Oversigt over Dansk-Kinesiske forskningscentre

CTIC skal bedrive grundforskning inden for teoretisk datalogi. Teoretisk datalogi er en matematisk disciplin, der former fundamentet for fremtidens IT-systemer. Centrets forskning vil koncentrere sig om fire fokusområder indenfor teoretisk datalogi, som alle har interaktion mellem beregningsagenter som centralt begreb: Kompleksitetsteori, Kryptologi, Kvanteinformatik og Algoritmisk spilteori.

Ikke alene vil forskningen omhandle interaktive beregninger, den vil også i sig selv være overordentlig interaktiv og foregå i tæt samarbejde mellem ITCS (Institute of Theoretical Computer Science) på Tsinghua Universitet i Beijing og de teoretiske datalogigrupper på Aarhus Universitet.

Begge institutioner er fyrtårne inden for teoretiske datalogi. I Tsinghuas tilfælde er det instituttets leder, Turingprismodtager Andy Yao, der har sat ITCS på landkortet ved at starte verdens formentlig bedste eliteprogram inden for undergraduate undervisning i teoretisk datalogi. Blandt andet har han samlet et uovertruffent team af ”chair professors” indenfor teoretisk datalogi, især fra USA og Israel, der jævnligt besøger Tsinghua og beriger forskningen og undervisningen. For Aarhus Universitets vedkommende skyldes fyrtårnsstatusen i høj grad Grundforskningsfondens tidligere Center of Excellence og PhD skole BRICS, der i perioden 1994-2004 løftede forskningen i teoretisk datalogi i Aarhus til nye højder. Teoretisk datalogi er en videnskab, hvis vigtigste hjælpemidler er papir, blyant, whiteboard og markers – og så hjerner. De allokerede midler vil derfor i høj grad anvendes til at bringe skarpe hjerner fra de to institutioner sammen og hermed hjælpe med til at skærpe især de yngre hjerner yderligere. Her supplerer Tsinghuas elite undergraduate program og Aarhus’ elite PhD program hinanden på fortræffelig vis.

Hver eneste dag møder og anvender vi intelligente software systemer indlejret i alle mulige sammenhænge – som regel uden at være klar over det. Fra vores mobiltelefon til billetautomaten på togstationen. Fra den automatiske bom i parkeringshuset til den personlige insulin pen. Fremtidens indlejrede software systemer vil i stigende grad indgå i store selv-organiserende netværk – såkaldte cyber-fysiske systemer. Fremtidens bolig vil have et antal af små computere med tilknyttede sensorer til at måle og overvåge forskellige forhold, som f.eks. temperatur, varme, lys og den pågældende beboers generelle velbefindende. Fremtidens biler vil konstant ”snakke” med hinanden om ting som vejens beskaffenhed og optimal hastighed med henblik på f.eks. at undgå harmonikasammenstød.

Men hvordan sikres det, at disse stadigt mere komplekse cyber-fysiske systemer – rygraden i fremtidens samfund – er korrekte, pålidelige, brugbare, effektive, optimale, fejltolerante samt modstandsdygtige over for hacker-angreb? Hvad der mangler, er en samlet, matematisk velfunderet teori med tilhørende metoder og værktøjer, som gør det muligt at modellere og analyser alle de ovennævnte forhold, herunder specielt kvantitative aspekter som tid og energi samtidigt med sikkerhedsaspekter omkring uautoriseret brug, som er specielt vigtige for cyber-fysiske systemer.

Deltagerne i det nye dansk-kinesiske grundforskningscenter IDEA4CPS har på afgørende vis bidraget med væsentlige modellerings- og analyseelementer, og det er centrets formål gennem en koncentreret samarbejdsindsats, at anvende disse som hjørnestenene i en samlet teori.

De kinesiske grupper har hovedsageligt arbejdet med matematisk modellering og test af servicelagene i netværksbaserede systemer, hvorimod de danske forskningsgrupper har arbejdet med modellering og verifikation af de underliggende eksekveringsplatforme og netværksprotokoller. De involverede grupper komplementerer således hinanden i udgangspunktet, men da alle partner har stærke rødder indenfor såkaldt proces algebra er samarbejdsmulighederne store.

Selvom den primære målsætning er af klar grundforskningsmæssig karakter, er den overordnede problemstilling af stor praktisk betydning. Det er ønsket at de forskningsmæssige resultater på længere sigt kan medføre en forbedret ingeniørmæssig praksis, og hermed væsentlig højnelse af kvaliteten af de udviklede cyber-fysiske systemer.

Når du sender en besked til en ven på internettet eller mobiltelefonen, vil du gerne være sikker på, at den når frem uskadt, uændret og uset af uvedkommende. Det er ikke så nemt som det lyder, for der opstår uundgåeligt fejl i en digital kommunikation, og overvågningsmulighederne er mange. Men det kan faktisk lade sig gøre ved hjælp af avanceret matematik.

Mere præcist bruges fejlrettende koder til at sikre, at fejlene kan rettes, før modtageren ser dem. Kryptografi udnyttes til at sikre hemmeligholdelse og autenticitet.

I de senere år har den klassiske matematiske disciplin algebraisk geometri vist sig at kunne benyttes til at konstruere fejlrettende koder og kryptografiske systemer der er bedre end dem, der bruges i dag.

Deltagerne i det ny dansk-kinesiske grundforskningscenter har på afgørende måde bidraget til denne udvikling, og det er centrets formål ved en koncentreret samarbejdsindsats at videreud-vikle forskningen inden for området.

Den kinesiske gruppe har hovedsagelig arbejdet med kryptografiaspektet, mens den danske forskningsgruppe mest har arbejdet med fejlrettende koder. De to grupper kompletterer såle-des hinanden i udgangspunktet, men da den underliggende matematik er den samme, er samarbejdsmulighederne oplagte.

Selv om der er tale om egentlig grundforskning, er den overordnede problemstilling konkret teknisk. Det er håbet på længere sigt, at resultaterne af forskningen kan bidrage væsentligt til udviklingen af fremtidige ekstremt hurtige kommunikationssystemer.

Solen er en næsten uudtømmelig kilde til energi og med sikkerhed en del af svaret på den store udfordring, der ligger i at forsyne jordens befolkning med bæredygtig energi i fremtiden. Det er dog ikke lykkedes for menneskeheden endnu at udnytte solenergi effektivt, og i dag bidrager solenergi meget lidt til vort samlede forbrug. De eksisterende solceller baseret på krystallinsk silicium har eksisteret i mere end 50 år, og teknologien tilbyder i praksis virkningsgrader på op til 15-20 %, men til en temmelig høj pris. Det har taget årtier langsomt at bringe prisen ned. Et klart mål er < 1 € per Watt, som der stadig er lang vej til for krystallinsk silicium. Der er dog også muligheden for at tænke på helt nye typer af solceller, der grundlæggende bryder med de omkostningsrige fremstillingsmetoder, som de traditionelle solceller byder på.

Dette er grundlaget, som skal være med til at bygge bro mellem solcelleforskningen i Kina og i Danmark. Centret er et samarbejde mellem et af de mest ansete kinesiske forskningslaboratorier Zhejiang University, Aalborg Universitet og Risø DTU. Disse laboratorier har tilsammen erfaring og udstyr, der kan sikre centret en plads i den internationale solcelleverden. Centret vil cementere samarbejdet imellem både danske og kinesiske forskningsmiljøer med hver deres ekspertise inden for nye typer af solceller.

Centres formål

For at muliggøre vedvarende energikilder i vores energisystem er der behov for konvertering imellem forskellige energiformer, f.eks. fra vindmølle eller solcelle til brændstof og fra brændsel til el. Dette kan med fordel ske i hhv. elektrolyseceller og brændselsceller. Centret har som mål at udvikle protonledende materialer til brændselsceller og elektrolyseceller, der fungerer i temperaturområdet 200-400°C. I dette temperaturområde er kemiske og elektrokemiske reaktioner af energibærere såsom methanol, ethanol, dimethylether og andre biobrændstoffer meget hurtigere end ved lavere temperatur. Ved disse temperaturer er et bredt udvalg af alternative konstruktionsmaterialer, herunder billigere katalysatorer end de ædelmetal-katalysatorer, som man anvender i dag tilgængelige

Der er overalt i verden i dag stor fokus på en ny klasse metaller: de såkaldte nanometaller, som er ekstremt stærke, og deres styrke kan kombineres med andre ønskede egenskaber. Nanometaller er metaller, i hvilke de enkelte korn er meget små – fra 10 til 1000 nanometer . I Dansk Kinesisk Center for Nanometaller studerer vi nye fremstillingsmetoder og anvender avancerede teknikker til at undersøge metallets kornopbygning og sammenholde kornstrukturen med metallets egenskaber. Videnskabeligt fokuseres på nanometallers nye egenskaber og de forhold, der bestemmer deres styrke, stabilitet, fysiske egenskaber og deres industrielle anvendelighed. I centret arbejder unge og erfarne forskere sammen, og der er flittig udveksling mellem partnerne i centeret, der i Danmark er på Risø DTU og i Kina på Universiteterne i Beijing (Tsinghua) og Chongqing og på Institute of Metals Research i Shenyang.

Dansk-Kinesisk Center for Molekylær Nano-Elektronik ved Nano-Science Center, Københavns Universitet er et Grundforskningscenter etableret ved hjælp af en bevilling på 15 MDKK fra Grundforskningsfonden. Centret er etableret i samarbejde med National Natural Science Foundation of China (NSFC) med det formål at stimulere og fremme det dansk-kinesiske forskningssamarbejde.

Det fælles videnskabelige formål med arbejdet i det nye center er at designe og syntetisere organiske molekyler, der er programmerede til at finde sammen i forudbestemte strukturer med en ønsket elektronisk funktion. Funktionen bæres ikke alene af de enkelte molekyler, men skabes når de finder sammen på den rigtige måde. Termoelektriske, elektroniske og optiske egenskaber er i fokus, og projektets faglige rod ligger i den supramolekylære- og materialevidenskabelige del af nanoteknologien.

Molekylær selvsamling og genkendelse ligger til grund for all processer i levende organismer og selvsamling og funktion af molekylære nanostrukturer er derfor et central tema inden for nanoscience og nanoteknologier. Udforskningen af molekylære vekselvirkninger på det molekylære niveau er vigtig for den fundamentale forståelse af, hvordan de meget komplekse processer in naturens molekylære maskineri fungerer. Forskningen vil også give indsigt i molekylære mekanismer i kemiske processer og gøre os i stand til at designe kunstige selvsamlede strukturer med ønskede egenskaber og funktioner.

Vores fælles dansk-kinesiske forskningsplan er organiseret som tre fokusområder: i) Fundamental molekylær selvsamling på overflader, ii) Design og overfladesyntese af selvsamlede nanostrukturer og iii) Funktion af molekylære nanostrukturer. Centret slår således bro mellem grundlæggende studier af molekylær selvsamling, over design og syntese af ønskede nanostrukturer og udforskningen af de funktionelle egenskaber af selvsamlede molekylære nanostrukturer inden for et antal anvendelsesområder.

Indviet 2009 med bevilling fra DG og Chinese National Science Foundation.

Brystcancer er med ca 230.000 nye tilfælde og 90.000 dødsfald/år den næsthyppigste årsag til cancerdødsfald i Europa. Også i Kina stiger tilfældene af brystkræft . I dag får de fleste patienter en standardbehandling med kemo/anti-hormonterapi, som kun er effektiv hos subgrupper af patienter.

Det overordnede mål er at udvikle skræddersyede metoder til behandling af den enkelte brystcancerpatient vha. individuel endokrin og kemobehandling med en innovativ tilgang til translationel forskning, hvis mål er at identificere, udvikle, evaluere og klinisk validere nye, prædiktive biomarkører.

Partnere er internationalt anerkendte danske og kinesiske forskere inden for klinisk og genomisk cancerforskning.

KU, Aarhus Universitet, Syddansk Universitet, DTU, DBCG, Rigshospitalet og BGI-Shenzhen, Kina.

CENTRETS FORMÅL OG FORSKNINGSOMRÅDE

En af kræftforskningens vigtigste opgaver er at udvikle nye metoder til metastase-hæmmende behandling af kræftpatienter. Aktiviteterne i ”Dansk-kinesisk center for proteaser og cancer” sigter mod at udvikle netop sådanne metoder. Centret arbejder med en gruppe protein-nedbrydende enzymer, der har vist sig at spille en vigtig rolle i spredning af kræft. Disse enzymer sætter nemlig kræftcellerne i stand til at nedbryde de omkringliggende vævsstrukturer, så kræftcellerne kan spredes til hele kroppen. Det er håbet, at centret ved brugen af molekylærbiologiske og strukturbiologiske metoder vil udvikle helt nye typer af enzymhæmmere, der kan forhindre de proteinnedbrydende enzymer i at fremme kræftspredning. På længere sigt skal undersøgelser af, hvilke af de forskellige proteinnedbrydende enzymer, der findes i kræftpatienterne, gøre det muligt at anvende hæmmere af netop de enzymer, som forekommer i den enkelte kræftpatient. Dette vil bidrage til at skræddersy en optimal individuel behandling.