Fundamental principles of protein O-GlcNAcylation 

Proteiner er molekylære maskiner, der udfører alle processer i levende organismers celler. For at tillade flercellede organismer, som dyr, at udvikle sig fra et enkelt befrugtet æg til fødslen, skal proteiner hurtigt reagere på signaler fra naboceller. Dette opnås ved at små kemiske modifikationer af proteiner fungerer som tænd/sluk-kontakter. Mit laboratorium arbejder på sådan en kontakt, et sukker kaldet O-GlcNAc, som er helt afgørende for udviklingen af ​​dyreembryoner af ukendte årsager. Ved at bruge Villum Investigator-bevillingen vil mit hold undersøge, hvilke proteiner der bærer denne O-GlcNAc-kontakt, og hvordan den påvirker proteinernes aktivitet, fører til ændringer i kommunikationen mellem celler i et udviklende embryo, og hvordan proteiner udvælges til at bære denne modifikation. 

Power-efficient fiber-optic communication

Internettrafikken oplever en eksplosiv vækst. Som følge heraf vil de fiberoptiske kommunikationssystemer, som internettet er baseret på, bruge en femtedel af al verdens elektricitet i 2030. Det er ikke bæredygtigt. Der er et presserende behov for øjeblikkelige handlinger for at gøre fremtidige fiberoptiske kommunikationssystemer så strømeffektive som muligt. Den endelige grænse for den mindst nødvendige effekt til at sende og modtage informationen er fastsat af mængden af intern eller fundamental støj, der er forbundet med senderen og modtageren. Min vision med Villum Investigator-bevillingen er at opbygge et tværfagligt forskningsmiljø i verdensklasse, der vil bruge kunstig intelligens til at realisere senderen og modtageren, med minimal mængde tilladt støj, og finde den mest energieffektive tilgang til at sende information over de fiberoptiske netværk.

Center for Environmental and Biological Evolution

Den moderne jord vrimler med plante- og dyreliv med rigelige niveauer af atmosfærisk ilt til at trække vejret. På den tidlige Jord var der dog ingen tydelig tegn på liv, hverken planter eller dyr, og atmosfæren var uden ilt.  Hvordan udviklede Jorden sig til sin nuværende tilstand? Svaret ligger i de kemiske og biologiske signaler, der er tilbage i gamle klipper. EnBiE vil bruge nye tilgange til at læse disse klipper. Vi vil udforske nye måder til både at kvantificere iltniveauer i gamle atmosfærer og at optrævle historien om biologisk udvikling. Derudover vil vi bruge eksperimentelle undersøgelser til at forstå, hvordan iltniveauer kan have påvirket plante- og dyre-evolutionen. Samlet set sigter vi mod at optrævle grundlæggende forhold mellem Jordens biologiske og kemiske udvikling.

Microstructural engineering of additive manufactured metals

Additiv fremstilling (AM), også kaldet 3D-printning, revolutionerer i dag vores muligheder inden for design, produktion og reparation af metalliske komponenter. Dog er det kæmpe potentiale, der er i mikrostrukturel optimering, og som i meget høj grad benyttes inden for konventionel fremstilling, slet ikke systematisk udnyttet inden for metal-AM. I dette Villum MicroAM projekt vil vi introducere mikrostrukturel optimering ved at skræddersy selve AM-processen, samt ved efterfølgende deformation og varmebehandling af AM-komponenter.  Målet er at kunne optimere det printede metals egenskaber, samt at kunne forudsige de ændringer, der vil ske, når en AM-komponent er i brug. Små porer og huller i den printede struktur, samt indre spændinger kan ikke undgås, når man fremstiller metalliske komponenter ved AM. En ny udfordring bliver derfor at inkorporere porer og indre spændinger i den mikrostrukturelle optimering, men netop disse to parametre vil også give unikke design-muligheder.

Time in astrophysics

Projektet vil dels kortlægge nye variable kilder i det fjerne univers, dels kaste lys over nogle af de største mysterier inden for moderne astrofysik. Vi vil undersøge, hvordan kosmisk strukturdannelse giver tiden en retning og vi vil adressere uløste spørgsmål, som relaterer sig til universets alder og dannelsen af de første galakser efter Big Bang. Vi vil undersøge om disse spørgsmål kræver revision af vores model for universet eller om de kan løses gennem en bedre forståelse af de underliggende astrofysiske processer. Forskningen vil i høj grad blive baseret på observationer med moderne satellitter og teleskoper. De enorme datamængder vil blive analyseret med supercomputere. Forskningsteamet vil lægge vægt på kreativ tænkning og et inkluderende arbejdsmiljø.

Planeters beboelighed (PLANETS)

Solsystemet er længe blevet anset som det eneste beboelige planetsystem. Denne antagelse er blevet udfordret af opdagelsen af at planeter omkring sollignende stjerner er hyppige, hvilket øger muligheden for at planeter som Jorden, og måske livet, eksisterer andre steder. Disse opdagelser har ledt til begrebet planetarisk beboelighed, som definerer betingelserne på en planets overflade der kræves for at liv kan udvikle sig. Målet med PLANETS er at forstå hvordan klippeplaneters dannelsesproces modulerer deres indhold af flygtige molekyler, den atmosfæriske sammensætning og veje mod den kemiske kompleksitet der er afgørende for liv. Vores overordnede mål er at udvikle en teori som forklarer Solsystemets klippeplaneters kemiske sammensætning, så vi kan vurdere beboeligheden af planeter uden for vores eget Solsystem.

Basic Algorithms Research Copenhagen (BARC) 

Formålet med Basic Algorithms Research Copenhagen (BARC) er at opnå dyb forståelse af algoritmiske problemers beregningskompleksitet, dvs. hvordan computere kan løse problemer med minimal brug af ressourcer. Det er teoretisk forskning, der også har haft stor praktisk betydning. Vi tiltrækker talent fra hele verden til et ambitiøst miljø med vægt på kreativitet og samarbejde. Vi udforsker centrale områder, med store forståelseshuller, i håb om overraskende gennembrud. F.eks. er tilfældige hashfunktioner afgørende i dataanalyse, men der er store kløfter mellem teoretisk forståelse og praktisk implementering. Vores mission er at bygge bro over den slags kløfter og afdække fundamentale grænser for algoritmisk effektivitet.

Center for Anytime & Anywhere Analytics

Vi er på kanten af en ny oplysningstid i menneskehedens historie, muliggjort af nye mobile og immersive teknologier, radikale fremskridt inden for kunstig intelligens og maskinlæring og umiddelbar adgang til data indsamlet hvor som helst og tilgængelig når som helst. På grundlag af en Villum Investigator-bevilling, vil Center for Anytime & Anywhere Analytics (CA3) fremme en datadrevet, immersiv og allestedsnærværende form for analyse, hvor folk er styrket til at arbejde sammen i at skabe mening af massive mængder data ved hjælp af næste generation af XR (Extended Reality) teknologier. Centret ledes af prof. Niklas Elmqvist, der er ansat på Institut for Datalogi ved Aarhus Universitet, og som vil tackle samfundsmæssige udfordringer indenfor produktion, videnskabelig forskning og videregående uddannelser.

Architected Materials and Structures with Randomness And Defects (AMSTRAD)

Mikrostrukturer i biologiske systemer er ofte tilfældige, hvorimod menneskeskabte materialer er næsten perfekt periodiske. Så hvad er optimalt – tilfældigt eller periodisk? Svaret kan være simpelt i og med at naturlige processer og evolution er fundamentalt tilfældige, hvorimod begrænset menneskelig indsigt, mangel på systematiske modellerings- og designmetoder eller begrænsninger i fremstillingsmetoder favoriserer simpel periodicitet. På den anden side kan tilfældigheder og defekter potentielt udnyttes til at designe fremtidens endnu mere effektive materialer. AMSTRAD projektet udvikler metoder til at optimere materialer med henblik på at besvare spørgsmål omkring optimalitet af materialetilfældigheder inden for fysiske anvendelsesområder som mekanik, strømninger, akustik og kvanteoptomekaniske systemer.

Estimates for L-functions

L-funktioner er matematiske objekter, der hjælper os med at forstå primtallene og deres fordeling. Selvom de er blevet studeret i århundreder, forbliver de genstand for grundlæggende åbne problemer, såsom den berømte Riemann-hypotese. Et relateret problem er at bestemme, hvor hurtigt L-funktioner vokser. Overraskende nok kan dette forbindes med mange andre grundlæggende spørgsmål inden for talteori (såsom fordelingen af heltalspunkter på sfærer) og kvantekaos (såsom fordelingen af visse høj-energi kvantepartikler). Nylige fremskridt for dette problem trækker på en række grene af matematikken. Vi vil samle eksperter for at udvikle nye metoder til stringent analyse af L-funktioner med det mål at få dybere indsigt i disse mystiske objekter og tackle udestående åbne problemer.

Molecular and atomic clocks for fundamental science

Vores forståelse af den fysiske verden er ikke fuldstændig. For eksempel forstår vi ikke, hvad mørkt stof er, vi kender ikke årsagerne til den relative mangel på antistof i universet, og vi ved ikke, hvordan tyngdekraften opfører sig ved de små størrelsesforhold, hvor kvantefysikken gælder. Et af de mest præcise redskaber, der findes, er atomure, som bruger en spektrallinje fra et atom til nøjagtigt at angive den hastighed, uret tikker med. Formålet med vores projekter er at udvikle ure, som tikker med en hastighed, der bestemmes af vibrationer i molekyler bestående af to sammenbundne atomer. Molekylære ure fungerer ved en anden fysisk mekanisme end atomure og kan bidrage til at teste vores viden om grundlæggende fysiske kræfter og lede efter nye, der måske opstår ved meget små rumlige størrelsesforhold. Disse mål inspirerer os til at udvikle teknikker, der kan bruges til at kontrollere molekyler på kvanteniveau.