel bachelor- en masterstudenten als voor promovendi en postdoctoraal onderzoekers.

Maatregelen zoals een aparte financiële ondersteuning voor jonge onderzoekers zijn al in de eerste twee financieringsperioden geïmplementeerd en bieden nu verdere kansen voor wetenschappelijk talent. Door mentorschapsprogramma’s wordt geprobeerd vrouwen actief te werven en te stimuleren voor de natuurwetenschappen. De jonge wetenschappers worden vroegtijdig via uitwisselings- en samenwerkingsprogramma’s betrokken bij internationale samenwerkingen met leidende onderzoeksgroepen over de hele wereld. De nieuwe geïntegreerde promovendiopleiding biedt promovendi en beursstudenten van het Sonderforschungsbereich een gestructureerd promotieprogramma om het wetenschappelijke talent de best mogelijke voorwaarden te bieden voor een succesvolle start van hun carrière.

Samenwerkingspartners van de TU Berlijn (woordvoerderhogeschool)

- Freie Universität Berlin,
- Weierstraß-Institut voor Toegepaste Analyse en Stochastiek (WIAS),
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
- Staatsuniversiteit Saratov (Rusland)

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:

Prof. Dr. Sabine Klapp
TU Berlijn
Vakgebied Computatiesimulaties en Theorie van complexe vloeistoffen &
Sonderforschungsbereich 910
Tel.: 030/314-23763
E-mail: klapp@physik.tu-berlin.de