Fire nye professorer skal styrke forskning i energi, robotter og nye materialer

Fra robotter, der kan samarbejde sikkert og intelligent med mennesker, til vindmølleparker, der kan trække mere energi ud af vinden.

Det er nogle af de forskellige forskningsområder, som fire nye professorer på Institut for Mekanik og Produktion ved Aarhus Universitet skal være med til at udvikle.

Xuping Zhang bliver professor i mekatronik og robotteknologi, Michal Budzik i kompositmaterialer, Ramin Aghababaei i overflademekanik og tribologi og Mahdi Abkar i fluidmekanik og turbulensmodellering.

De fire professorater kommer på et tidspunkt, hvor det ingeniørvidenskabelige område på Aarhus Universitet har gennemgået en markant faglig udvikling. Området har mindre end 15 års historie på universitetet, og ifølge institutleder Anders Brandt afspejler de nye professorater, at flere af instituttets forskningsområder nu har nået et nyt trin i deres udvikling.

“Vi har gennem en årrække opbygget vores forskningsmiljøer og udviklet vores faglige profil. Nu er vi nået til et punkt, hvor professorer kan få en vigtig rolle som faglige drivkræfter på en række centrale områder og være med til at sætte retning for den videre udvikling af vores forskning,” siger Anders Brandt.

De nye professorer skal også styrke samarbejdet. Både mellem forskerne på instituttet og med virksomheder og forskere uden for Aarhus Universitet. Målet er, at ny viden ikke bliver på universitetet, men kan bruges til at udvikle teknologi og løsninger inden for blandt andet klima, energi, digitalisering og sundhed.

Robotter og nye materialer

For Xuping Zhang handler fremtidens robotteknologi ikke alene om at gøre robotter dygtigere. Han undersøger samspillet mellem mennesker, robotter og deres omgivelser og kombinerer robotteknologi med kunstig intelligens og digitale tvillinger.

Målet er robotsystemer, der kan interagere mere naturligt og intelligent med mennesker og bruges inden for eksempelvis produktion, landbrug, energi og sundhed.

“Den næste generation af robotter bør ikke kun defineres af, hvad robotterne kan, men af hvordan de kan skabe værdi for mennesker og samfund. Derfor fokuserer min forskning på at gøre robotteknologi mere menneskecentreret, bæredygtig og robust,” siger Xuping Zhang.

Professoratet giver ham mulighed for at tage et større ansvar for udviklingen af forskningsmiljøet og uddannelsen af kommende generationer af ingeniører og forskere. Udviklingen inden for robotteknologi og AI går hurtigt, understreger han, og derfor skal forskerne også forholde sig til, hvordan teknologien bedst supplerer menneskelige evner.

For Michal Budzik er det materialerne, der er i centrum. Kompositter spiller allerede en vigtig rolle i blandt andet vindenergi, rumfart, forsvar, transport og store infrastrukturer. Ved at kombinere forskellige materialer, eksempelvis stærke fibre og polymerer, kan ingeniører skabe konstruktioner med høj styrke og lav vægt. Det er afgørende på områder, hvor hvert gram, materialernes holdbarhed og konstruktionernes sikkerhed tæller.

En særlig udfordring ligger dér, hvor materialerne mødes. Derfor undersøger Michal Budzik blandt andet grænseflader og samlinger, som ofte er de steder, hvor en konstruktion risikerer at svigte. Han arbejder også med såkaldte arkitekterede materialer, hvor forskerne designer materialets indre geometri for at give det bestemte egenskaber.

Det åbner eksempelvis mulighed for samlinger, der holder under brug, men kan skilles ad igen ved reparation eller genanvendelse, og konstruktioner, der leverer samme ydeevne med mindre materiale. Den tilgang kan også blive relevant i en tid, hvor adgangen til kritiske råmaterialer og afhængigheden af importerede materialer har strategisk betydning.

“Mange af udfordringerne inden for kompositmaterialer ligger mellem traditionelle faggrænser: mellem mekanik og materialekemi, mellem fremstilling og design og mellem laboratoriet og de virksomheder, der skal bruge resultaterne. Professoratet giver mig en stærkere platform for netop den slags samarbejde,” siger Michal Budzik.

Mere effektive og modstandsdygtige teknologier

En vindmølle står ikke alene med vinden. Når luften har passeret én mølle, efterlader den komplekse turbulente strømninger, som påvirker møllerne bagved. Derfor er forståelsen af turbulens vigtig, når vindmølleparker skal designes og optimeres.

Det samme gør sig gældende mange andre steder i vores energi- og ressourcesystemer. Det gælder eksempelvis strømninger i pumper og varmesystemer, transport og håndtering af vand, energiomsætning og teknologier til CO2-fangst. En bedre forståelse af komplekse strømninger kan derfor bidrage til mere effektive og robuste systemer.

Det er nogle af de udfordringer, Mahdi Abkar forsker i. Han kombinerer grundlæggende fluidmekanik med avancerede computersimuleringer, datadrevne metoder og machine learning for bedre at forstå, forudsige og i sidste ende kontrollere turbulente strømninger.

“Hvis vi bliver bedre til at forstå, forudsige og kontrollere komplekse strømninger, kan det få direkte betydning for energieffektivitet, ressourceforbrug og udledninger. Min forskning forsøger at forbinde den grundlæggende fluidmekanik med konkrete ingeniørmæssige udfordringer og i sidste ende bidrage til at begrænse klimaforandringerne,” siger Mahdi Abkar.

Som professor vil han samtidig styrke forskningsmiljøet inden for fluidmekanik og turbulens og udbygge samarbejdet på tværs af fagområder og med virksomheder.

Hvor Mahdi Abkar undersøger bevægelser i væsker og gasser, zoomer Ramin Aghababaei ind på det, der sker, når overflader bevæger sig mod hinanden. Hans forskningsfelt hedder tribologi og handler om friktion, slid og smøring.

Det kan lyde som et snævert felt, men tribologi findes næsten overalt. Friktion er det, der får LEGO-klodser til at gribe fat i hinanden og sidde sammen. De samme grundlæggende principper har betydning for, hvor godt store industrielle komponenter fungerer, og hvor længe de holder, når overflader glider, ruller eller bevæger sig mod hinanden. Det gælder alt fra pumper og ventiler til lejer og gearkasser i vindmøller. I den helt anden ende af skalaen spiller friktion og slid en lige så vigtig rolle i mikroskopiske komponenter i sensorer, elektronik og medicinsk udstyr.

For Ramin handler forskningen blandt andet om at mindske friktion og slid, så maskiner bruger mindre energi, materialer holder længere, og færre ressourcer går tabt. Han undersøger også, hvordan fossilt baserede smøremidler kan erstattes med mere miljøvenlige alternativer, og hvordan man kan designe overflader med netop den friktion, der er brug for.

“Jeg synes, det er utrolig givende at arbejde i et felt, hvor grundlæggende forskning kan have så direkte og praktisk værdi for samfundet. Mit mål er at være med til at opbygge et stærkt miljø for forskning, uddannelse og innovation inden for tribologi, som kan bidrage til mere effektive, holdbare og bæredygtige teknologier,” siger han.

De fire professorers forskning spænder over vidt forskellige områder. Fælles er ambitionen om at forbinde grundlæggende ingeniørvidenskab med teknologiske udfordringer uden for universitetet.

For institutleder Anders Brandt handler de fire professorater derfor både om at udvikle de enkelte fagområder og om at styrke instituttets samlede forskningsmiljø.

“Vi bedriver forskning på højeste internationale niveau, men forskning skal også skabe impact uden for universitetet. Det gør vi, når vores viden bliver bragt i spil og bidrager til nye teknologier og løsninger på konkrete udfordringer i samfundet. Det kræver stærke faglige miljøer og forskere, som både kan udvikle deres egne områder og skabe samarbejder på tværs. Det er den udvikling, de nye professorer skal være med til at accelerere,” siger Anders Brandt.