Alokacja optymalna próby w warstwowym schemacie próbkowania jest jednym z podstawowych zagadnień w badaniach reprezentacyjnych. Polega ona na takim podziale zadanej całkowitej liczebności próby pomiędzy warstwy, aby przy założonym schemacie losowania w warstwach wariancja tzw. warstwowego π estymatora była minimalna. W niniejszej pracy rozważamy problem alokacji optymalnej w obecności warunków nałożonych jednocześnie na minimalną i maksymalną liczebność próbek w warstwach. Rozważymy funkcję wariancji o ogólnej postaci, która w szczególności obejmuje przypadek prostego losowania bez zwracania w warstwach. Celem artykułu jest po pierwsze – wyprowadzenie (z wykorzystaniem warunków Karusha-Kuhna-Tuckera) ogólnej postaci rozwiązania optymalnego, czyli tzw. warunków optymalności. Po drugie – na podstawie uzyskanych warunków optymalności, opracujemy efektywny algorytm rekurencyjny o nazwie RNABOX, który rozwiązuje analizowany problem alokacji optymalnej. Algorytm RNABOX można traktować jako uogólnienie klasycznego rekurencyjnego algorytmu Neymana, powszechnie stosowanego do wyznaczania optymalnej alokacji próby w sytuacjach, gdy ograniczenia dotyczą tylko maksymalnych liczebności próbek w warstwach. Algorytm RNABOX został zaimplementowany w języku R i stanowi część pakietu stratallo, dostępnego w repozytorium Comprehensive R Archive Network (CRAN).

Statyczny trening rzadki (static sparse training) ma na celu trenowanie rzadkich modeli sieci neuronowych i w ostatnich latach osiągnął imponujące wyniki. Kluczowym elementem konstrukcyjnym w tym podejściu jest tzw. rzadka inicjalizacja (sparse initialization), która określa trenowalną podstrukturę sieci poprzez binarną maskę. Obecne metody zazwyczaj wybierają taką maskę na podstawie uprzednio zdefiniowanej gęstej inicjalizacji. Takie podejście może jednak nie wykorzystywać w pełni potencjalnego wpływu maski na proces optymalizacji.

Alternatywnym kierunkiem, inspirowanym badaniami nad izometrią dynamiczną (dynamical isometry), jest wprowadzenie ortogonalności w rzadkiej podsieci, co pomaga w stabilizacji sygnału gradientu. W tej pracy proponujemy Exact Orthogonal Initialization (EOI) – nowy schemat rzadkiej inicjalizacji ortogonalnej, oparty na kompozycji losowych rotacji Givensa. W przeciwieństwie do innych istniejących podejść, nasza metoda zapewnia dokładną (nieprzybliżoną) ortogonalność i umożliwia tworzenie warstw o dowolnym stopniu rzadkości.

W eksperymentach wykazujemy wyższą skuteczność i efektywność EOI w porównaniu do powszechnie stosowanych technik rzadkiej inicjalizacji. W szczególności, nasza metoda pozwala trenować silnie rzadkie 1000-warstwowe sieci MLP i CNN bez użycia połączeń rezydualnych ani technik normalizacyjnych, podkreślając kluczową rolę odpowiedniej inicjalizacji wag w statycznym treningu rzadkim – obok wyboru samej maski.

Przedstawiamy nowe narzędzie numeryczne do badania gęstych warstw skorupy gwiazd neutronowych. Bazuje ono na zależnej od czasu teorii Hartreego-Focka-Bogoliubova oraz dokładnym funkcjonałem gęstości energii jądrowej typu Skyrme z rodziny Brussels-Montreal. Narzędzie to wykorzystujemy do analizy ewolucji czasowej jądra atomowego przyspieszającego w nadciekłej materii neutronowej będącej podstawowym budulcem skorupy gwiazdy neutronowej. W granicy małych prędkości wyznaczamy efektywną masę jądra w ośrodku. Obserwujemy istnienie prędkości krytycznych powyżej których aktywują się mechanizmy dyssypacji energii: emisja fononów, rozbijanie par Coopera oraz tworzenie wirów kwantowych. Opisane efekty mikroskopowe mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia zjawisk fizycznych zachodzących w gwiazdach neutronowych. Co więcej, mechanizmy te mają charakter ogólny i odnoszą się również do innych układów nadciekłych, takich jak nadciekły hel czy ultrazimne gazy atomowe.

Technologia wychwytywania, wykorzystania i składowania dwutlenku węgla (CCUS) odegra kluczową rolę w eliminowaniu wpływu krajów uprzemysłowionych na zmiany klimatu oraz w osiąganiu celów zerowej emisji netto. Tzw. klastry CCUS, w których kilka zakładów przemysłowych tworzy sieć emitentów i wspólnie korzysta z infrastruktury do transportu i składowania CO₂, mogą przynieść strategiczne korzyści w rozwoju technologii zarządzania emisjami węgla.

Niniejsza praca wnosi wkład w ocenę infrastruktury wychwytywania i transportu CO₂ pod kątem strat energetycznych i śladu węglowego oraz umożliwia ukierunkowaną optymalizację procesu planowania sekwencji klastrów CCUS. Głównym celem badania symulacyjnego było ułatwienie identyfikacji technicznych i środowiskowych cech instalacji wychwytujących oraz sieci rurociągów dla projektów energetycznych, przemysłowych i wodorowych – w ramach konkursów na sekwencjonowanie klastrów.

W tym celu zastosowano analizę energii netto, aby ocenić stosunek kosztu energetycznego do uzyskanych korzyści w projektach dekarbonizacji sektora energetycznego, natomiast analiza zwrotu z inwestycji węglowej pozwoliła określić emisje związane z infrastrukturą wychwytu CO₂ w projektach przemysłowych i wodorowych. Dzięki temu możliwe było wskazanie priorytetowych elementów sieci potrzebnych do osiągnięcia zakładanych efektów redukcji emisji.

Modelowanie hydrauliczne oraz wyniki symulacji stanu ustalonego sieci rurociągowej posłużyły do rozszerzenia zakresu analizy energii netto i uwzględnienia wpływu infrastruktury transportowej. Przedstawiono dwa studia przypadków dotyczące polskiego krajobrazu CCUS: pierwsze odnosi się do sektora energetycznego, a drugie do projektów dekarbonizacji przemysłu i wodoru. Obejmują one wstępne oszacowanie wielkości instalacji wychwytujących CO₂ oraz infrastruktury transportu rurociągowego, przy założeniu, że miejsce składowania (lub terminal odbiorczy) znajduje się na Morzu Bałtyckim.

Sieć ma strukturę drzewową i składa się z 81 łuków, 50 węzłów źródłowych, 3 stacji sprężania oraz jednego punktu odbioru w miejscu składowania. Źródłami emisji są elektrownie opalane węglem i gazem ziemnym, rafinerie, cementownie oraz zakłady nawozowe.

Wyniki pokazują, że wskaźnik zwrotu energetycznego (ang. energy return on energy invested, EROEI) dla potencjalnych projektów wychwytu CO₂ na polskim rynku energetycznym wynosi od 8,3:1 do 14,7:1, natomiast wskaźnik zwrotu węglowego (ang. carbon return on carbon invested) dla projektów przemysłowych mieści się w zakresie od 4,1:1 do 12,9:1.

Opracowane podejście modelowe, które łączy analizę energii netto i emisji netto, dostarcza kryteriów oceny źródeł CO₂, wspierając programy sekwencjonowania klastrów i wdrażanie technologii CCUS w przyszłości.

W niniejszym badaniu przeprowadzono kompleksową analizę zastosowania światłowodu z pustym rdzeniem o małej średnicy (HCF, ang. Hollow Core Fiber) do jednoczesnego pomiaru współczynnika załamania cieczy (RI, ang. Refractive Index) oraz poziomu cieczy (LL, ang. Liquid Level). Wykazano skalowalność czujnika – czułość na zmianę RI można regulować poprzez dobór długości segmentu światłowodu HCF.

W celu wzmocnienia interferencji modów wyższego rzędu przy jednoczesnym tłumieniu modu podstawowego zaproponowano zastosowanie pustego rdzenia o średnicy zaledwie 1 μm. Czujnik wykazał czułość na zmianę współczynnika załamania w zakresie od 62,14 nm/RIU (dla RI od 1,33 do 1,3403) do 3593,02 nm/RIU (dla RI od 1,4459 do 1,4502).

Przeanalizowano również działanie czujnika w pomiarze poziomu cieczy, stosując światłowody HCF o długościach segmentów od 4,5 mm do 62 mm. Wykazano, że zarówno zakres pomiaru, jak i czułość, mogą być skalowane w zależności od długości zastosowanego światłowodu. Czujnik poziomu cieczy został przetestowany w trzech różnych cieczach o odmiennych współczynnikach załamania i gęstościach, co pozwoliło zidentyfikować potencjalne źródła błędów pomiarowych.

Bioreaktory wyposażone w oscylacyjnie wychylane foliowe (polimerowe) zbiorniki to urządzenia zalecane do hodowli in vitro wrażliwej i podatnej na niszczące działanie sił ścinających biomasy komórek zwierzęcych i roślinnych, oraz agregatów tych komórek, tkanek, organów, czy też hybrydowych struktur biomasa-biomateriał. W bioreaktorach wyposażonych w foliowe (polimerowe) zbiorniki jednorazowego użytku, ciekła pożywka jest napowietrzana bezpęcherzykowo, co jest efektem falowania pożywki wywoływanego oscylacyjnymi wychyleniami (1D, 2D lub 3D, w zależności od typu bioreaktora) całego układu hodowlanego. Taki sposób napowietrzania wykazuje szereg zalet, w przeciwieństwie do rozwiązań stosowanych w typowych bioreaktorach zbiornikowych napowietrzanych barbotażowo. Główną zaletą bezpęcherzykowego  napowietrzania pożywki jest minimalizowanie negatywnych zjawisk określanych mianem hydrodynamicznego stresu komórkowego, które negatywnie oddziaływają na hodowaną in vitro biomasę komórek zwierzęcych czy roślinnych. 

W artykule przedstawiono przegląd aplikacyjności najnowszych generacji bioreaktorów wyposażonych w oscylacyjnie wychylane zbiorniki, wraz z krytycznym przeglądem metod ilościowego określania wartości parametrów charakteryzujących efektywność napowietrzania (tj. przenoszenia masy), czyli: współczynnika kLa, czasu mieszania i mocy wprowadzonej na jednostkę objętości (P/V). Przegląd najnowocześniejszych rozwiązań aparaturowych został wsparty obszernym katalogiem danych ilościowych dotyczących warunków wymiany masy osiąganych w różnych komercyjnie dostępnych bioreaktorach. 

Perowskity metalo-halogenkowe o ogólnym wzorze ABX₃ to wysoce obiecujące materiały półprzewodnikowe do zastosowań fotowoltaicznych ze względu na ich właściwości, takie jak: optymalna wartość przerwy energetycznej, wysoki współczynnik absorpcji oraz stosunkowo prosta metoda syntezy. Jednak jednym z największych wyzwań pozostaje ich niestabilność w warunkach środowiskowych.

Jedną z popularnych strategii mających na celu przezwyciężenie tego ograniczenia jest wprowadzenie kationów o nadmiarowym rozmiarze do sieci perowskitu. W niniejszym badaniu skupiono się na inżynierii składu A w matrycy FAPbI₃ (gdzie FA = kation fomamidynowy), tj. jednego z podstawowych perowskitów ołowiowo-halogenkowych. Podwójne materiały perowskitowe o wzorze DMAₓFA₁–ₓPbI₃ (gdzie DMA = duży kation dimetyloamoniowy), z wykorzystaniem bezrozpuszczalnikowej syntezy mechanochemicznej i analizowano stabilność fazową tych materiałów w zależności od temperatury, przy użyciu zmiennotemperaturowej dyfrakcji rentgenowskiej proszków (pXRD) in-situ oraz analizy termograwimetrycznej połączonej z różnicową kalorymetrią skaningową (TGA-DSC).

Analiza pXRD świeżo zmielonych materiałów potwierdza pełną mieszalność w całym zakresie podstawienia, co prowadzi do powstania jednowymiarowych struktur δ-perowskitoidowych. Ponadto wykazano, że warunki przetwarzania mają istotny wpływ na przebieg przemian fazowych indukowanych temperaturą oraz na tworzenie trójwymiarowych polimorfów w badanym zakresie temperatur (25-300°C /298–573K). W szczególności, szybkie ogrzewanie próbek (5 °C/min) sprzyja współistnieniu nowo powstających różnych faz strukturalnych, natomiast wolne ogrzewanie (0,5 °C/min) wspomaga formowanie jednofazowych materiałów (np. zawierających jedynie pożądaną czarną fazę perowskitową). Co ciekawe, powolne ogrzewanie prowadzi do powstania pojedynczej czarnej fazy α-perowskitu dla składu zawierającego do 10% DMA, podczas gdy w przypadku szybkiego nagrzewania czarna faza α-perowskitu współistnieje jako pomarańczowa faza wtórna z polimorfem 4H przy zawartości DMA do 30%.

Prezentowane badanie dostarczają kompleksowego zrozumienia wpływu inżynierii składu oraz warunków przetwarzania na przemiany fazowe i powstawanie konkretnych polimorfów w A-podwójnych materiałach typu DMAₓFA₁–ₓPbI₃. Tym samym stanowią one istotny wkład do racjonalnego projektowania procesów wytwarzania wieloskładnikowych materiałów perowskitowych.

Dynamiczny rozdział kinetyczny (DKR) to kluczowa metoda stosowana do otrzymywania optycznie czystych związków z racemicznych substratów z teoretyczną wydajnością wynoszącą 100%. Metoda ta łączy interkonwersję enancjomerów deracemizowanego substratu z enancjoselektywną transformacją. W niniejszym artykule opisano biokatalityczny proces DKR racemicznych alkoholi, który został zrealizowany przy użyciu tandemu biokatalizatorów w wodzie. Z jednej strony wykorzystano zmodyfikowaną dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus kefir (Lk-ADH Prince), umożliwiającą katalityczną racemizację chiralnych alkoholi in situ poprzez mechanizm sekwencyjnej wymiany atomu wodoru pomiędzy cząsteczkami alkoholu/ketonu oraz kofaktorami NAD(P)H/NAD(P)+. Równolegle zastosowano odpowiednie stereokomplementarne warianty acylotransferazy pochodzącej z Mycobacterium smegmatis (MsAcT), które katalizują enancjoselektywną transestryfikację alkoholi z wykorzystaniem octanu 2,2,2-trifluoroetylu jako donora grupy acetylowej w wodzie, przebiegającą wbrew niekorzystnej termodynamice typowej dla tego typu układów reakcyjnych. Warto podkreślić, że opracowany dwuenzymatyczny proces kaskadowej deracemizacji chiralnych alkoholi stanowi przełomowe rozwiązanie problemów syntetycznych, które przez ponad 30 lat stanowiły wyzwanie dla chemików bioorganików. Dotychczasowe chemoenzymatyczne procesy DKR opierały się na zastosowaniu lipaz oraz kosztownych i niestabilnych kompleksów metali grup przejściowych. Z tego względu ich realizacja wymagała bezwodnych i beztlenowych warunków reakcyjnych, wysokich temperatur, stosowania toksycznych zasad do aktywacji kompleksów metali oraz użycia lotnych, szkodliwych dla środowiska rozpuszczalników organicznych. Dodatkowo, praktyczne zastosowanie tych metod było utrudnione przez relatywnie długi czas reakcji, powstawanie licznych produktów ubocznych, wzajemną dezaktywację katalizatorów DKR, konieczność immobilizacji enzymów, ograniczone spektrum substratowe oraz skomplikowane procedury izolacji i oczyszczania produktów. Zaprojektowany przez zespół dr. Borowieckiego dwuenzymatyczny proces DKR eliminuje wszystkie te ograniczenia, ponieważ wykorzystuje w pełni biodegradowalne biokatalizatory działające w wodnych roztworach buforowych. Co istotne, reakcja przebiega w łagodnych warunkach temperaturowych i pH, osiągając wysokie wydajności (65–82%) oraz nadmiary enancjomeryczne (83–99,9%) dla izolowanych produktów. Dodatkowo, czas trwania reakcji został drastycznie skrócony – nawet do zaledwie 1,5 godziny, a praktyczność biokatalitycznego procesu DKR została wykazana w skali gramowej na modelowym substracie. Badania opisane na łamach Angewandte Chemie International Edition z pewnością przyczynią się do rozwoju wydajniejszych, bardziej selektywnych oraz proekologicznych metod syntezy optycznie czynnych związków o wysokiej wartości dodanej.

Centra barwne w AlN mogą często występować w różnych stanach naładowania i mogą im towarzyszyć liczne współistniejące defekty, tworząc złożone środowisko, w którym wzajemne interakcje są nieuniknione. Dlatego wyzwaniem jest opracowanie protokołów wzrostu kryształów AlN, które umożliwią selektywne uzyskanie określonego centrum barwnego i regulowanie jego koncentracji, jednocześnie zapobiegając powstawaniu innych niepożądanych defektów punktowych. W niniejszej pracy przedstawiam procedurę dotyczącą inżynierii defektów punktowych w półprzewodnikach binarnych o szerokiej przerwie energetycznej, którą można bezpośrednio zastosować do projektowania optymalnych protokołów wzrostu kryształów poprzez połączenie analizy fazowej opartej na metodzie CALPHAD oraz obliczeń ab initio defektów punktowych. Badamy technologicznie istotne centra barwne indukowane przez chrom i mangan w AlN, a następnie analizujemy wpływ tlenu, który może być niezamierzenie wprowadzany podczas wzrostu kryształów. Przedstawiamy dominujące defekty we wszystkich trzech przypadkach jako funkcję parametrów procesu, wraz z ich sygnaturami optycznymi.

W przypadku domieszkowania zarówno chromem jak i manganem, najbardziej prawdopodobne defekty to CrAl​ oraz MnAl, a wzrost ciśnienia cząstkowego azotu sprzyja zwiększeniu ich koncentracji. Pokazujemy, że możliwe jest wykorzystanie lotności azotu jako narzędzia do regulacji intensywności sygnatur optycznych. Wyznaczyliśmy energie jonizacji defektu CrAl​ względem maksimum pasma walencyjnego równą odpowiednio 2.60 eV (E+/−), 3.83 eV (E0/−) i 5.41 eV (E−/2−) a także przejścia związane z wychwytem elektronów i dziur, których pasma luminescencyjne są scentrowane odpowiednio przy 2.82 eV, 1.91 eV i 3.15 eV.

W przeciwieństwie do domieszkowania chromem, agregacja Mn jest mało prawdopodobna, a defekt MnAl​–VN​ jest najobficiej występującym defektem po MnAl​ w większości warunków syntezy. Tlen wykazuje tendencję do tworzenia kompleksów z VAl​, a defekt ON–VAl​ jest znaczącym defektem zaraz po ON, charakteryzującym się pasmami emisji w UV o energiach 3.17 eV, 3.26 eV i 3.81 eV. Nasze wyniki są zgodne z dostępnymi eksperymentalnymi sygnaturami optycznymi centrów związanych z Cr, Mn i O, a także demonstrują sposoby regulowania intensywności ich emisji poprzez zmiany warunków wzrostu kryształów.

Proces hydrodynamicznej dezintegracji zależy między innymi od parametrów operacyjnych, takich jak prędkość obrotowa czy wprowadzona energia. Niniejsze badanie przedstawia interdyscyplinarne podejście do oceny wpływu parametrów hydrodynamicznej dezintegracji na procesy wewnętrzne oraz efekty dezintegracji na przykładzie przetwarzania osadów ściekowych.

Analizowano trzy prędkości obrotowe, uwzględniając zmiany właściwości cieczy na wybranych etapach dezintegracji. Efekty procesu mierzono w testach laboratoryjnych, oznaczając rozpuszczalny chemiczny ładunek tlenu (SCOD) oraz lotne kwasy tłuszczowe (VFA) przed i po procesie dezintegracji. Ocena skuteczności dezintegracji opierała się na stopniu dezintegracji, a analiza przebiegu produkcji metanu przeprowadzona została na podstawie testów potencjału biochemicznej produkcji metanu (BMP).

Zmiany właściwości cieczy w kolejnych etapach dezintegracji nie powodowały istotnych zmian w strukturze przepływu. Wyniki modelowania matematycznego wykazały, że przy prędkości 1500 obr./min nie zaobserwowano zjawiska kawitacji. Natomiast wyniki testów laboratoryjnych wskazują, że dla tej prędkości (1500 obr./min) uwalniane do cieczy związki organiczne charakteryzowały się większą podatnością na biodegradację niż te uwalniane przy prędkościach 2500 i 3000 obr./min (co potwierdzają niższe wartości stosunku SCOD/VFA dla 1500 obr./min).

Uzyskane wyniki potwierdziły, że głównym mechanizmem odpowiedzialnym za efekt dezintegracji jest rozdrabnianie mechaniczne, a nie kawitacja.

W pracy udowodniono lokalną spójność niezmienniczych jednospójnych basenów przyciągania dla pewnej klasy funkcji meromorficznych przestępnych. Rozważane baseny przyciągania nie muszą być ograniczone, a ich brzegi mogą zawierać nieskończenie wiele wartości postsingularnych. Zakłada się natomiast, że nieograniczone części basenów przyciągania zawarte są w tzw. płatkach odpychających w nieskończoności, gdzie dynamika przekształcenia przypomina zachowanie w pobliżu punktów parabolicznych. Otrzymane rezultaty mają zastosowanie dla szerokiej klasy przekształceń pochodzących od metody Newtona dla funkcji całkowitych przestępnych, w szczególności udowodniono lokalną spójność zbioru Julii dla metody Newtona zastosowanej dla funkcji sinus; jest to pierwszy nietrywialny przykład lokalnie spójnego zbioru Julii funkcji przestępnej spoza klasy B z nieskończoną liczbą nieograniczonych składowych Fatou. 

Generowanie losowych miar rozmytych spełniających złożone liniowe ograniczenia są istotne w uczeniu maszynowym, podejmowaniu decyzji, czy badaniu samych miar. Istniejące metody głównie skupiają się na warunkach monotoniczności i prostych warunkach normalizacyjnych. Zaproponowaliśmy więc dwie nowe grupy metod dla ogólnych ograniczeń liniowych.