Kontrola systemów chaotycznych

Prof. Dr. Sabine Klapp jest rzeczniczką specjalnego obszaru badawczego 910 dotyczącego kontroli nieliniowych układów. Kieruje Zakładem Symulacji Komputerowych i Teorii Złożonych Płynów na Instytucie Fizyki Teoretycznej Technische Universität Berlin. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann) / Profesor Dr. Sabine Klapp jest koordynatorką Centrum Badawczego 910 ds. kontroli nieliniowych układów. Jest również kierowniczką Katedry Symulacji Komputerowych i Teorii Złożonych Płynów na TU Berlin. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Prof. Dr. Sabine Klapp i Roland Aust cieszą się, że Sonderforschungsbereich 910 dotyczący kontroli nieliniowych układów będzie finansowany jeszcze przez cztery lata. Prof. Dr. Sabine Klapp jest sprawozdawcą Sonderforschungsbereich i kieruje Zakładem Symulacji Komputerowych i Teorii Złożonych Płynów na Instytucie Fizyki Teoretycznej na TU Berlin. Roland Aust jest dyrektorem zarządzającym Sonderforschungsbereich. (© TU Berlin/PR/Christian Kielmann)

Cały sukces jest osiągnięty. Po raz trzeci Niemiecka Fundacja na Rzecz Nauki (DFG) zatwierdza finansowanie specjalnego obszaru badawczego (SFB) 910 dotyczącego kontroli nieliniowych układów na TU Berlin. Sprawuje nadzór nad specjalnym obszarem badawczym prof. dr Sabine Klapp. Kieruje ona działem symulacji komputerowych i teorii złożonych płynów w Instytucie Fizyki Teoretycznej na TU Berlin. W ciągu najbliższych czterech lat badania będą finansowane kwotą ponad osiem milionów euro. W ten sposób łączna suma, z którą specjalny obszar badawczy będzie wspierany przez ponad dwanaście lat, przekroczy 20 milionów euro.

Pod tytułem „Kontrola samorzutnie organizujących się nieliniowych układów: Metody teoretyczne i koncepcje zastosowań” będą badane innowacyjne strategie i metody kontroli. Nowością w ramach specjalnego obszaru jest między innymi utworzenie zintegrowanego kolegium doktoranckiego.

Tematyczne priorytety i cele

Specjalny obszar badawczy 910 zajmuje się układami dynamicznymi disipatywnymi, nieliniowymi, oddalonymi od równowagi termicznej. Takie układy są powszechne w fizyce, chemii i biologii. Należą do nich na przykład otwarte układy kwantowe, płynące cieczy i pulsujące tkanki serca. Charakterystyczną cechą takich układów jest samorzutna organizacja, czyli spontaniczne tworzenie się struktur czasowych, przestrzennych lub przestrzenno-czasowych. Celem specjalnego obszaru jest celowe generowanie i kontrola takich samorzutnie organizujących się struktur disipatywnych, na przykład w celu optymalizacji określonych właściwości materiałów.

W ramach interdyscyplinarnej współpracy między stosowanymi matematyczkami/matematyka, teoretycznymi fizykami/fizykami i neuroinformatykami/neuroinformatykami będą opracowywane nowe koncepcje i metody kontroli oraz modelowane ich zastosowania do wybranych innowacyjnych systemów. Systemy te obejmują od twardej materii skondensowanej po systemy biologiczne i mają skalę przestrzenną od nanometrów do mikrometrów i milimetrów. W tym kontekście łączone są różne koncepcje kontroli z nieliniowej dynamiki i kontroli chaosu, z klasycznej teorii sterowania i optymalizacji oraz z kontroli kwantowej. Kluczową metodą specjalnego obszaru założonego w 2011 roku przez prof. dr. dr. h.c. Eckeharda Schölla są pętle sprzężenia zwrotnego do stabilizacji niestabilnych stanów. Przykładem jest opóźniona kontrola sprzężenia zwrotnego, która już w pierwszych dwóch okresach finansowania specjalnego obszaru była skutecznie stosowana do nowych systemów. Priorytety zastosowań w trzecim okresie finansowania obejmują kontrolę dynamiki struktur kwantowych, topologicznych systemów informacji kwantowej, kontrolę złożonych i aktywnych płynów w stanie nie równowagi oraz kontrolę pobudzonych mediów, takich jak tkanki serca i makroskopowe sieci mózgowe.

Struktura specjalnego obszaru badawczego

Specjalny obszar dzieli się na dwa obszary projektowe: metody teoretyczne (A) i koncepcje zastosowań (B), obejmujące łącznie 16 części naukowych. Obszar metod teoretycznych zajmuje się podstawowymi, teoretycznymi badaniami samorzutnie organizujących się nieliniowych układów. Dzięki interdyscyplinarnemu składowi łączy on wiedzę z dziedzin fizyki teoretycznej i matematyki. Celem jest fundamentalne zrozumienie skutecznej kontroli procesów samorzutnej organizacji. Obszar koncepcji zastosowań koncentruje się na praktycznym zastosowaniu zasad kontroli opracowanych w obszarze A na wybranych innowacyjnych modelowych systemach. Systemy te pochodzą z fizyki, chemii i biologii. Szczegółowo bada się kontrolę nad pobudzonymi układami kwantowymi, materią koloidalną, złożonymi płynami, tkankami serca, sieciami mózgowymi, laserami lub chaotycznymi oscylatorami, rozwijając je dalej. Dynamika w takich układach obejmuje szeroki zakres zjawisk nieliniowych na różnych skalach przestrzennych i czasowych, które można celowo wpływać za pomocą różnych strategii kontroli.

W trzecim okresie finansowania naukowe części projektów będą wspierane przez zintegrowane kolegium doktoranckie „Projektowanie i kontrola złożonych układów” pod kierownictwem prof. dr. Holgera Starka, dr. Alexandra Carmele (obaj TU Berlin) oraz prof. dr. Alexandra Mielke z Instytutu Analizy Stochastycznej i Zastosowań Weierstrassa (WIAS).

Wsparcie młodych naukowców

Specjalnym celem SFB jest wspieranie młodych naukowców oraz podejmowanie działań na rzecz równości płci wśród naukowców i naukowczyń, a także zapewnienie równowagi między nauką a życiem rodzinnym. W tym celu specjalny obszar planuje działania wspierające zarówno studentów studiów licencjackich i magisterskich, jak i doktorantów oraz doktorantki, a także doktorów i doktorantki po doktoracie.

Takie działania jak specjalne wsparcie finansowe dla projektów młodych naukowców zostały już wdrożone w pierwszych dwóch okresach finansowania i teraz oferują kolejne możliwości rozwoju dla młodych badaczy. Programy mentoringowe mają na celu aktywne zachęcanie kobiet do nauk ścisłych i wspieranie ich. Młodzi naukowcy i naukowczynie są wczesnym etapie włączani do międzynarodowych współprac poprzez programy wymiany i współpracy z czołowymi grupami badawczymi na całym świecie. Nowe zintegrowane kolegium doktoranckie zapewnia doktorantkom/doktorantom i stypendystom specjalny, strukturalny program doktorancki, który ma zapewnić najlepsze warunki do rozpoczęcia kariery naukowej.

Partnerzy współpracy TU Berlin (uczelnia koordynująca)

- Freie Universität Berlin,
- Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS),
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
- Państwowy Uniwersytet Saratowa (Rosja)

Więcej informacji chętnie udzieli:

Prof. dr Sabine Klapp
TU Berlin
Wydział Symulacji Komputerowych i Teorii Złożonych Płynów &
Specjalny Obszar Badawczy 910
Tel.: 030/314-23763
E-mail: klapp@physik.tu-berlin.de