Nøgleteknologier til en bæredygtig fremtid: Ioniske væsker som transformative værktøjer i syntese af nanomaterialer

Nanomaterialer er blevet uundværlige for det moderne liv. Mange avancerede teknologier afhænger kritisk af nanomaterialer med definerede strukturer og egenskaber. Teknologiske grænser kunne fremmes yderligere, hvis mere kraftfulde værktøjer til syntese af nanomaterialer kunne gøres tilgængelige.

Dette projekt har til formål at undersøge, hvordan ioniske væsker (salte, som er flydende ved stuetemperatur) styrer dannelsen af nanomaterialer på atomare niveau. Forståelsen vil gøre det muligt at designe ioniske væsker som molekylære værktøjer til konstruktionen af en ønsket nanostruktur. Desuden vil denne transformative syntetiske adgang åbne døren for nye materialer og grønne teknologier for at imødekomme udfordringerne i et bæredygtigt samfund.

Transportomics i planter

Transport af metabolitter over cellemembranen er essentielt for planters overlevelse og fitness, og har vist sig at være vigtigt for kvaliteten af afgrøder i landbruget. Dog er funktionen af tusindvis af transportproteiner stadig ukendt. Vi vil generere den første transportomics database med data fra biokemisk bestemmelse af funktionen af alle transportproteiner i modelplanten gåsemad. Dette kan potentielt revolutionere vores forståelse af transportproteiners biologiske rolle.

For at afkode planternes kemiske sprog vil vi kortlægge de udskilte metabolitter og de transportproteiner, der er tilstede på overfladen af planternes rødder og blade under stresssituationer, hvor intens kommunikation finder sted. Resultaterne vil skabe ny viden og molekylære værktøjer til fremme af bæredygtigt landbrug.

’S40S: Skalérbar analyse og syntese af sikre, små og optimale strategier til cyber-fysiske systemer

Cyber-fysiske systemer (CPS) finder indpas i stort set alle områder af det moderne samfund, lige fra intelligent transport, smart energi, smarte byer til intelligent sundhed. CPS anvender i stigende grad avanceret maskinlæring, hvilket fører til stor forbedring af produkter med hensyn til ydeevne, effektivitet og brugervenlighed. CPS optræder imidlertid ofte i sikkerhedskritiske systemer, som f.eks. selvkørende biler og medicinsk udstyr. Her er behovet for verifikation mod potentielle fatale ulykker og sikkerhedsangreb indlysende og af afgørende vigtighed.

S4OS vil udvikle en ny generation af matematisk velfunderede, skalerbare metoder og værktøjer, der gennem integration af maskinlæring og modelbaserede verifikationsteknikker vil gøre det muligt at konstruere optimale cyber-fysiske systemer, der er garanteret – og kan certificeres – at opfylde afgørende pålideligheds- og sikkerhedskrav. 

Data-drevet opdagelse af funktionelle 2D-materialer

Udviklingen af materialer der kan lede til nye teknologiske landvindinger har traditionelt været en langsommelig og dyr affære baseret på en stor grad af empiri. Med fremkomsten af supercomputere er det blevet muligt at simulere materialer helt ned på det atomare niveau og forudsige hvilke egenskaber et materiale med en given kemisk sammensætning vil have, inden det fremstilles i laboratoriet. Med sit VILLUM projekt vil Kristian Thygesen udvikle software der kombinerer avancerede materialeberegninger med kunstig intelligens og derved gøre det muligt at designe materialer med ønskede egenskaber mere rationelt og effektivt. Metoden vil han bruge til at kaste lys over en ny type nano-materialer bestående af enkelte lag atomer (2D materialer), der kan anvendes som byggesten til næste generation af elektroniske komponenter og muligvis fremtidens kvantecomputere.

Fremtidssikring af bearbejdning af fødevarebiomolekyler

Vores fødevaresystem skal være mere bæredygtigt og robust. Det er nødvendigt at udvikle strategier til forarbejdning af råvarer til fremtidens fødevarer uden at gå på kompromis med sikkerhed, stabilitet og appel, mens ressourcespild minimeres og den ernæringsmæssige værdi optimeres. Kun en integreret fødevaresystemtilgang kan levere grundlæggende viden og nye intelligente forarbejdningsmetoder til at styre dynamikken i interaktionerne mellem komplekse fødevarebiomolekyler, baseret på videnskab om blødt materiale med et specifikt fokus på forholdet imellem struktur og funktionalitet i relevante flerfasesystemer. Dette internationalt førende program vil muliggøre mere modstandsdygtige fødevareprocesser og inspirere en ny generation af forskere, der arbejder i feltet mellem teknik, biokemi og fødevarefysik.

Table-top synkrotroner  

Jeg har et indbygget ønske om at forstå ikke-lineære fysiske fænomener og kontrollere dem til avancerede tekniske anvendelser, der gavner menneskeheden. Derfor arbejder jeg i såkaldt superkontinuum generering i optiske fibre på størrelse med et menneskehår - det indeholder en overflod af smukke ikke-lineære fysiske effekter, såsom generering af de voldsomme rogue waves, der på havet ødelægger skibe. Min ambitiøse vision er at udvikle nye optiske fibre, der kan lede både ultrakorte og ultralange bølgelængder og udvikle ny laserteknologi og teoretisk forståelse for at kontrollere den voldelige superkontinuum proces i dem. Dette vil give mig mulighed for at udvikle en bruger facilitet med lasere, der kan stå på et bord, men dækker bølgelængdeområdet fra 33 til 15.000 nanometer med en lysstyrke der er størrelsesordener kraftigere end 50.000 gange større synkrotroner.

Wireless Architectures for intelligent and Trusted connectivity in the posT-5G ERa (WATER) 

The objective of WATER is to create concepts, theories, and technology for intelligent and trusted wireless connectivity beyond 5G. The research vision is motivated by three trends: (1) The continuous increase in the number and heterogeneity of connections; (2) The wireless infrastructure will evolve towards more openness and disaggregation; (3) A growing number of industries will require reliable, resilient, and predictable wireless connectivity. WATER pursues this vision with four key concepts and ideas: (1) Redesign communication models and protocols to account for the ever-increasing intelligence at the devices; (2) Make learning and predictability and integral part of spectrum allocation and usage; (3) Enrich the communication models with the new developments in physics, such as electromagnetic metamaterials; (4) Enable data exchange by flexibly trading off between privacy and extraction of value from the data.

Smart Battery

Smart Battery er et nyskabende tværfagligt projekt, der sigter mod at transformere batterisystemer ved at tilføje kunstig intelligens og styring af hviletid på celleniveau.  Til anvendelser i elbiler vil data i skyen blive brugt til at gentræne  den oprindelige model for levetiden af batterierne online for at brugertilpasse og forbedre den.  Projektet vil både kunne fremme elektrificeringen af transportsektoren og brugen af batterier til energilagring i boliger, hvilket vil reducere produktionsomkostninger og CO2-emissioner. På det videnskabelige plan vil projektet have stor effekt  ved at redefinere selve filosofien bag batterisystemer. Det vil gøre styringen uafhængig af battericellernes kemiske opbygning samt gøre det muligt at udbalancere ældningseffekter, øge fejltolerancen og få batterisystemer, der er modulære både mht. energi og data. Dette vil åbne nye forskningsfelter i krydsfeltet mellem batterier, effektelektronik og kunstig intelligens.

Belysning af det mørke univers med tyngdebølger

Vi tilbringer vort liv bærende på vægten af tyngdekraften, en af de fundamentale vekselvirkninger i universet. Hvorfor falder ting, og hvordan falder de? Ønsket om at forstå tyngdekraften har udvidet vor viden om universet, og givet os en ny vision af vor planet, af hele solsystemet, og alt hvad der ligger udover.

Den direkte måling af tyngdebølger har åbnet op for en ny æra og et helt nyt vindue til et hidtil usynligt univers, hvor sorte huller  -  den sidste grænse i fysik  -  spiller en nøglerolle. Som atomar spektroskopi drev os mod opdagelsen af kvantemekanik, vil sorte huller gøre det muligt for os at teste og forstå generel relativitetsteori på en helt ny måde. Dette projekt vil undersøge, hvorledes studiet af sorte huller kan virke som indgang til opdagelse af ny fundamental fysik, og dermed skubbe grænserne for det ukendte i naturvidenskab.

Mathematics of the topological open string 

Strengteori har introduceret mange nye ideer til matematik og måske endnu mere bemærkelsesværdigt – nye relationer mellem gamle ideer. For eksempel har det vist sig, at vi lærer nye ting om knuder i et almindeligt tredimensionelt rum ved at se dette rum som en ”rand-betingelse” for den overflade som strengteoretikerens streng danner i et seks-dimensionelt rum. Her bliver knuden måden hvorved strengen ankommer til rummets grænse. Et andet bemærkelsesværdigt forhold er, hvordan denne slags geometri om strenge og rande kan oversættes til geometri af en helt anderledes slags –  den som handler om polynomiale ligninger – på et helt andet rum, relateret til det originale ved en proces, hvor korte afstande på mystisk vis udskriftes til lange! Det er denne slags fænomener Shende vil forfølge som Villum Investigator.