Ve druhém díle seriálu o vysoce výběrových projektech JUNIOR STAR představujeme další čtyři začínající vědkyně a vědce a jejich projekty, které řeší od začátku letošního roku. O dalších podpořených projektech se můžete dozvědět v prvním díle tohoto seriálu.
Granty JUNIOR STAR jsou určeny pro začínající vědce, kteří dokončili doktorské studium před méně něž osmi lety a zároveň již působili v zahraničí a publikovali v odborných časopisech. Soutěž nabízí nadstandardní financování ve výši až 25 milionů Kč v rámci pětileté doby řešení projektu. Tím řešitelům umožnuje založit si vlastní vědecký tým a věnovat se vlastním výzkumným tématům.
Na míru šité nízko-dimenzionální vrstevnaté materiály za hranicí grafenu a jejich využití v základním výzkumu heterogenních katalyzátorů
Ing. Martin Veselý, Ph.D., Fakulta chemické technologie, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Projekt má potenciál významně přispět k produkci chemických látek potřebných k našemu životu bez zbytečné ekologické zátěže.“
Katalyzátory zvyšují rychlost chemické reakce tím, že snižují aktivační energii potřebnou k dosažení reakce. Tímto způsobem umožňují reakcím probíhat rychleji nebo za podmínek, které jsou výhodnější jak z pohledu průmyslové realizace (teplota, tlak), tak z pohledu chemické rovnováhy u vratných reakcí. Cílem projektu JUNIOR STAR doktora Veselého je zjistit, jaký vliv mají úpravy 2D materiálu, který funguje jako katalytický nosič, na katalytickou aktivitu kovových nanočástic nanesených na tento materiál. Projekt se dále zaměřuje na nové přístupy přípravy kovových nanočástic na povrchu 2D nosiče.
„Naším cílem je zjistit, co se děje s takto vytvořeným katalyzátorem, když pracuje – tedy jak se mění jeho morfologie, struktura a i samotná katalytická aktivita v čase. Dále budeme zkoušet nové přístupy přípravy kovových nanočástic na povrchu 2D nosiče pomocí litografických metod. Na těchto speciálně připravených materiálech otestujeme sérii modelových heterogenně katalyzovaných reakcí,“ vysvětluje řešitel projektu Martin Veselý.
Kromě klasických metod pro charakterizaci struktury, morfologie nebo složení materiálů bude v rámci projektu využita také super-rezoluční fluorescenční mikroskopie umožňující sledovat prostorově a časově rozlišitelnou katalytickou aktivitu – tedy v čase detekovat jednotlivé reakční obraty na konkrétním místě katalyzátoru.
Vědecký tým plánuje při řešení projektu spolupracovat se svými švýcarskými protějšky z vysoké technické školy ETH Curych.
Projekt by mohl pomoci navrhnout takové heterogenní katalyzátory, které při chemické přeměně maximalizují zisk žádaného produktu a v nejvyšší možné míře naopak omezují vznik nežádoucích produktů, které jsou často odpadem s ekologickou zátěží. Zároveň takové katalyzátory umožní reakci proběhnout i za průmyslově snadno dosažitelných teplot.
Ing. Martin Veselý, Ph.D.
Zdánlivá přesnost v meta-analýze společenskovědního výzkumu (METASPUR)
doc. PhDr. Zuzana Iršová Havránková, Ph.D., Fakulta sociálních věd, Univerzita Karlova
„Vyvíjíme novou meta-analytickou metodu, která zamezí zkreslení způsobenému použitím nominální přesnosti publikovaných studií.“
Meta-analýza je statistická metoda, která kombinuje výsledky více studií na stejné téma. Tím dochází ke sjednocení a analýze dat z různých zdrojů, čímž se dosahuje vyšší statistické síly a přesnosti. Meta-analýza tedy umožňuje získat celkový pohled na dané téma.
„Počet publikovaných vědeckých studií roste exponenciálně. Přesto zdaleka tolik neroste důraz, který je na vědu kladen při rozhodování o důležitých veřejných otázkách, tzv. evidence-based policy. Důvodem je, že řada vědeckých zjištění si navzájem odporuje. Metoda meta-analýzy, které se věnuji, umožňuje z rozlišných výsledků vydestilovat vědecký konsensus, a tedy i napomoci použití vědy v praxi,“ popisuje řešitelka projektu Zuzana Iršová Havránková.
V dnešní době je každoročně publikováno více než 100 tisíc meta-analýz v různých oblastech. Nicméně většina z nich vychází z metod, které byly vyvinuty pro lékařský výzkum, pro jehož účely meta-analýza původně vznikla. Pro jiné vědní obory, zejména společenské vědy, jsou tyto metody často nevhodné. Společenský výzkum vyžaduje specifické metody meta-analýzy, které by byly přizpůsobeny jeho charakteru. Například ve společenských vědách není možné automaticky přiřadit větší váhu výsledkům, které se jeví jako statisticky přesnější, tak jako je to obvyklé v lékařském výzkumu.
Cílem JUNIOR STAR projektu docentky Havránkové, která se mimo výzkumu věnuje i svým čtyřem dětem, je vyvinutí nové metody metaanalýzy, jež bude použitelná nejen ve společenských vědách, ale i v dalších oblastech, které se také zaměřují na jiný než experimentální výzkum.
doc. PhDr. Zuzana Iršová Havránková, Ph.D.
TOPFLIGHT: Plánování trajektorií a misí agilních vzdušných robotů v prostředí s překážkami
Ing. Robert Pěnička, Ph.D., Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení technické v Praze
„Vyvíjíme vysoce autonomní drony, které by v budoucnu mohly konkurovat těm lidsky ovládaným.“
Drony jsou bezpilotní letadla, která mohou létat pomocí dálkového řízení, předprogramovaných letových plánů nebo díky složitým autonomním systémům. Právě jejich autonomním systémům létání se ve svém JUNIOR STAR projektu věnuje Robert Pěnička. Zaměřuje se především na výzkum algoritmů umožňujících rychlou autonomní navigaci dronů v prostředí s překážkami. Jeho cílem je posunout autonomii dronů na úroveň lidských pilotů tak, aby dokázaly létat i v neznámém prostředí velmi agilně a s vysokou rychlostí.
„Snažíme se zdokonalit drony ve třech hlavních bodech. Asi nejzásadnější je co nejrychlejší prohledání zadané oblasti. V případě více dronů je to kooperativní rozdělení prohledávané oblasti, aby došlo k co nejrozsáhlejšímu pokrytí daného území na výdrž jedné baterie. Druhým bodem výzkumu je plánování letu při vyhýbání se překážkám s minimálním prodloužením plánované trajektorie k cíli. A v posledním bodě se věnujeme snaze o co nejpřesnější průlet těchto trajektorií s využití maximálního tahu, který dron nabízí,“ vysvětluje řešitel projektu doktor Pěnička.
Samořiditelné drony mohou v budoucnu pomáhat například při skenování oblastí, monitorování požárem zasažených lesů nebo při vyhledávání osob v nebezpečných či nepřístupných terénech.
„Náš projekt propojuje staré dobré kutilství s elektronikou s výzkumem pokročilých algoritmů umělé inteligence. Právě tato kombinace mě na výzkumu nejvíce baví,“ dodává na konec doktor Pěnička.
Ing. Robert Pěnička, Ph.D.
Vývoj ab initio modelování pro neuspořádané molekulární polovodiče
doc. Ing. Ctirad Červinka, Ph.D., Fakulta chemicko-inženýrská, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
„Přispějeme k návrhům nových farmaceuticky relevantních látek či molekul s potenciálem pro polovodičové technologie.“
Vzájemné polohy molekul a síly, které mezi nimi působí, určují vlastnosti materiálu, jako jsou těkavost, hustota, pevnost, rozpustnost či elektrická vodivost. Současné superpočítače umožňují mezimolekulární interakce simulovat a na jejich základě zmíněné materiálové vlastnosti predikovat. Ctiradu Červinkovi se již podařilo pomocí kvantové chemie modelovat vlastnosti molekulárních krystalů s pravidelně uspořádanou strukturou, kde se jednotlivé molekuly v krystalické mřížce a jejich interakce opakují.
Ve svém novém JUNIOR STAR projektu si však docent Červinka dal mnohem ambicióznější cíl, a to modelovat molekulární interakce a jejich vliv na materiálové vlastnosti u látek amorfních — tedy látek, které nemají pravidelnou strukturu a u kterých se interakce molekul neopakují. V rámci projektu dojde k propojení výpočtů jednotlivých molekulárních interakcí s tzv. Monte Carlo simulacemi, které využívají generátorů náhodných konfigurací molekul ve hmotě, a umožní tak konzistentně porovnávat vlastnosti krystalických, amorfních i kapalných forem téže látky.
„Ve farmaceutické oblasti je velký zájem o schopnost predikovat rozpustnost aktivní léčivé složky nebo teplotní rozmezí, kdy je možno daný léčivý preparát bezpečně skladovat, aniž by podlehl nežádoucím strukturním změnám či dokonce roztál. Zároveň lze vypozorovat určitou preferenci amorfních formulací léčiv v nových preparátech. V oblasti organických polovodičů by pak bylo cenné umět posoudit, která z mnoha krystalických či amorfních modifikací dané látky bude vykazovat nejvyšší vodivost a jak se právě vodivost bude s teplotou a tlakem měnit,“ vysvětluje řešitel projektu docent Červinka. Projekt tak může přispět nejen k průlomu v oblasti úpravy a zefektivnění vlastností léčiv, ale také na poli pro budoucnost stěžejních organických polovodičů.
Výpočetní chemií se docent Červinka zabývá již více než dekádu. Za tu dobu absolvoval úspěšné stáže ve Francii a USA, kde se věnoval například modelování super-kondenzátorů pro skladování elektrické energie či predikcím závislosti stability krystalických forem látek na teplotě a tlaku. Profese ho však ovlivnila i v soukromém životě — seznámil se díky ní se svou manželkou.
doc. Ing. Ctirad Červinka, Ph.D.