Ve čtvrtém, posledním, díle webového seriálu se můžete seznámit s dalšími čtyřmi vysoce výběrovými projekty JUNIOR STAR, jejichž řešení započalo v lednu letošního roku. Další podpořené projekty jsme představili v minulých měsících v prvním, druhém a třetím díle seriálu.
Soutěž JUNIOR STAR je určena pro excelentní začínající vědce a vědkyně a svou nadstandardní výší podpory jim umožňuje založení vlastní výzkumné skupiny a vědecké osamostatnění. Podmínkou pro podání návrhu projektu JUNIOR STAR je dokončení doktorského studia před méně než osmi lety, publikování v odborných časopisech a získání významné zahraniční zkušenosti.
Nová generace algoritmů pro řešení problémů geometrie kamer
RNDr. Zuzana Kúkelová, Ph.D., Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení technické v Praze
„Vyvíjíme efektivní algoritmy pro řešení problémů geometrie kamer a automatické metody pro generování takovýchto algoritmů.“
Kamery jsou v dnešní době nedílnou součástí našich životů. Používají se v průmyslu, autonomních vozidlech, ale i v každodenním životě. Pro využití získaných obrazů je nezbytná kalibrace kamer, díky které dochází mj. k odstranění zkreslení čočky.
„Kalibraci a určování geometrie kamer řešíme komplikovanými systémy polynomiálních rovnic. Ty je sice možné vyřešit existujícími matematickými metodami, pro většinu aplikací v počítačovém vidění jsou ale pomalé,“ vysvětluje řešitelka projektu doktorka Kúkelová.
V rámci svého JUNIOR STAR projektu navazuje řešitelka na své již dříve vyvinuté metody řešení těchto složitých matematických rovnic. Tyto metody propojí se strojovým učením a neuronovými sítěmi, čímž umožní například volbu vhodného algoritmu pro daný problém v reálném čase.
Její dříve vyvinuté algoritmy se již úspěšně používají v praxi — od lokalizačních systémů dronů přes software k vytváření 3D modelů z fotografií až po aplikace pro řízení trajektorií satelitů. To však na ambicích řešitelky a jejího týmu neubírá, právě naopak: „Naším cílem je vyřešit dosud nevyřešené problémy v oblasti určování geometrie kamery, zrychlit stávající algoritmy a využít je v nových aplikacích. To může umožnit použití složitějších kamerových systémů v aplikacích, kde jsou omezené výpočetní zdroje nebo je vyžadováno extrémně rychlé řešení. Jedná se například o autonomní automobily, autonomní vozítka, která zkoumají povrch Marsu či Měsíce, nebo systémy rozšířené reality,“ dodává doktorka Kúkelová.
Identifikace částic v experimentech fyziky vysokých energií a ve vesmíru
s pokročilými detekčními systémy
Dr. rer. nat. Benedikt Bergmann, Ústav technické a experimentální fyziky, České vysoké učení technické v Praze
„Zdokonalíme detektory měřící neviditelné částice ionizujícího záření známého jako radioaktivita.“
Na rozdíl od známých detektorů radioaktivity, které při každém zaregistrování ionizujícího záření vydají typický praskavý zvuk, jsou detektory, které vyvíjí doktor Bergmann, hotovými „radiačními kamerami“. Dokáží totiž radioaktivitu kromě jejího detekování také vizualizovat. Ve svém JUNIOR STAR projektu využívá moderní přístupy strojového učení k přiřazení rozeznaných tvarů k určitým typům částic, jejich energiím a směrům letu. Detektory, které doktor Bergmann vyvíjí, navíc tím, že nejsou větší než lidský palec, daleko předčí v současnosti používané přístroje, které vyžadují obrovský výpočetní výkon a složité kombinace různých detektorových technologií.
„Miniaturizace přístrojů umožní jejich použití v místech, kde by jinak přesná analýza radiačního pole byla komplikovaná kvůli omezenému prostoru, hmotnosti nebo rozpočtu na energii. Například ve vesmíru umožní miniaturizace použití na malých družicích nebo nasazení pro dálková měření na Měsíci anebo na jiných planetách,“ konstatuje řešitel Benedikt Bergmann.
Doktoru Bergmannovi, který v České republice působí již od roku 2012, se podařilo svým výzkumem oslovit a přilákat do svého týmu vědce z předních univerzit, jako je například University of Cambridge nebo University College London. V rámci výzkumu budou spolupracovat s institucemi, jako je Evropská kosmická agentura (ESA) nebo Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN). Experimentální část projektu bude probíhat například v Národní laboratoři v americkém Los Alamos.
Normalizace a vznik: Přehodnocení dynamiky matematiky Případ Prahy v první polovině 19. století
Elías Fuentes Guillén, Ph.D., Filosofický ústav AV ČR, v.v.i.
„Umožníme lepší pochopení oběhu a vývoje matematických znalostí a postupů v českých zemích v první polovině 19. století.“
Vývoj matematiky v Praze a českých zemích v evropském kontextu konce 18. a první poloviny 19. století je velmi málo probádaný. Konkrétně to, jak a proč byly určité způsoby matematiky nastaveny jako norma a jak se do nich začleňovaly nebo se u nich objevovaly odlišné nebo nové postupy. Vnést do této dynamiky matematiky více světla a do hloubky ji prozkoumat a pochopit je cílem projektu JUNIOR STAR doktora Fuentese Guilléna.
„V takovém kontextu nás s mým týmem zajímají zejména případy Prahy a Bernarda Bolzana, protože obojí lze považovat za aktéry svého druhu, a navíc se snažíme oživit a dlouhodobě přispět ke studiím Bolzana,“ zdůrazňuje hlavní řešitel Elías Fuentes Guillén.
Projekt zahrnuje hloubkový výzkum institucí (např. pražské univerzity), společností, skupin (mj. Královské české společnosti nauk) a jednotlivců, jako jsou soukromí učitelé, kteří předávali matematické postupy prostřednictvím výuky a různých aktivit a textů. Zabývá se však také motivacemi těch aktérů, kteří v první řadě stanovovali určité praktiky jako normy, tedy císařských úřadů, církve nebo šlechty. „Náš výzkum vyžaduje studium publikovaných prací, návrhů, zkoušek, deníků, dopisů a dalších dokumentů učitelů matematiky, studentů a praktiků, ale také dalších materiálů, které vypovídají o kontextech, včetně dekretů, map, kázání nebo katalogů knihoven a knižních veletrhů,“ vysvětluje doktor Fuentes Guillén.
Dr. Fuentes Guillén, který původně pochází z Mexika, na projektu spolupracuje, mimo jiné, s výzkumnou skupinou na Univerzitě v Seville nebo mezinárodní Společností Bernarda Bolzana. Je také jedním z autorů významného vydání dosud nepublikovaných Bolzanových matematických svazků. Kromě vydání řady publikací bude se svým týmem budovat digitální archiv Bolzanových rukopisů, trénovat model rozpoznávání rukopisného textu a zároveň v knihovně Filosofického ústavu v Praze již založil sbírku publikací Bernarda Bolzana. Nejen díky těmto výsledkům hodlá v tomto ústavu založit badatelskou skupinu věnovanou Bolzanovi.
Intenzivní elektromagnetické impulsy: vznik, charakterizace a ovládání
Ing. Jakub Cikhardt, Ph.D., Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení technické v Praze
„Zkoumáme extrémně intenzivní elektromagnetické impulsy vytvářené lasery.“
Elektromagnetické impulsy (EMP) vznikají při soustředění svazku vysoce výkonného laseru do malého bodu na povrchu materiálu, tzv. terče. A právě studiu EMP se ve svém JUNIOR STAR projektu věnuje Jakub Cikhardt. „Výkon moderních laserů dosahuje řádu terawattů až petawattů a jeho délka se pohybuje v rozmezí od femtosekund po nanosekundy. Pro lepší představu lze říci, že po velmi malý zlomek sekundy má takový laser výkon odpovídající tisícům až milionu jaderných elektráren,“ vysvětluje řešitel doktor Cikhardt.
Při působení takto extrémně výkonného laseru na látku okamžitě nastává ionizace a vzniká horké husté plazma, ve kterém se odehrává mnoho fyzikálních procesů, jedním z nich je i vznik zkoumaných EMP. Vědecký tým se v rámci projektu zaměří na fyzikální podstatu EMP, jejich charakterizaci pro různé parametry laserového svazku a terče nebo například na optimalizaci současných diagnostických metod.
„Chceme porozumět fyzikální podstatě laserem generovaných EMP a zároveň hledat způsoby, jak tento fenomén ovládat a využít ho v praxi. Vzhledem k tomu, že EMP mohou rušit signály a poškozovat elektronická zařízení, hledáme také metody k omezení jejich emisí a dopadů, což je důležité zejména v energetických, telekomunikačních nebo medicínských aplikacích,“ dodává Jakub Cikhardt.
Kvůli komplexnosti praktických experimentů a mezinárodnímu zájmu o problematiku laserem generovaných EMP spolupracuje tým doktora Cikhardta s vědci z Německa, Velké Británie, Itálie, Francie nebo Polska.
