Optimalizace návrhových a výrobních postupů vertikálních čerpadel s využitím moderních technologií

Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-33

Hlavní řešitel: Tomáš Blejchař

Instituce: IT4Innovations

Oblast: inženýrství

Projekt Tomáše Blejchaře z IT4Innovations se zaměřuje na zdokonalení designu vertikálních čerpadel pomocí umělé inteligence a strojového učení. Čerpadla jsou jedním z nejpoužívanějších strojů v průmyslu a každodenním životě. Jejich účinný návrh je klíčový pro snížení energetické spotřeby, což je obzvláště důležité pro čerpadla provozovaná nepřetržitě jako např. vodárny, čistírny odpadních vod, topné a klimatizační soustavy atd.

Návrh čerpadla je složitý proces ovlivněný mnoha vstupními parametry a zahrnuje ruční výpočty následované numerickými simulacemi. Cílem tohoto projektu je využít neuronové sítě a umělou inteligenci ke zjednodušení návrhu čerpadel, konkrétně k automatické korekci počátečních hrubých výpočtů, což umožní nalezení optimálního návrhu čerpadla v jediném kroku. Tím se ušetří nejen energie a výpočetní zdroje nutné pro opakované numerické simulace, ale také čas potřebný pro nalezení optimálního návrhu čerpadla.

Tento výzkum úzce souvisí s projektem financovaným programem Trend Technologické agentury ČR (FW10010202).

Kovalentní dativní vazby, vodíkové vazby a komplexy s přenosem náboje: vliv polarity rozpouštědel

 Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-51

Hlavní řešitel: Pavel Hobza

Instituce: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR a IT4Innovations

Oblast: materiálové vědy

Projekt profesora Pavla Hobzy z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a IT4Innovations se zaměřuje na studium vlivu polarity rozpouštědel na stabilitu kovalentních dativních a nekovalentních komplexů. Tým profesora Hobzy využije superpočítače Karolina, Barbora a LUMI a moderní laboratorní techniky k analýze těchto interakcí.

Solvatace, tj. obalení iontů molekulami rozpouštědla, hraje klíčovou roli v supramolekulární chemii. Cílem výzkumu je hlouběji porozumět chemickým vazbám a interakcím v různých prostředích rozpouštědel, což má potenciál vést k vývoji nových technologií a materiálů nezbytných při využití solvatačních procesů.

Mnohočásticová fyzika van der Waalsových heterostruktur z 2D materiálů

Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-8

Hlavní řešitel: František Karlický

Instituce: Ostravská univerzita

Oblast: materiálové vědy

František Karlický a jeho tým fyziky nanostruktur z Ostravské univerzity (nano.osu.cz) se zaměřují mimo jiné na dvourozměrné (2D) materiály, které mají potenciál pro flexibilní a ultratenká funkční zařízení, jako je budoucí nanoelektronika a solární články. Zkoumají také van der Waalsovy (vdW) heterostruktury, které vznikají vrstvením 2D materiálů a mají unikátní elektronické a optické vlastnosti. Pomocí výpočetně náročných mnohočásticových metod simulují fyzikální jevy, které tradiční metody nezachytí.

Tento výzkum, financovaný Operačním programem Spravedlivá transformace (LERCO), přispěje k lepšímu pochopení vdW heterostruktur a podpoří další experimentální výzkum a technologické aplikace.

Základní český jazykový model

Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-52

Hlavní řešitel: Petr Marek

Instituce: České vysoké učení technické v Praze

Oblast: informatika

Petr Marek z Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT) plánuje využít výpočetní sílu superpočítačů Karolina a LUMI k vývoji moderního jazykového modelu pro češtinu, který bude schopen porozumět, generovat a interagovat s textem.

Tento projekt se zaměří na vytvoření základního českého jazykového modelu s důrazem na maximální efektivitu, škálovatelnost a výkon, využívající nejmodernější výpočetní techniky a platformy jako CUDA, open-source knihovnu Transformers od Hugging Face a Hugging Face Accelerate.

Cílem je také případně vytvořit dvojjazyčnou česko-anglickou verzi modelu, která by mohla být rozšířena o další středoevropské jazyky, inspirovaná pokročilými jazykovými modely Phi. Výzkumníci z ČVUT plánují použít rozsáhlý dataset obsahující 350 miliard českých tokenů.

In silico vhled do lipozomálního transportu léčiv

Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-26

Hlavní řešitel: Martin Šrejber

Instituce: Univerzita Palackého v Olomouci

Oblast: biovědy

Lipozomální systémy, především lipidové nanočástice (LNPs), hrají v posledních desetiletích klíčovou roli v onkologické chemoterapii, genové terapii, farmakoterapii a vakcínovém výzkumu. LNP hrají klíčovou roli v cíleném doručování mRNA vakcím, kde tvoří formu lipidového nosiče pro fragmenty mRNA, čímž zajišťují její bezpečný transport do lidských buněk. Cílem projektu Martina Šrejbera z CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci je pomocí superpočítačů Karolina a LUMI prozkoumat složité procesy spojené s cíleným cíleným doručováním léčiv do organismu a to za použití nejmodernějších výpočetních metod. Výzkum se zaměří na studium interakce lipidových nanočástic s plazmatickou membránou, proces zrání endozomů a následné uvolňování mRNA fragmentů. Endozomy jsou membránové “váčky” vznikající procesem endocytózy, a jsou klíčové pro transport látek do buněčného prostředí. V kontextu doručování léčiv pomocí lipidových nanočástic je právě proces endozomálního uvolňování kritický pro úspěšné doručení mRNA do buněčného prostředí. Tento výzkum je součástí projektu MINIGRAPH, jenž je financován programem Evropské unie Horizont Evropa.

Optimalizace experimentů ARPES pomocí umělé inteligence: dosažení přesné polarizace fotonového svazku kalibrací pomocí grafénu

Výzva: 31. Veřejná grantová soutěž; OPEN-31-35

Hlavní řešitel: Ridha Eddhib a Ján Minár

Instituce: Západočeská univerzita v Plzni

Oblast: materiálové vědy

Graphene and polarization detection: The figure shows the MAX 4 beamline setup, illustrating the key optical components involved. The probed Brillouin zone is highlighted, with a photon energy of 22 eV. The right side presents experimental circular dichroism patterns for different angles (alpha = 22, 37, and 45 degrees) using right- and left-circularly polarized light (RCP and LCP). These experimental results are compared with theoretical predictions, demonstrating good agreement across the different angles.

Projekt EuSpecLab-ML, který vede profesor Ján Minár a jeho doktorand Ridha Eddhib z výzkumného centra Nové Technologie (NTC) Západočeské univerzity v Plzni, má přinést revoluci v oblasti úhlově rozlišené ultrafialové fotoemisní spektroskopie (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES), a to díky využití možností strojového učení (Machine Learning, ML). ARPES je klíčovou metodou v oboru fyziky kondenzovaných látek, která nám přináší vhled do elektronové struktury a kvantových stavů materiálů. Přesnost měření ARPES však zcela zásadně závisí na přesné kalibraci polarizace fotonového svazku - výzva, které experimentátoři již dlouho čelí.

V tomto projektu se vědci snaží dosáhnout 100% přesnosti polarizace vývojem pokročilého modelu neuronové sítě (NN) založeného na knihovně PyTorch. Jejich model bude pečlivě natrénován na souborech dat generovaných sofistikovaným jednokrokovým modelem kódu SPRKKR (Spin-Polarized Relativistic Korringa-Kohn-Rostoker), díky kterému je možno dosahovat velmi přesných ARPES simulací. Pro bezproblémové propojení a použití kódu SPRKKR bude nasazen softwarový balíček ase2sprkkr, který obohatí tréninková data modelu AI o vysoce věrné simulace grafenu – 2D materiálu proslulého svými výjimečnými elektronickými vlastnostmi a klíčovou rolí v materiálových vědách. Za účelem zjednodušení a zvýšení efektivity procesu trénování modelu bude v rámci projektu spuštěn SparkkFLOW, což je nový pracovní postup přizpůsobený pro správu a analyzování simulačních dat získaných pomocí metody ARPES. Spolu se správcem pracovních postupů JobMaster umožňuje SparkkFLOW automatizované generování, organizaci a třídění simulačních dat, čímž výrazně snižuje čas a potřebné výpočetní zdroje pro trénování modelů. Toto propojení umělé inteligence a špičkových výpočetních nástrojů umožňuje předpovídat optimální podmínky pro provádění ARPES experimentů v reálném čase, což zaručuje, že každé měření je prováděno za nejpřesnějších polarizačních podmínek.

Pro výzkum vědci ze Západočeské univerzity v Plzni využijí superpočítač Karolina a jejich havním cílem je poskytnout experimentátorům robustní nástroj, který jim umožní dynamicky upravovat nastavení hodnot ARPES, a tím optimalizovat čas působení záření a zvýšit efektivitu synchrotronových zařízení.

Tento výzkum, financovaný projektem MSCA Horizon a QM4ST Operačního programu Jan Amos Komenský, je součástí sítě EuSpecLab Doctoral Training Network a za cíl má nejen zvýšit kvalitu a přesnost experimentů ARPES, ale také otevřít nové cesty pro zkoumání elektronického chování pokročilých materiálů, včetně nových 2D systémů a kvantových materiálů.