Do tej pory w Europie działały dwie główne sieci koordynujące współpracę instrumentów naziemnych. Jedna miała związek z obserwacjami astronomicznymi w zakresie widzialnym (OPTICON), a druga w zakresie radiowym (RadioNet). Taka sytuacja trwała przez ponad 20 lat. Teraz zdecydowano o połączeniu sił obu tych grup.

Wraz z rozwojem wiedzy astronomicznej naukowcy potrzebują coraz bardziej zaawansowanych instrumentów, a także takich, które będą się wzajemne uzupełniać. Coraz częściej obserwacje astronomiczne wymagają połączenia analiz na różnych długościach fali elektromagnetycznej. Duży nacisk kładzie się na ujednolicenie metod i narzędzi obserwacyjnych oraz poszerzenie dostępu do wielu różnych instrumentów astronomicznych.

Nowa sieć ORP ma zapewnić europejskim naukowcom dostęp do teleskopów z szerokiego zakresu oraz wesprzeć rozwój młodych badaczy. Projekt dysponuje finansowaniem w wysokości 15 milionów euro w ramach programu Horyzont 2020 realizowanego przez Europejską.

Projekt jest kierowany przez francuski CNRS, brytyjski Uniwersytet Cambridge i niemiecki Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka. Łącznie współpraca obejmuje 37 instytucji naukowych z 15 krajów europejskich, Australii i RPA. Z Polski udział wezmą Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz Uniwersytet Warszawski.

Prace naukowe na UMK będą koordynowane przez dr hab. Agnieszkę Słowikowską, zastępcę dyrektora Instytutu Astronomii UMK ds. Infrastruktury Badawczej. Co więcej, Polka została wybrana na przewodniczącą zespołu koordynującego ORP (Chair of the ORP Board), w skład którego wchodzi 37 reprezentantów wszystkich instytucji zaangażowanych w działalność sieci. Ze strony UMK w ramach nowej sieci dostępny będzie największy polski 32-metrowy radioteleskop oraz największy na terenie naszego kraju teleskop optyczny ze zwierciadłem o średnicy 90 cm.

Z kolei udziałem naukowców z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego będzie koordynował prof. dr hab. Łukasz Wyrzykowski, którego zespół już od 2013 roku brał udział w pracach sieci OPTICON. Na bazie zdobytego doświadczenia zespół opracował system internetowy do obsługi wielu teleskopów i wysyłania zamówień na systematyczne obserwacje tych samych obiektów w celu badania ich zmienności. Astronomowie z Warszawy będą odpowiadać za koordynację działania małych i średnich teleskopów naziemnych. Ich celem naukowym będzie monitorowanie zmienności czasowej interesujących obiektów. Sieć składa się z około 100 teleskopów, w tym około 50 robotycznych, rozproszonych po całym świecie. W jej skład wchodzi m.in. Północna Stacja Obserwacyjna UW w Ostrowiku z 60 cm teleskopem optycznym. (PAP)

Aby istniało życie, konieczne są procesy przekazywania energii i elektronów w ramach cząsteczek chemicznych i pomiędzy nimi. Podczas przeniesienia elektronów – a więc cząstek niosących ujemny ładunek elektryczny – przeskakują one z jednego miejsca w cząsteczce chemicznej w inne. Przeniesienie elektronów to choćby podstawa fotosyntezy, w której foton – cząstka światła – wzbudza cząsteczkę chlorofilu i wybija z niej elektron, który ucieka wtedy w inne miejsce. Zgromadzona w tym procesie energia w finale napędza pracę komórki. Proces przeniesienia elektronu jest też niezbędny do reperacji uszkodzonego DNA czy do pracy niektórych enzymów. Ma też jednak znaczenie w inżynierii – choćby w budowie ogniw fotowoltaicznych i technologiach fotonicznych.

Chemicy od dawna wiedzieli, że elektron może przeskakiwać na niewielkie odległości. Były też już jednak znane procesy przeskakiwania (ang. hopping) elektronów na większą odległość (to tzw. przeniesienie elektronów dalekiego zasięgu – ang. long-range electron transfer). Dotąd obserwowano tylko takie sytuacje, w których elektron skakał na sporą odległość, ale pod warunkiem, że miał na swojej drodze „schodki”, miejsca w cząsteczce, po których mógł po drodze kolejno przeskakiwać, aby w rezultacie przebyć dłuższą trasę.

Teraz zespół naukowców pod kierunkiem prof. Daniela Gryko z Instytutu Chemii Organicznej PAN pokazał nowy sposób takiego przenoszenia elektronów poprzez tunelowanie (ang. tunneling) – tzn. bez tradycyjnych „schodków”.

„W naszych badaniach po raz pierwszy udało się udowodnić, że proces przeniesienia elektronów może zachodzić pomiędzy przeciwległymi i położonymi daleko od siebie fragmentami, pod warunkiem, że w cząsteczce istnieje sieć wewnętrznych wiązań wodorowych” – streszcza w rozmowie z PAP prof. Daniel Gryko. To kierownik zespołu, którego badania ukazały się w prestiżowym czasopiśmie PNAS.

W badaniach brali udział badacze z IChO PAN: Rafał Orłowski (pierwszy autor pracy), prof. Agnieszka Szumna i dr Olga Staszewska-Krajewska, ale również badacze z Kalifornii (zespoły kierowane przez prof. Harrego Graya oraz przez prof. Valentine Vulleva) .

Pokazanie tego procesu było bardzo trudne – naukowcy musieli zaprojektować i wytworzyć cząsteczkę, w której dojdzie do takiego przeniesienia elektronów. Badania zajęły im trzy lata, ale trud ten się opłacił. W cząsteczce tej elektron przenosił się z jednego końca cząsteczki na drugi, chociaż byłoby to niemożliwe gdyby kształt cząsteczki był liniowy.

Kluczowe jest to, że cząsteczka zaprojektowana przez naukowców nie była liniowa ale raczej zawinięta w kształt skorpiona. Molekuła ta składająca się z kilku aminokwasów posiada w swojej budowie część bogatą w elektrony (donor), oraz ubogą w elektrony (akceptor). Elektrony z jednego końca cząsteczki miały więc „ochotę” dostać się na drugi jej koniec, ale podróż ładunku wzdłuż całej cząsteczki nie była możliwa. Jedyne, co się mogło tam zadziać, to skok elektronu z „głowy” skorpiona na jego „ogon”. Badacze pokazali, że jest to możliwe – dzięki temu, że podczas skoku elektron mógł skorzystać z obecności wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych, które się znalazły na jego trasie – a więc sił, które spinały ogon i głowę skorpiona. Nowatorskim pomysłem było takie dobranie donora i akceptora aby tworzyły wiązania wodorowe.

„Spodziewamy się, że inne zespoły wykorzystają ten model i naszą wiedzę, by zaprojektować swoje cząsteczki do innych celów – nie tylko chodzi o biologię molekularną, ale i o chemię materiałową” – mówi prof. Gryko. Ma nadzieję, że nowa wiedza o przenoszeniu elektronów w cząsteczkach pomoże nie tylko lepiej zrozumieć działanie białek, ale również pomoże w opracowaniu nowych rozwiązań szczególnie powiązanych z ogniwami słonecznymi.

„W naszych badaniach pokazujemy, że krótkie peptydy, zawierające zaledwie cztery reszty aminokwasowe, zapewniają sieć wiązań wodorowych, która może pośredniczyć w przenoszeniu elektronów z niezwykle wysoką wydajnością. Praca ta nie tylko zmienia spojrzenie na projektowanie cząsteczek, w których zachodzi przeniesienie elektronu, ale także sugeruje motywy strukturalne pośredniczące w transmisji elektronów w białkach” – podsumowuje prof. Gryko.

PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

Sztuczne sieci neuronowe używane są dziś w coraz większej liczbie zastosowań: w rozpoznawaniu mowy i głosu, obrazów, w tłumaczeniu tekstów, w sterowaniu pojazdami autonomicznymi. „Ilość danych, które chcemy przetwarzać, rośnie, a moc obliczeniowa potrzebna sieciom neuronowym jest bardzo duża i osiąga już limity. Poza tym do przetwarzania tych danych potrzebna jest ogromna ilość energii. Warto zastanowić się więc nad nowymi technologiami” – mówi w rozmowie z PAP prof. Michał Matuszewski z Instytutu Fizyki PAN.

Jego zdaniem nadzieją jest tu przechodzenie z urządzeń elektronicznych – działających za sprawą elektronów – do urządzeń, które wykorzystywać będą fotony, a więc cząstki światła. „Fotony są o tyle dobre, że – w przeciwieństwie do elektronów – ich propagacja odbywa się właściwe bez strat energii” – mówi prof. Matuszewski. Zwraca uwagę, że od dawna stosuje się już tę ideę w telekomunikacji – do przesyłania informacji na duże odległości wykorzystywane są przecież światłowody, a nie elektroniczne kable. Światło jednak cały czas nie jest jeszcze stosowane w wykonywaniu obliczeń komputerowych.

Rys: Mateusz Król, Wydział Fizyki UW, R. Mirek et al., Nano Letters 2021

Fotony są o tyle trudne do wykorzystania w obliczeniach, że – w przeciwieństwie do elektronów – nie oddziałują ze sobą. A takie oddziaływania przydają się choćby do wykonywania operacji w tradycyjnych bramkach logicznych. Naukowcy z FUW – jako pierwsi na świecie – zbudowali sieć neuronową, której działanie jest oparte o fotony zachowujące się tak, jakby miały masę (kwazicząstki – tzw. polarytony). Badania ukazały się w czasopiśmie naukowym „Nano Letters” (https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04696 ).

„My w swoich badaniach proponujemy rozwiązanie, które jest hybrydą elektroniki i fotoniki. Sieci neuronowe, które zaprojektowaliśmy, mają niskie zużycie energii, ale pozwalają wykonywać operacje z dużą skutecznością” – mówi prof. Michał Matuszewski.

W badaniach Polaków fotony więzione są w tzw. mikrownękach optycznych – wpuszcza się je pomiędzy dwa supergładkie lustra. „W takich warunkach można sprawić, że zachowują się jak cząstki z bardzo małą masą. Dołożenie do tego elektronów powoduje, że one mogą ze sobą oddziaływać. Fotony takie nazywamy polarytonami. Mamy więc tam silne oddziaływanie światła z materią” – mówi współautorka pracy dr hab. Barbara Piętka.

„Światło to wykorzystaliśmy do nauki rozpoznawania wzorców” – mówi PAP Michał Matuszewski. I opisuje, że sieć optyczną nauczono rozpoznawania odręcznie pisanych cyfr (tzw. baza MNIST) ze skutecznością 96 proc. A to znaczy, że sztuczny neuron myli odręcznie napisane cyfry tylko raz na 25 prób. A podczas wykonywania jednej operacji zużywa bardzo mało energii – zaledwie 16 pikodżuli.

„To na razie prototyp. Zrealizowaliśmy sztuczny neuron, a konkretnie 1 bramkę logiczną XOR, która wykonuje operacje w sposób sekwencyjny – jedna po drugiej” – mówi prof. Matuszewski.

Rys: Schemat ideowy zastosowania kondensatów polarytonów ekscytonowych jako elementu nieliniowej bramki optycznej XOR. Binarna sieć neuromorficzna została zrealizowana z bramek XOR i zastosowana do rozpoznawania odręcznie pisanych cyfr ze zbioru danych MNIST. Rys: Mateusz Król, Wydział Fizyki UW, R. Mirek et al., Nano Letters 2021 

Pierwszy autor publikacji Rafał Mirek dodaje, że bramka XOR jest bramką wykonującą operacje logiczne. Jest ona jednak o tyle szczególna, że to bramka nieliniowa. „Na układzie, w którym wykonaliśmy naszą bramkę, możemy zrealizować dowolną inną bramkę logiczną i wykonywać przeróżne operacje logiczne” – zwraca uwagę.

A kolejny autor pracy, Andrzej Opala dodaje: „Światło i materię mieszamy po to, żeby oddziaływania, które powstają w układzie, miały charakter nieliniowy. Nieliniowość ta jest niezbędna do efektywnej realizacji sztucznego neuronu”.

Prof. Barbara Piętka uszczegóławia, że polarytony mają – w odróżnieniu od zwykłych fotonów – bardzo małą (ale niezerową) masę. Przez to następuje tam przejście do tzw. kondensatu Bosego-Einsteina. „Mówi się, że kondensat Bosego-Einsteina to piąty stan materii: po ciele stałym, cieczy, gazie czy plazmie. To układ, w którym cząstki – a dokładniej bozony, wykazują nowe własności kwantowe. Przejście do tego stanu jest silnie nieliniowe” – opowiada.

Na razie eksperymenty zespołu wykonywane są w temperaturach ciekłego helu. „Pracujemy już nad układami działającymi w temperaturze pokojowej. Jesteśmy przekonani, że to da się zrobić. A jest to ważny warunek, żeby rozwiązanie mogło znaleźć praktyczne zastosowanie w technologii” – mówi jeden z autorów badania, dr inż. Krzysztof Tyszka.

Naukowiec zapytany jak sobie wyobraża – w odległej przyszłości – praktyczne zastosowania fotonicznych sieci neuronowych, odpowiada: „na końcu drogi chcielibyśmy, stworzyć scalony układ fotoniczno-elektroniczny, który można byłoby np. wykorzystać jako układ sterowania samochodu autonomicznego. Takie układy mogłyby przetwarzać informacje o warunkach na drodze znacznie efektywniej niż dotychczas – przy niskim zużyciu energii, bez potrzeby łączenia się z Internetem”.

PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

Badacze z dr. Arturem Strzeleckim z UE w Katowicach na czele przeanalizowali ankiety od ponad 250 osób na co dzień pracujących z technologią chmurową. „Zapytaliśmy, jak oceniają oni aktualnie dostępne chmury, z których korzystają najczęściej, czy uważają je za użyteczne, dostępne, jak postrzegają bezpieczeństwo i jak oceniają usługi i jakość tego systemu. Wyniki pokazały, że użytkownicy postrzegają chmury jako bardzo bezpieczne. Wskazują oni również na dostępność, rozumianą jako możliwość skorzystania z tych narzędzi niemal od ręki” – tłumaczył Strzelecki.

Na podstawie wyników badacze następnie stworzyli model równań strukturalnych. „Z naszych wyników z jednej strony mogą skorzystać operatorzy chmur, żeby na tej podstawie ulepszyć pewne rozwiązania, a z drugiej ci profesjonalni użytkownicy, którzy widzą, jakie rozwiązania zostały lepiej ocenione, a jakie mniej” – powiedział.

Artykuł na ten temat pt. „Akceptacja rozwiązań technologii chmurowej wśród użytkowników” został opublikowany w „Sustainability”.

Dr Strzelecki przypomniał, że chmura to określenie dotyczące sprzętu komputerowego, który znajduje się poza miejscem działalności, np. przedsiębiorstwa. „To sprzęt, oprogramowanie, bazy danych, moc obliczeniowa, dostęp przez internet do pewnych rozwiązań. Korzystając z chmury obliczeniowej firmy dzierżawią ten sprzęt, opłacają dostęp i mogą korzystać z tej infrastruktury informatycznej” – mówił.

Jak wyjaśnił, chmury obliczeniowe (ang. cloud computing) podzielić można na trzy typy: sprzęt i infrastruktura (użytkownicy nie muszą posiadać sprzętu np. serwerów, procesorów, dysków twardych itd., mogą wykupić dostęp do nich), narzędzia informatyczne (platforma z gotowymi do użycia narzędziami np. do tworzenia stron czy aplikacji) oraz gotowe usługi informatyczne (nie trzeba ich instalować na komputerze, wystarczy przeglądarka internetowa; to np. popularne wśród użytkowników Google Docs albo Office 365, a także Google Drive, Dropbox czy iCloud).

„Z dwóch pierwszych typów chmur korzystają głównie przedsiębiorstwa albo profesjonaliści, z trzeciego – konsumenci indywidualni” – dodał Strzelecki.

Jego zdaniem technologia chmurowa będzie się dalej rozwijać. „Możliwe, że niebawem nie będziemy mieli zainstalowanego systemu na naszym komputerze, nasz komputer nie będzie miał twardego dysku, bo wystarczy szybkie łącze internetowe i dostęp do chmury właśnie. Z takiego rozwiązania już od kilku lat korzystamy w naszym Centrum Nowych Technologii Informatycznych. Zwykły użytkownik nie zauważy różnicy” – powiedział.

W jego ocenie rozwiązania chmurowe, choć i tak są płatne, to są tańszą opcją dla użytkowników korzystających z tej technologii na co dzień; są też bezpieczne. „W tych centrach danych informacje bezpieczne są na 99,99 proc., nic im się nie stanie, nikt ich nie wykradnie, nie zostaną zniszczone np. przez pożar czy zalanie, bo jest ich kilka kopii. Owszem, zdarzają się ataki hakerskie czy awarie, ale zwykły Kowalski nie ma się czym przejmować. Bo on najprawdopodobniej nigdy nie stracił maili na Gmailu, nie zgubiły mu się pliki na Google Drive’ie – chyba że je sobie sam skasował. Dla zwykłego Kowalskiego jest to bezpieczne rozwiązanie do przechowywania danych” – podsumował dr Strzelecki.

PAP – Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik

Zajęcia to często gry symulacyjne na niezwykłym sprzęcie, który można rozwijać o własną elektronikę i oprogramowanie.

„Działanie większości symulatorów jest oparte o grę komputerową. Na naszych stanowiskach zainstalowane są gry Microsoft Flight Simulator, Falcon BMS czy też Prepar3D – takie, które każdy może pobrać z internetu. Podstawowy sprzęt gracza można rozwinąć o joystick, klawiaturę, albo o autorską elektronikę, która pozwala podłączyć własne urządzenia. Zaawansowani użytkownicy mogą dodać oprogramowanie, które sprawia, że gra staje się bardziej realna i symuluje działanie prawdziwego samolotu” – tłumaczy dr inż. Krzysztof Kaźmierczak, jeden z inicjatorów powstania takiej pracowni w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.

Na symulatorze bezzałogowego statku powietrznego można się nauczyć, jak wygląda współpraca pilota z operatorem systemów obserwacyjnych zainstalowanych na dronie. A jeśli ktoś chciałby zobaczyć, jak ląduje się śmigłowcem na pokładzie okrętu – pozwala na to symulator z wirtualną rzeczywistością.

PRACOWNIE ROZWIJANE PRZEZ PASJONATÓW

Jak wylicza naukowiec, na różnych uczelniach rozwijane są pracownie symulatorów, które umożliwiają studentom praktyczne zapoznanie się ze sprzętem lotniczym.

Politechnika Krakowska od kilku lat posiada symulator kokpitu myśliwca F-16 wykonany dzięki zaangażowaniu dra Dariusza Karpisza wraz z zespołem studentów. Politechnika Lubelska rozwija własne rozwiązanie oparte o okulary wirtualnej rzeczywistości.

Laboratorium Symulatorów znajduje się również w Zakładzie Automatyki i Osprzętu Lotniczego przy Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, gdzie jednym z najbardziej znanych studentom stanowisk jest symulator polskiego śmigłowca SW4. Na PW również kilkanaście lat temu został zbudowany przez studentów Koła Naukowego symulator lotu szybowca.

Najświeższą informacją w temacie studenckich symulatorów jest „Aviator AGH” – symulator lotniczy samolotu Cessna 172SP budowany przez studentów Akademii Górniczo-Hutniczej.

Część uczelni kupuje urządzenia treningowe bezpośrednio od producentów profesjonalnych symulatorów. Na przykład, komercyjne stanowiska zostały zakupione do Laboratorium Badań Symulatorowych przez Politechnikę Poznańską.

Na koniec rozmówca PAP wspomina o Akademickim Centrum Szkolenia Lotniczego w Lotniczej Akademii Wojskowej w Dęblinie wyposażonym w certyfikowane urządzenia treningowe przeznaczone do szkolenia pilotów.

SZKOŁA MECHANIKÓW LOTNICZYCH

Pracownia Systemów Zobrazowania i Symulatorów WAT znajduje na Wydziale Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa WAT. Studenci uczą się tu na przyrządach identycznych jak te, które są zainstalowane w rzeczywistych statkach powietrznych. Po co, skoro nie jest to „szkoła pilotów”?

„Mogą dzięki temu podjąć pracę mechaników w służbach lotniczych. We współczesnych statkach powietrznych usterki diagnozowane są w trakcie lotu, a komunikaty o nich wyświetlają się na urządzeniach w kabinie. Potem pilot zapisuje w dzienniku pokładowym wszelkie zaobserwowane usterki. Mechanik dokonuje tzw. odbioru oraz samodzielnej diagnozy i naprawy usterek. Wykorzystuje przy tym informacje generowane na przyrządach i wyświetlaczach w kabinie samolotu. Pomaga mu wiedza, którą zaczął zdobywać na symulatorach” – tłumaczy dr inż. Kaźmierczak w filmie nagranym z udziałem studentów. Film „Gdzie nie kończy się pasja, a zaczyna nauka” jest dostępny na kanale YT akademii.

Wyjaśnia, że symulatory to stanowiska, które zastępują fizyczny kontakt ze statkiem powietrznym. Obejrzenie kabiny pilotów nie jest łatwe w warunkach rzeczywistych. Zwiedzić można jedynie samolot stojący na płycie lotniska. Nie widać wówczas, jak działają przyrządy i jakie informacje się na nich wyświetlają.

„Airbus 320 i Boeing 737 to najpopularniejsze statki powietrzne, które nieco różnią się filozofią działania. Boeing 737 NG prezentuje tzw. starą szkołę, gdzie pilot do sterowania używa wolantu, przekazującego sygnały do hydraulicznych urządzeń wykonawczych. W Airbusie 320 mamy elektroniczny system sterowania lotem „Fly by wire”, wykorzystujący szereg czujników i układów elektronicznych oraz w roli sterownika – joystick. Pojawia się tu już zaawansowany system zobrazowania informacji pilotażowych, nawigacyjnych oraz usterek, który jest obsługiwany z komputera w kabinie” – opisuje naukowiec przykładowe symulatory, którymi dysponuje WAT.

Obok symulatorów statków typu General Aviation w pracowni jest także symulator użytkowanego przez Siły Powietrzne „Jastrzębia” F16, stanowiącego efekt prac 7-osobowej grupy w ramach projektu dla młodych naukowców. Ponadto do dyspozycji studentów jest Cessna i inne powszechnie znane samoloty. Niektóre stanowiska można certyfikować na 5 godzin rzeczywistej nauki dla pilotów. Podobne, niekomercyjne stanowiska do nauki, trudno jest znaleźć poza uczelniami.

„Producenci samolotów z reguły od symulatorów badawczych zaczynają prace nad kolejnymi modelami. Nie zajmują się jednak sprzedażą symulatorów lotu. Profesjonalne symulatory do szkolenia pilotów wykonują specjalne firmy. Pełne certyfikowane symulatory lotu mogą kosztować do 10 mln dolarów, przy cenie nowego samolotu 97 mln dolarów” – szacuje naukowiec.

Dlatego pasjonaci muszą raczej liczyć na inicjatywy innych pasjonatów, których niemało wśród naukowców. I tak, w niektórych pracowniach na wydziałach lotniczych najpierw pojawiły się gry, potem dobudowywano do nich sprzęt, następnie płytki elektroniczne, do których można było podłączać przełączniki. A dalej wprowadzano takie aktualizacje tych gier, dzięki którym najwierniej oddają one specyfikę lotu danym typem samolotu. Dzięki temu obecnie sterować samolotem można w domu… lub na zajęciach na uczelni.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk