Feltörekvő ifjú szakemberek részvételével alapít kutatócsoportot a nemlineáris dinamika rejtélyeinek vizsgálatára a Műegyetem egyik legújabb Lendület Program nyertese.

„Megtiszteltetés számomra, hogy elnyertem ezt a rangos ösztöndíjat, különösen azért, mert egy magasan kvalifikált zsűri talált erre érdemesnek és értékelte az eddigi munkámat. Az elismerés a jó érzés mellett arra is ösztönöz, hogy a kutatásaimban azt utat folytassam, amiben eddig is hittem” – fogalmazott Giuseppe Habib, a BME Gépészmérnöki Kar (BME GPK) Műszaki Mechanikai Tanszék egyetemi docense, aki idén elnyerte a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Lendület Programjának ösztöndíját, és ezzel együtt kutatócsoportot alapíthat a Műegyetemen. (Pályázatának címe: „Valós műszaki rendszerek dinamikus integritásának elemzése”, amelynek megvalósítását az Akadémia az elkövetkezendő 5 évben 196.000.000 Forinttal támogatja.)

Giusppe Habib az MTA székházában átveszi a kutatócsoport alapításáról szóló akadémiai felkérést

Giuseppe Habib olasz származású kutató, gépészmérnök mesterdiplomáját az olaszországi Sapienza University-n szerezte. A római székhelyű egyetem és a BME Gépészmérnöki Kar közötti együttműködésnek köszönhetően került a Műegyetemre, és mindkét helyen megszerezte a PhD-végzettségét. Néhány belgiumi posztdoktori kutatói év után Marie Curie-ösztöndíjasként tért vissza a Műegyetemre, majd oktatói állást kapott a BME GPK-n. Tudományos előmenetele azóta is tart: már egyetemi docensként oktat és kutat a Műszaki Mechanikai Tanszéken. A BME-t tekinti alma materének, akadémiai karrierjét a jövőben is Budapesten, a BME-n képzeli el.

A műegyetemi kutató a nemlineáris dinamika általános kutatási területéhez kapcsolódóan folytat vizsgálatokat. Korábban e téma egy másik részterületét, a rezgéscsillapítást vette górcső alá, ám most egy új perspektívából szeretné elemezni a nemlineáris dinamika jelenségét. Ahogyan magyarázta: „a mérnökök nagyon kedvelik a lineáris modelleket, méghozzá azért, mert a lineáris rendszerek általában ’megoldhatók’, azaz kiszámíthatóak és viszonylag kevés ’meglepetést’ tartogatnak. Egy rendszer linearitása azt jelenti, hogy ha megduplázzuk a méretét, akkor a kimeneteinek száma is megduplázódik különösebb minőségi változás nélkül. Ezzel a hatékony megközelítéssel a mérnökök könnyen tervezhetnek összetett eszközöket. A valóság azonban ehhez képest másként működik: a rendszerek általában nem lineárisak. Ez a tulajdonság akkor válik leginkább fontossá, amikor egy rendszernél a várt működéshez képest nagy eltéréseket tapasztalunk. Ebben az esetben a rendszer ’nemlineárisan’ viselkedik, vagyis sokkal nehezebb megbecsülni az állapotát, a történéseket, és számítani lehet váratlan jelenségekre is. A valóságban ezek a váratlan esetek az adott eszközzel kapcsolatos balesetet jelentenek”. A „lendületes kutató” egy további konkrét példával illusztrálta a vizsgált szakterületet: „egy nehéz pótkocsit húzó autó adott sebességgel halad az úton, eközben a pótkocsi egyenletesen mozog a gépkocsi mögött. Amikor egy hirtelen széllökés meglöki az utánfutót, az elkezd lengeni. Majd ezek a lengések egyre nagyobbak lesznek egészen addig, amíg az autó és a pótkocsi is felborul. Ez egy viszonylag gyakori baleset, amelyet ugyan a lineáris modellek figyelmen kívül hagynak, sőt, nemlineáris modellekkel is nehéz megjósolni a bekövetkeztét” – ecsetelte Giuseppe Habib, aki egy olyan algoritmus kifejlesztésére vállalkozott, amellyel a dinamikus rendszerek külső perturbációkkal szembeni robusztussága (másként dinamikai integritása) megbecsülhető. Elárulta, hogy már léteznek az elgondolásához hasonló technikák, ám többnyire meglehetősen időigényes számításokkal járnak együtt, továbbá a nemlineáris dinamika nagyon elmélyült ismeretét feltételezik a felhasználótól, emiatt az ipar sem szívesen alkalmazza ezeket a módszereket. „Célunk egy olyan szoftver megalkotása, amelyet a nemlineáris dinamikában kevésbé jártas mérnökök is egyszerűen használhatnak a munkájukhoz. Egy ilyen praktikus eszköznek több iparági szegmens is hasznát venné, többek között az autóipar, a robotika vagy az energiaelosztással foglalkozó vállalatok. Utóbbi esetében a probléma különösen aktuális, ugyanis az energiafogyasztás csökkentéséért folytatott mérnöki, tervezői erőfeszítések következtében jelentősen ’elvékonyítják’ az újonnan tervezett szerkezeteket, ami hajlamossá teszi ezeket a berendezéseket a nemlineáris viselkedésre.”

A műegyetemi kutató elárulta, hogy mindössze néhány tucat kutató foglalkozik a különböző rendszerek dinamikai integritásának problematikájával, pedig az eredmények széleskörű ipari alkalmazási lehetőségekkel kecsegtetnek.

Egy dinamikus rendszer vonzáskörzetének példája. A fekete régiók a kívánt megoldáshoz, a fehér régiók más megoldásokhoz vezetik a rendszert. A régióknak gyakran fraktális határai vannak. A korlátozott globális stabilitás jelenségét a lineáris modellek teljesen figyelmen kívül hagyják.

A dinamikai integritás tipikus trendje egy paraméter változása esetén. A lineáris stabilitáselemzés gyakran figyelmen kívül hagy egy veszélyes területet (sárgával jelölve), ahol váratlan mozgások történhetnek. A zöld terület globálisan stabil (biztonságos), míg a piros teljesen instabil.

A projektben végrehajtandó pótkocsis kísérleteket a BME GPK Műszaki Mechanikai Tanszéken kifejlesztett futópados berendezésen hajtják végre.

Giuseppe Habib nagy reményekkel vág neki kutatási terve megvalósításának, és örömmel tölti el, hogy elgondolását többszöri próbálkozás után támogatásra érdemesnek tartotta az Akadémia. „Két évvel ezelőtt benyújtott ötletem még kevésbé volt kiforrott kutatási terv, ám ez alatt az idő alatt már egy komplex kutatássá állt össze a kezdeti elképzelés. Szakmailag is sokat fejlődtem, a bírálók is lehetőséget láttak a kutatásban, így a csillagok szerencsés állásának és a befektetett munkának együttesen köszönhetem a mostani sikeres szereplést” – osztotta meg élményeit a kutatócsoport-alapítás küszöbén álló szakember.

A Globális Dinamikai Kutatócsoport az alapítója mellett 5 további tanszéki fiatal kutatóval indul el (tagjai: senior kutatóként Miklós Ákos, a BME GPK Műszaki Mechanikai Tanszék tudományos munkatársa, továbbá Bodor Bálint, Patkó Dóra, Szaksz Bence és Zajcsuk Liliána tanszéki PhD-hallgatók), majd a kutatási eredmények kiforrásával további ifjú szakember csatlakozására is számít Giuseppe Habib.

Giuseppe Habib előadást tart kutatási tervéről az MTA székházban a 2022-ben Lendület Programot elnyert kutatókat köszöntő ünnepség részeként

„Bízom benne, hogy az akadémiai eredmények mellett az ipar számára is hasznosítható, és hamar a gyakorlatba ültethető értéket teremtünk majd a kollégákkal. Kutatóként az egyik legnagyobb kihívás számomra, hogy olyan eredményeket érjek el, amivel jelentős hatást gyakorolhatunk a mérnöki tudományokra. Bízom benne, hogy ezzel a kutatással ennek a kihívásnak is megfelelünk majd” – árulta el várakozásairól a Lendület Program ifjú nyertese, aki már a távoli jövőbe is tekint: hosszú távon európai uniós ösztöndíjakban gondolkodik, részben a magyar tudomány, részben pedig a Műegyetem renoméjának növelésére. Úgy véli, Lendület-ösztöndíjasként nagy lehetőséget kapott, és minden tudásával, képességével azon lesz, hogy meghálálja a belé vetett bizalmat.

TZS-KJ

Fotók: Várszegi Balázs és Szigeti Tamás (mta.hu)