Pulzní elektromagnetická pole jsou v přírodě běžným jevem – příkladem může být blesk. V extrémní podobě je vytváří například výbuch jaderné bomby, což je scénář, který si nikdo nepřeje zažít. Lepší už je, pokud elektromagnetický impulz dokáže najít nádor, aby se dal včas léčit. Výzkumem pulzních elektromagnetických polí se zabývá Martin Štumpf z Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií Vysokého učení technického v Brně. V loňském roce byl za něj nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.
Martin Štumpf s nadsázkou říká, že k jeho výzkumu vlastně stačí tužka a papír. I když pro provedení výpočtů pomocí vytvořených komplexních matematických modelů a pro usnadnění zápisu myšlenek potřebuje také počítač. Podstatné je, že řeší rovnice, které popisují chování pulzního elektromagnetického pole, a to především při interakcích s tenkovrstvými strukturami. Tyto postupy nacházejí uplatnění v polovodičovém nebo biomedicínském průmyslu.
„Přenést velmi rychlé digitální signály pomocí standardního metalického vodiče není možné. Proto se signály často přenáší bezdrátově i na čipu. Popis přenosu elektromagnetického pulzu mezi malými anténami v nehomogenním prostředí je proto nezbytný, pokud chceme vysokorychlostní bezdrátové spoje efektivně navrhovat,“ vysvětluje Martin Štumpf.
Elektromagnetický pulz však může přijít také zvenčí. Může vzniknout třeba výbuchem jaderné bomby, ať už na zemi, nebo v atmosféře. Tato hrozba je ve zhoršené bezpečnostní situaci bohužel opět aktuální.
„Správci počítačových sítí se oprávněně obávají hackerských kybernetických útoků, takže se snaží svůj software co nejlíp zabezpečit proti napadení. Jenomže vysokoenergetický elektromagnetický pulz má potenciál poškodit nebo zničit veškerou kritickou počítačovou infrastrukturu na fyzické vrstvě. A to tak, že nevratně,“ upozorňuje Martin Štumpf.
Jeho matematické modely dokážou předpovědět následky elektromagnetických pulzů, což umožňuje navrhovat efektivní způsoby ochrany.
Ropa pod povrchem země a nádor v lidském těle
Nebezpečným přírodním elektromagnetickým pulzem může být blesk. Ten dokáže vyřadit z provozu vedení vysokého napětí a způsobit výpadek elektřiny v rozsáhlé oblasti. Štumpfovy matematické modely umějí velmi přesně předpovědět dopady blesků. I díky tomu umíme navrhnout spolehlivou přenosovou soustavu.
Další jeho výzkumy ukazují, jak lze elektromagnetické pulzy využít při nedestruktivním testování a geofyzikálním průzkumu. Z tvaru přeneseného elektromagnetického signálu mezi dvěma anténami položenými na zem je možné určit elektromagnetické parametry půdy nebo odhalit zakopanou minu, případně ložisko minerálů či ropy.
Nečekaným zkoumaným terénem může být i lidské tělo. Uměle vytvářené elektromagnetické pulzy, které jím procházejí, přinášejí informace například o tom, zda se uvnitř neskrývá nádor.
Martin Štumpf zdůrazňuje, že jeho vlastní práce patří především do oblasti základního výzkumu, protože zkoumá pulzní elektromagnetické pole a jeho interakci s okolním prostředím. Výsledky, jak to u základního výzkumu bývá, publikuje v odborných periodikách, kde jsou k dispozici dalším vědcům z celého světa, aby s nimi mohli dále pracovat.
„V České republice nemáme soukromé firmy, které by náš výzkum dokázaly využít. Někteří kolegové však spolupracují s distributory energie ve Švýcarsku,“ konstatuje Martin Štumpf. „V alpské zemi je větší výskyt bouřek, a tedy i blesků, takže je to akutnější problém než u nás. Tam se dají naše teoretické výzkumy uplatnit přímo v praxi.“
Inspirace: seizmické vlny po zemětřesení
Během doktorského studia na VUT v Brně pobýval Martin Štumpf také na Technické univerzitě v nizozemském Delftu. Bylo to v laboratoři u profesora Adrianuse de Hoopa, světově uznávaného odborníka na matematické modelování vlnových a difúzních polí. Známý je i proto, že vytvořil metodu pro analýzu seizmického vlnění například po zemětřesení.
Tuto metodu Martin Štumpf s kolegy upravil tak, aby našla zcela nové uplatnění ve výpočtech elektromagnetizmu. Je díky tomu vhodná pro časoprostorovou analýzu antén a dalších elektromagnetických struktur.
Za svůj výzkumný projekt nazvaný „Interakce pulzního elektromagnetického pole s tenkovrstevnými strukturami“ byl v roce 2024 nominován na Cenu předsedy Grantové agentury ČR.
doc. Ing. Martin Štumpf, Ph.D.
Vysokoškolské vzdělání získal na Vysokém učení technickém v Brně, kde v současnosti působí na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií. Po dokončení doktorského studia absolvoval postdoktorské působení na Katolické univerzitě v belgické Lovani. Na VUT v Brně je vedoucím Lerchovy laboratoře elektromagnetického výzkumu na Ústavu radioelektroniky.
Odborně se zaměřuje na modelování pulzních elektromagnetických, akustických a elastodynamických polí, a to především s ohledem na jejich využití v oblasti elektromagnetické kompatibility. V současné době se věnuje vývoji pokročilých matematických modelů pro analýzu časově proměnných elektromagnetických systémů.
Od roku 2017 působí jako docent v oboru teoretická elektrotechnika. Kromě toho je aktivní i na mezinárodní úrovni – jako hostující výzkumník spolupracuje s Technickou univerzitou ve švédském Luleå. V roce 2018 zastával pozici hostujícího profesora na Univerzitě v italské L’Aquile.
Je autorem čtyř odborných monografií.
