Narodowe Centrum Badań i Rozwoju ogłosiło wyniki XIV edycji programu Lider. W gronie naukowców, którzy otrzymają pieniądze na swoje nowatorskie projekty, znalazło się troje badaczy z Politechniki Wrocławskiej.

Program Lider skierowany jest do doktorantów, nauczycieli akademickich nie posiadających stopnia doktora oraz doktorów, w tym habilitowanych, którzy uzyskali ten stopień naukowy nie wcześniej niż w ciągu ostatnich 7 lat. Ma poszerzać kompetencje młodych naukowców w samodzielnym planowaniu prac badawczych oraz zarządzaniu własnym zespołem, podczas realizacji projektów, których wyniki mogą mieć zastosowanie praktyczne i posiadają potencjał wdrożeniowy.

W tegorocznej, XIV edycji konkursu, dofinansowanie na łączną kwotę ponad 70 mln zł otrzymało w sumie 41 projektów. Trzy granty trafiły na Politechnikę Wrocławską, a otrzymali je:

Dr inż. Dorota Stachowiak (Wydział Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów)

Badaczce z Katedry Teorii Pola, Układów Elektronicznych i Optoelektroniki przyznano grant w wysokości blisko 1,8 mln zł na projekt „Technologie wytwarzania innowacyjnych komponentów światłowodowych dla zaawansowanych aplikacji w fotonice”.

Postępujący w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat rozwój układów fotonicznych zwiększa ich potencjał aplikacyjny. Znajdują one zastosowanie w różnych dziedzinach jak np. medycyna, metrologia, telekomunikacja, mikroobróbka, technologie kwantowe i kosmiczne.

Obecnie wiele komercyjnych systemów laserowych bazuje jednak na optyce objętościowej wrażliwej na czynniki zewnętrzne np. zmiany temperatury, wibracje czy zanieczyszczenia. Całkowicie światłowodowa budowa tych układów jest więc niezwykle korzystna, a uzyskać ją można dzięki specjalnym komponentom światłowodowym, zastępującym objętościowe elementy optyczne.

– Głównym celem projektu i jednocześnie odpowiedzią na bieżące zapotrzebowanie fotoniki jest więc opracowanie uniwersalnych technologii wytwarzania światłowodowych komponentów z możliwością ich dostosowania do wymagań odbiorcy – mówi dr inż. Dorota Stachowiak. – Technologie te umożliwią wytwarzanie światłowodowych komponentów w niestandardowych konfiguracjach, które są kluczowe dla rozwoju nowoczesnych źródeł fotonicznych następnej generacji, takich jak sprzęgacze różnego typu, mikrosoczewki światłowodowe, czy zakończenia światłowodowe typu end-cap – dodaje.

Do wytwarzania takich komponentów zwyczajowo stosuje się systemy dużo bardziej zaawansowane niż laboratoryjne spawarki światłowodowe, które są obecne w niemal każdym laboratorium zajmującym się układami światłowodowymi, w tym także na PWr. Posiadają one dwie elektrody, pomiędzy którymi następuje liniowe wyładowanie elektryczne zgrzewające dwa światłowody.

– W naszym projekcie wykorzystamy oczywiście technologię elektrodową, ale będzie to system LDS (Large Diameter Splicing system, firmy 3SAE). W odróżnieniu do konwencjonalnych spawarek światłowodowych system LDS posiada trzy, a nie dwie elektrody, które tworzą tzw. pierścień grzewczy dookoła struktury (ROF, Ring Of Fire) i dzięki temu można pracować ze średnicami struktur światłowodowych od 80 um do ponad 2 mm – wyjaśnia dr inż. Dorota Stachowiak.

Urządzenie to jest proste w swej budowie i niedrogie w eksploatacji czy serwisowaniu, a jednoczenie umożliwia wysokiej jakości obróbkę struktur światłowodowych. Co więcej, procesy te można dowolnie łączyć i rozdzielać i dopasowywać do aktualnych potrzeb, co jest istotne przy tak różnych typach komponentów, których technologie nasza badaczka planuje opracować.

Zdjęcie systemu LDS oraz zbliżenie na układ trzech elektrod z widocznym wyładowaniem łukowym.

Dodatkowo niezwykle istotnym celem projektu, wynikającym z opracowanych technologii, jest wiedza know-how, czyli doświadczenie w stosowaniu opracowanych rozwiązań, projektowaniu i stosowaniu dostępnych w systemie LDS procesów przez cały zespół badawczy.

– Nowy użytkownik takiego systemu musi poświęcić wiele godzin na samodzielną naukę, co często może okazać się nieopłacalne. Zdobyte przez nasz zespół badawczy know-how planujemy wykorzystać do prowadzenia szkoleń lub długoterminowego wsparcia użytkowników systemu LDS– podkreśla dr inż. Dorota Stachowiak.

Końcowym efektem projektu będą opracowane technologie wykonania komponentów światłowodowych za pomocą jednego uniwersalnego systemu LDS. Opracowane zostaną technologie wykonania komponentów i powstaną ich prototypy – sprzęgacze mocy wykorzystujące sprzęganie światła od czoła światłowodów, sprzęgacze wykorzystujące sprzężenie boczne między światłowodami, światłowodowe zakończenia typu end-cap oraz mikrosoczewki światłowodowe.

– Podstawową cechą odróżniającą opracowane technologie od produktów dostępnych na rynku, będzie to, że pozwolą one na wytworzenie komponentu „na miarę” w zależności od potrzeb klienta, generując przy tym dużo niższe koszty sprzętowe. Dzięki temu cena takiego elementu również będzie korzystna – zaznacza badaczka. – Z racji tego, że komponenty będą „szyte na miarę” dadzą także dużo lepsze parametry transmisyjne w bezpośrednim zastosowaniu przez klienta, ponieważ będą dopasowane do jego układu fotonicznego – dodaje.

Będą to technologie wytwarzania na poziomie gotowości technologicznej (TRL) równym 8, czyli po demonstracji technologii, poprzez wykonanie funkcjonalnych prototypów komponentów. Chociaż w projekt nie są zaangażowane żadne instytucje, to naukowcy z W12 już otrzymali listy intencyjne od dwóch firm zainteresowanych współpracą w projekcie.

– To pokazuje wysoki potencjał wdrożeniowy naszych badań. Może to być wdrożenie opracowanych technologii u potencjalnego producenta komponentów światłowodowych lub systemów laserowych, który może takie komponenty wytwarzać na własne potrzeby. Dostawca systemu LDS, NorthLab Photonics AB ze Szwecji, już wyraził zainteresowanie współpracą w przypadku szkoleń i wsparcia technologicznego, które wzbogaciłyby ofertę firmy – podkreśla dr inż. Dorota Stachowiak.

Zespół zaangażowany w projekt będzie w sumie liczył trzy osoby. Laureatka grantu planuje zatrudnić dwie osoby z doświadczeniem i wiedzą z zakresu fotoniki i techniki światłowodowej. Jedną z nich będzie mgr inż. Olga Szewczyk, doktorantka z Katedry Teorii Pola, Układów Elektronicznych i Optoelektroniki. Cały projekt został rozpisany na trzy lata.

Dr inż. Tomasz Kisiel (Wydział Mechaniczny)

Na swój projekt „Bezzałogowy płatowiec szybkiego reagowania dostarczający defibrylator osobom z NZK” naukowiec z Katedry Eksploatacji Systemów Technicznych otrzymał niemal 1,8 mln zł.

Celem projektu jest zwiększenie przeżywalności oraz ograniczenie powikłań u osób, u których wystąpiło nagłe zatrzymanie krążenia (NZK). W ramach badań opracowany zostanie system szybkiego reagowania dostarczający defibrylator do udzielenia pierwszej pomocy osobie z NZK w czasie znacznie krótszym niż dotarcie zespołu ratownictwa medycznego.

– Efektem naszej pracy będzie budowa prototypu systemu ratownictwa medycznego składającego się z bezzałogowego płatowca oraz hangaru zapewniającego wykonanie autonomicznego startu i lądowania bezzałogowca, a także zapewniającego odpowiednie warunki dla jego przechowywania – mówi dr inż. Tomasz Kisiel.

W projekcie zostanie zastosowana niekonwencjonalna konstrukcja latającego skrzydła bezzałogowego statku powietrznego. Taka konstrukcja pozwala na użycie wyłącznie dwóch silników do zapewnienia ruchu postępowego oraz utrzymania bezzałogowca w zawisie podczas zrzutu/opuszczania defibrylatora.

– Możliwe jest wykonanie tranzycji pomiędzy lotem poziomym, zawisem oraz lotem pionowym przy zredukowanej masie bezzałogowca. To z kolei przekłada się na zwiększenie jego zasięgu i prędkości przelotowej. Planowane jest osiągnięcie prędkości przelotowej wynoszącej co najmniej 160 km/h – wyjaśnia naukowiec.

Projekt będzie realizowany w zespole badawczym, w skład którego wejdą pracownicy i doktoranci z Katedry Eksploatacji Systemów Technicznych oraz studenci PWr. Obecnie znaleźli się w nim dr inż. Jakub Wróbel, mgr inż. Paweł Bury, mgr inż. Bartłomiej Dziewoński, mgr inż. Krzysztof Kaliszuk, mgr inż. Mateusz Kucharski, inż. Maciej Milewski, Jacek Napora oraz mgr inż. Paweł Skrzypek. Część prac badawczych w niektórych z etapów będzie także realizowana we współpracy z pracownikami innych katedr naszej uczelni.

– Zespół badawczy posiada znaczące osiągnięcia w projektowaniu różnego rodzaju systemów technicznych oraz osiągnięcia na arenie międzynarodowej w konstruowaniu bezzałogowych statków powietrznych, czego efektem są nagrody zdobywane w międzynarodowych zawodach konstruktorów bezzałogowych statków powietrznych SAE Aero Design w USA – podkreśla dr inż. Tomasz Kisiel.

Koncepcja całego systemu została już przedstawiona w Ministerstwie Zdrowia, którego Departament Innowacji umieścił ją w rejestrze innowacji. Na podstawie uzyskanych efektów zrealizowanego projektu możliwe będzie ubieganie się o rekomendowanie wdrożenia rozwiązania do polskiego systemu ratownictwa medycznego. Badania potrwają 27 miesięcy.

Dr inż. Sławomir Czarnecki (Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego)

Na realizację projektu „Synergia odpadów tworzyw sztucznych, odpadów budowlanych z rozbiórki oraz innych odpadów przemysłowych do wykonywania chodników i ścieżek rowerowych w 100% z recyklingu” (SORCERER) naukowiec z Katedra Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych otrzymał ponad 1,5 mln zł.

– Głównym celem projektu jest opracowanie technologii wytwarzania drobnowymiarowych – w budownictwie, czyli wielkości kilku, kilkunastu centymetrów – elementów budowlanych wykonanych z kompozytu złożonego z lepiszcza w postaci odpadowych tworzyw sztucznych oraz, jako kruszywa, odpadów budowlanych z rozbiórki i innych odpadów przemysłowych. W ramach badań opracowany zostanie skład materiałowy i technologia produkcji tych materiałów – mówi dr inż. Sławomir Czarnecki. – Co ważne, projekt ten spełnia wszystkie założenia pojęcia Budownictwa 5.0. Jest on więc przede wszystkim ukierunkowany na rozwój technologii, która ma służyć społeczeństwu poprzez swoje podejście do procesów przetwarzania materiałów i ich desygnacji – dodaje.

Ten aspekt jest mocno związany z ideologią zrównoważonego budownictwa i gospodarki o obiegu zamkniętym. Warto zwrócić uwagę na fakt, że do wykonania chodników i ścieżek rowerowych zostaną zagospodarowane materiały, dla których w trakcie projektowania, 50 lat temu i wcześniej, nie przewidziano techniki recyclingu i ponownego wykorzystania. Ponadto sam kompozyt, z którego będą wykonane, będzie mógł zostać wykorzystany wtórnie.

– Pozwoli to zdecydowanie obniżyć ślad węglowy oraz koszty cyklu życia tych konstrukcji. Z kolei aspekt zabezpieczenia dostaw i krytycznej technologii dla procesów wytwarzania jest zapewniony przez dwie składowe, którymi są materiały dostępne praktycznie wszędzie w Unii Europejskiej – wyjaśnia naukowiec. – Opracowana technologia wytwarzania będzie możliwa do zastosowania w regionalnych przedsiębiorstwach gospodarki odpadami, co zwiększa potencjał komercjalizacyjny projektu. W ten sposób problem globalny będzie mógł być rozwiązany przez działania lokalne, co potencjalnie obniży koszty transportu takiego materiału – tłumaczy.

Badania będą w całości prowadzone na Politechnice Wrocławskiej w ramach współpracy W2 z Wydziałem Inżynierii Środowiska. W skład sześcioosobowego, interdyscyplinarnego zespołu badawczego wejdą właśnie pracownicy obu jednostek. Projekt rozpocznie się 1 marca 2024 r. i potrwa trzy lata.

mic