Simulācijas zinātnes stimulācijai
Finansējums: Latvijas Universitātes Fonda 2021. gada konkurss projektiem dabaszinātnēs un medicīnā, finansēts no SIA “Mikrotīkls” ziedojuma.
Summa: 15074.54 EUR
Projekta partneri: LU Lāzeru centrs, LU MMML, LU Fizikas institūts
Projekta īstenošanas periods: 01.05.2021 - 01.12.2021, publicitātes aktivitātes līdz 31.12.2022.
Projekta numurs: 2259
LU fonda administrēts SIA "Mikrotīkls" ziedojums nodrošina pieeju modernai fizikālo simulāciju videi
Pateicoties SIA "Mikrotīkls" ziedojumam, ko administrē Latvijas Universitātes (LU) fonds, Latvijas Universitātes Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes Lāzeru centrs, Magnētisku mīkstu materiālu laboratorija un Latvijas Universitātes Fizikas institūts projekta “Simulācijas zinātnes stimulācijai” ietvaros saņems jaunu programmatūru un darba staciju 15074.54 eiro vērtībā, kas tiks izmantotas resursietilpīgu fizikālo simulāciju veikšanai izmantojot COMSOL simulāciju vidi. Šis ir lielisks piemērs, kā zinātņietilpīgs uzņēmums palīdz attīstīties zinātnei Latvijā, vienlaicīgi paaugstinot jaunu, uz zinātni balstītu uzņēmumu rašanās iespēju.
Pasaules vadošajās zinātniskajās institūcijās (ASV, Šveice, Vācija) novērotās tendences rāda, ka šobrīd aizvien lielāks uzsvars tiek likts uz dažādu sistēmu skaitlisko modelēšanu. Tas viegli izskaidrojams ar to, ka dažādu komponenšu maksimāli efektīva darbība kļūst kritiska visdažādāko pielietojumu perspektīvā. Precīzi skaitliskie modeļi ne vien ietaupa resursus tiešai iekārtu veidošanai, bet būtiski ietaupa arī iesaistīto speciālistu laiku - modeļa (prototipa) iekārtu izveide ir laikietilpīgs process, un dažādu komponenšu optimizācija jau reālu iekārtu izskatā ir pieaugoši sarežģīta. Vēl jo vairāk, dažādu iekārtu darbību bieži nodrošina dažādu komponenšu mijiedarbība, un noteikt kura no tām ir vainīga pie neoptimālas iekārtas darbības jau vien var aizņemt vairākas nedēļas. Tāpat visā pasaulē novērojams, ka fizikālo modeļu, kas ir interesanti Latvijas Universitātes Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātes (LU FMOF) Lāzeru centra Krāsu centru laboratorijai, LU FMOF Lāzeru centra Atomu un molekulu fizikas laboratorijai, LU FMOF Magnētisku mīkstu materiālu laboratorijai, LU Fizikas institūta Siltuma un masas pārneses laboratorijai un LU Fizikas institūta Magnētiskās hidrodinamikas tehnoloģiju laboratorijai, perspektīvā plaši tiek izmantota tieši COMSOL modelēšanas vide.
Šī projekta mērķauditorija ir LU zinātnieki un studenti, un kopējais labuma guvēju skaits vērtējams ar kārtu 70 cilvēki. Šo COMSOL programmatūru un darba staciju izmantos: magnētiskā lauka avotu ģeometriju aprēķināšanā; efektīvu mikroviļņu starotāju veidošanā; vienkāršoti mikrofluidikas sistēmas, plūsmas modelēšanā mazos izmēros, un magnētisko un elektrisko lauku ietekmes pētīšanā uz šādām vidēm; degšanas procesu modelēšanā; eksperimentālo rezultātu interpretācijas uzlabošanā; pastāvīgo magnētu sistēmu un to radītās šķidrā metāla plūsmas aprēķināšanā; skaitlisko pētījumu turpinājumos un arī jaunu simulācijas iestrādņu veidošanā uz eksperimentāliem pamatiem.
Šis projekts potenciāli dos pienesumu virknei projektu:
LU Lāzeru centrā projektiem, kas saistīti ar laicīgu Malārijas identificēšanu organismā, magnētisko peldētāju lodītes zāļu transportam, jaunu plāno kārtiņu materiālu izpētē, kā arī magnetometru izstrādē, kas saistīti gan ar nacionālās drošības uzlabošanu (NATO projekts), gan ar kosmisko izpēti (Eiropas kosmosa aģentūras projekts);
LU Fizikas institūta Magnētiskās hidrodinamikas tehnoloģiju laboratorijā projektiem, kas saistīti ar rotējošu magnētu iekārtu izveidi, kas paredzētas metāla sūknēšanai, atgāzēšanai un pārkausēšanai metalurģijā, šķidro metālu plūsmu izpētē siltuma aizvadīšanai kodolsintēzes reaktoru kontekstā;
LU Magnētisku mīkstu materiālu laboratorijā projektiem, kas saistīti ar magnētiskā lauka lietojumu šķidrumu efektīvai samaisīšanai, jaunu materiālu izveidei, izmantojot pilnveidotas mikrokanālu sistēmas;
LU Fizikas institūta Siltuma un masas pārneses laboratorijā projektiem, kas saistīti ar biokurināmā degšanas procesa aprakstam, kā arī magnētisko šķidrumu ar mikrostruktūru hidrodinamikā.
No projekta LU iegūst zinātnes izaugsmi augstas kvalitātes zinātnisko pētījumu veidā, kas ir pamats zinātnē balstītai augstākajai izglītībai, kā arī ir finansiālais dzinējspēks zinātnei LU ietvaros. Tāpat šis projekts nodrošina tiešu ieguldījumu jauno speciālistu sagatavošanā, nodrošinot apmācību pie starptautiski plaši lietotas simulāciju vides (kombinācijā ar datoru, kas šādas simulācijas spēj veikt saprātīgā laikā) gan bakalaura, gan maģistra, gan doktorantūras studiju līmeņos, kā arī paver plašas iespējas pēcdoktorantiem un jau pieredzējušiem zinātniekiem, tādējādi palielinot konkurētspēju.
Latvijas veiksmes stāsts SIA "Mikrotīkls" iegulda Latvijas zinātnē, veicinot jaunu veiksmes stāstu rašanos
SIA "Mikrotīkls" Latvijas Universitātes (LU) saimei ir pazīstams kā dāsns mecenāts, kas jau ilgstoši sniedzis atbalstu LU zinātnei. Šis stāsts ir par tikai vienu no LU fonda administrēto SIA "Mikrotīkls" ziedojumu attīstītajiem virzieniem, tomēr tas parāda, kādu attīstības potenciālu var iedot uzņēmēji, ja tie atbalsta zinātniekus brīdī, kad tiem nav daudz vairāk kā idejas un entuziasms.
Šī stāsta sākums ir 2017. gads, kad divi zinātnieki, viens pārstāvot LU Magnētisku Mīkstu Materiālu Laboratoriju, un otrs pārstāvot LU Lāzeru Centru, ticot savai idejai par magnētiskā lauka mikroskopijas attīstības potenciālu Latvijā, uzrakstīja projekta pieteikumu “Magnētiskā lauka attēlošanas eksperimentālās iekārtas uzlabošana” LU fonda administrētajam SIA "Mikrotīkls" projektu konkursam. Un par spīti daudziem, kas neticēja veiksmīgam iznākumam, LU fonds nolēma atbalstīt projektu ar 43000 EUR iekārtu un programatūras iegādei.
Šis ieguldījums ļāva veiksmīgi uzsākt vienu pēcdoktorantūras pētniecības atbalsta projektu, kas LU piesaistīja finansējumu 133000 EUR apmērā (85% ERAF finansējums, 10% Latvijas valsts budžeta finansējums un 5% LU finansējums). Šī projekta rezultātā tika attīstīta sadarbība ar Linšēpingas Universitāti Zviedrijā, kas ļāva pielietot magnētiskā lauka mikroskopiju plāno kārtiņu kvalitātes pārbaudei, kā arī mikroskopisku magnētisku defektu ķīmiskā sastāva noteikšanai, ko līdz tam nebija iespējams izdarīt ar esošajām, plaši lietotām, metodēm. Šī projekta rezultātā izdevās radīt trīs jaunas zinātniskas publikācijas. Turklāt veiksmīgās zinātniskās darbības rezultātā izdevās piesaistīt arī sen no Latvijas aizbraukuša zinātnieka uzmanību, un kopīgu interešu mudināts zinātnieks ar Šveices, Vācijas un ASV pieredzi atgriezās Latvijā, sev līdzi atnesot projektu ar 152000 EUR finansējumu (85% ERAF finansējums un 15% Latvijas valsts budžeta finansējums), kura pamatā bija magnētiskā lauka mikroskopija, un izpētes virziens bija agrīna un neinvazīva malārijas detektēšana cilvēka organismā. 2020. gadā, jau apvienotiem spēkiem, tika iegūts Latvijas Zinātnes padomes projekts 100389 EUR vērtībā, kas bija tieši saistīts ar kvantu magnētiskā lauka mikroskopa tehnoloģijas attīstību Latvijā.
Realizējot divus pēdējos minētos projektus LU Lāzeru centra komanda, kopā ar Magnētisku Mīkstu Materiālu Laboratorijas komandu sāka izjust, to, ka pret saviem konkurentiem citās attīstītajās valstīs LU pietrūkst divu svarīgu komponenšu: plaši lietota simulāciju vide (COMSOL) un iespēja pašiem izgatavot savus sensorus kvantu magnētiskajam mikroskopam, kam bija nepieciešama atkvēlināšanas krāsns. Zinot, ka abas minētās lietas tiek lietotas arī citos zinātņu novirzienos, komanda uzrunāja arī citas LU struktūrvienības, un atrada zinātniekus ar līdzīgām vajadzībām divās LU Fizikas institūta laboratorijās un LU Ķīmiskās fizikas institūtā. Šo sarunu rezultātā tika secināts, ka Latvijas valsts kontrolētajiem finansējuma avotiem ir kāda fundamentāla problēma - tie neļauj iegādāties programatūru, un ierobežo arī naudas līdzekļu summu elektronisko iekārtu iegādei, uzliekot augšējo robežu 500 EUR, kas ir absolūti nepietiekama zinātniskas aparatūras iegādei (šajā gadījumā modernai vakuumkrāsnij un datoram, kas spētu nodrošināt nepieciešamos resursus nopietnu fizikālu simulāciju veikšanai).
Kvantu magnētiskais mikroskops darbībā
Vakuumiekārta, atkvēlināšanas krāsns
un divi no LU Lāzeru centra zinātniekiem
Zinot, ka LU fondam ir daudz individuālāka pieeja projektu problemātiku risināšanai, nu jau diezgan kuplā zinātnieku komanda 2021. gada sākumā nolēma veidot divus projektu pieteikumus. Vienu, jaudīgas simulāciju vides COMSOL un atbilstošas darba stacijas iegādei (projekts: Simulācijas zinātnes stimulācijai, 15000 EUR), un otru, atkvēlināšanas krāsns iegādei, kas nodrošinātu gan kvantu magnētiskā lauka mikroskopa sensoru izveidi, gan nanoizmēru sensoru masīvu izveidi, izmantojot nanoporaina alumīnija oksīda veidnes (projekts: Atkvēlināšanas krāsns jaunu nanometru izmēru sensoru un ierīču izveidei, 3900 EUR). Un LU fonds un SIA “Mikrotīkls” iedziļinoties problēmu specifikā nolēma atbalstīt abus šos projektus, kopumā piešķirot gandrīz 19000 EUR.
Zinātnieku komanda nepalika atbildi parādā, un izmantojot iegūtās iespējas jau 2021. gada beigās izcīnīja divus Latvijas Zinātnes Padomes projektus ar kopējo finansējumu 600000 EUR. Viens no tiem saistīts ar nanoizmēru daļiņu detektēšanu izmantojot kvantu magnētiskā lauka mikroskopu, otrs ar jaunu magnētiskā lauka sensoru izveidi augstu elektrisko strāvu stabilizācijai.
Kopvērtējumā aptuveni piecu gadu laikā LU zinātniekiem 62000 EUR atbalstu izdevies pārvērst par projektiem gandrīz 1000000 EUR vērtībā, un zinātnieku komanda, kuras sastāvā ir lielākoties jauni pētnieki, kas savu doktora grādu ieguvuši pēdējos desmit gados vai tikai grasās to aizstāvēt, ir pārliecināta: “mēs vēl tikai sākam”. Viss šis līdzekļu kopums ir tieši veicinājis astoņu augstas kvalitātes zinātnisko rakstu tapšanu, divus aizstāvētus bakalaura darbus, vienu aizstāvētu maģistra darbu, un vienu aizstāvētu doktora darbu, kā arī viens doktora darbs šobrīd ir tapšanas stadijā, un, jāatgādina, ka šie ir rezultāti sasniegti ar projektiem, kas attiecināmi uz laika periodu, līdz 2021. gada beigām, kad pēdējie divi minētie projekti vēl nebija izcīnīti.
Šis ir lielisks piemērs, kā zinātņietilpīgs uzņēmums palīdz attīstīties zinātnei Latvijā, vienlaicīgi paaugstinot jaunu, uz zinātni balstītu uzņēmumu rašanās iespēju. Turklāt šis akcentē to, cik svarīgs ir atbalsts jaunajiem zinātniekiem, tieši sākotnējos karjeras posmos, jo tas ir brīdis, kad vienkārši relatīvi īsa CV dēļ ir ļoti grūti izcīnīt finansējumu kā starptautiskā, tā vietējā arēnā.
Ilgākā termiņā šo projektu mērķauditorija ir LU zinātnieki un studenti, un kopējais labuma guvēju skaits vērtējams ar kārtu 70 cilvēki. No projektiem LU iegūst zinātnes izaugsmi augstas kvalitātes zinātnisko pētījumu veidā, kas ir pamats zinātnē balstītai augstākajai izglītībai, kā arī ir finansiālais dzinējspēks zinātnei LU ietvaros. Tāpat šie projekti ir nodrošinājuši un turpina nodrošināt tiešu ieguldījumu jauno speciālistu sagatavošanā, nodrošinot apmācību pie starptautiski plaši lietotas simulāciju vides (kombinācijā ar datoru, kas šādas simulācijas spēj veikt saprātīgā laikā), kā arī praktisku iemaņu iegūšanā lietojot un veidojot eksperimentālās iekārtas gan bakalaura, gan maģistra, gan doktorantūras studiju līmeņos, kā arī paver plašas iespējas pēcdoktorantiem un jau pieredzējušiem zinātniekiem, tādējādi palielinot konkurētspēju starptautiskā līmenī.
Un šobrīd jau ir vairāki indikatori tam, ka attīstība notikusi veiksmīgi: iegūti zinātniskie projekti, interese no ārvalstu zinātniskajām institūcijām par iespējām sadarboties, kā arī praksē pie kvantu magnētiskā mikroskopa braukuši studenti no ārvalstīm. Tā pat jāatceras, ka no kopējo projektu finansējuma apjoma 30%-40% tiek samaksāti nodokļos.
Projektā “Simulācijas zinātnes stimulācijai” iegūtā COMSOL programmatūra un darba stacija tiek izmantota: magnētiskā lauka avotu ģeometriju aprēķināšanā; efektīvu mikroviļņu starotāju veidošanā; mikrofluidikas sistēmu modelēšanā, plūsmas modelēšanā mazos izmēros, un magnētisko un elektrisko lauku ietekmes pētīšanā uz šādām vidēm; degšanas procesu modelēšanā; eksperimentālo rezultātu interpretācijas uzlabošanā; pastāvīgo magnētu sistēmu un to radītās šķidrā metāla plūsmas aprēķināšanā; skaitlisko pētījumu turpinājumos un arī jaunu simulācijas iestrādņu veidošanā uz eksperimentāliem pamatiem.
Šis projekts potenciāli dos pienesumu virknei projektu:
LU Lāzeru centrā projektiem, kas saistīti ar laicīgu Malārijas identificēšanu organismā, jaunu plāno kārtiņu materiālu izpētē, kā arī magnetometru izstrādē, kas saistīti gan ar nacionālās drošības uzlabošanu (NATO projekts), gan ar kosmisko izpēti (Eiropas kosmosa aģentūras projekts), gan ar lielu līdzstrāvu precīzu stabilizēšanu, ko pēc gadiem varbūt varēs izmantot CERN pētījumos.
LU Fizikas institūta Magnētiskās hidrodinamikas tehnoloģiju laboratorijā projektiem, kas saistīti ar rotējošu magnētu iekārtu izveidi, kas paredzētas metāla sūknēšanai, atgāzēšanai un pārkausēšanai metalurģijā, šķidro metālu plūsmu izpētē siltuma aizvadīšanai kodolsintēzes reaktoru kontekstā;
LU Magnētisku Mīkstu Materiālu Laboratorijā projektiem, kas saistīti ar magnētiskā lauka lietojumu šķidrumu efektīvai samaisīšanai, jaunu materiālu izveidei, izmantojot pilnveidotas mikrokanālu sistēmas;
LU Fizikas institūta Siltuma un masas pārneses laboratorijā projektiem, kas saistīti ar biokurināmā degšanas procesa aprakstu, kā arī magnētisko šķidrumu ar mikrostruktūru hidrodinamikā.