Celem syntezy termojądrowej jest produkcja energii elektrycznej poprzez łączenie lekkich jąder w plazmie o wysokiej temperaturze. Najbardziej obiecująca droga do fuzji termojądrowej przewiduje zamknięcie takich plazm za pomocą pól magnetycznych, których najczęściej badaną konfiguracją jest tokamak.

Jednym z głównych wyzwań stojących na drodze do reaktora komercyjnego są gwałtowne zerwania sznura plazmowego (z ang. disruptions), które występują we wszystkich urządzeniach tokamakowych.

W niniejszej pracy przestawiono, w jaki sposób, wdrażając nowatorskie metody analizy tysięcy eksperymentów przeprowadzonych w reaktorze JET, zbadano charakter różnych form tych zjawisk. Badania obejmowały szeroki zakres izotopowych składów paliwa – od wodoru po tryt, w tym kluczową kampanię D-T.

Opracowano nowatorskie podejście do detekcji zagrożenia, które pozwala określić zarówno prawdopodobieństwo wystąpienia zakłócenia, jak i czas pozostały do jego nastąpienia. Wykorzystane metody są adaptacyjne i mogą być stosowane w czasie rzeczywistym.

Uzyskane wyniki wskazują, że możliwe jest opracowanie opartych na fizyce narzędzi do prognozowania i kontroli zakłóceń zachodzących w plazmie, co pozwoli wdrożyć realistyczne strategie ich unikania i zapobiegania nim, spełniające wymagania stawiane przyszłym generacjom urządzeń termojądrowych.

Dostrajanie (fine-tuning) to powszechnie stosowana technika w uczeniu głębokim, umożliwiająca przenoszenie wcześniej wytrenowanych zdolności, często wykorzystywana w modelach bazowych (foundation models). Jednak dostrajanie modeli uczenia ze wzmocnieniem (RL) pozostaje wyzwaniem.

W niniejszej pracy analizujemy dwie przyczyny słabej transferowalności. Pierwsza jest związana z utratą skuteczność w podprzestrzeni stanów starego zadania, które nie zostały odwiedzone na początkowym etapie dostrajania, mimo że przed dostrojeniem agent radził sobie w nich dobrze. W efekcie tracimy oczekiwane korzyści z transferu. Druga przyczyna jest związana z nieoptymalnym agentem bazowym, który w trakcie dostrajana w nowym zadaniu ogranicza się jedynie do małej części zdolności wcześniej wytrenowanych, na skutek czego inne ulegają zapomnieniu.

W naszej pracy identyfikujemy warunki, w których to zjawisko występuje, pokazując, że jest ono częste i w wielu przypadkach katastrofalne.

Dzięki szczegółowej analizie empirycznej, przeprowadzonej w wymagających środowiskach NetHack i Montezuma’s Revenge, wykazujemy, że standardowe techniki zachowywania wiedzy pozwalają złagodzić ten problem i pełniej wykorzystać wcześniej wytrenowane zdolności.

W szczególności w NetHack osiągamy nowy najlepszy wynik dla modeli neuronowych, poprawiając poprzedni rekord z 5K do ponad 10K punktów w scenariuszu Human Monk.

Stale austenityczne eksploatowane w warunkach intensywnego promieniowania, np. w reaktorach jądrowych, ulegają znaczącym zmianom mikrostrukturalnym, prowadzącym do umocnienia radiacyjnego i degradacji ich właściwości mechanicznych. W opublikowanej pracy: "Atomistic Analysis of the Mechanisms Underlying Irradiation-Hardening in Fe-Ni-Cr Alloys" – A. Ustrzycka, F. J. Dominguez-Gutierrez, W. Chromiński, International Journal of Plasticity, 2024, przy użyciu symulacji atomistycznych oraz eksperymentalnej analizy mikroskopowej, zbadano mechanizmy powstawania i ewolucji defektów radiacyjnych w stopach Fe-Ni-Cr. 

W pierwszej kolejności przeprowadzono symulacje nakładających się kaskad zderzeniowych (overlapping cascade), które odwzorowują efekty bombardowania materiału neutronami, umożliwiając analizę powstawania i ewolucji defektów radiacyjnych. Następnie zweryfikowano rodzaj i gęstość powstałych defektów metodami eksperymentalnymi. Próbki stopu FeNiCr poddano napromieniowaniu jonami Ni o wysokiej energii, wykorzystując akcelerator tandemowy. Powstałe w ten sposób defekty radiacyjne przeanalizowano za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), co pozwoliło na ich identyfikację oraz ilościową charakterystykę. Analiza symulacji przeprowadzonych metodą Dynamiki Molekularnej wykazała, że defekty radiacyjne, zarówno pętle dyslokacyjne, jak i nanometryczne pustki, przyczyniają się do wzrostu umocnienia materiału, przy czym pustki stanowią znacznie silniejsze bariery dla ruchu dyslokacji. Zaobserwowano kluczowe mechanizmy, takie jak ścinanie pustek przez dyslokacje, ich zapadanie się do pętli dyslokacyjnych, a następnie zanikanie w wyniku interakcji z dyslokacjami. Procesy te prowadzą do złożonego sprzężenia między gęstością pustek i pętli dyslokacyjnych. W oparciu o te wyniki opracowano nowy model umocnienia radiacyjnego, uwzględniający efekty oddziaływań dyslokacji powstałych w wyniku deformacji plastycznej z defektami promieniowania.

Artykuł powstał we współpracy z IPPT i NCBJ.

Obecnie ponad 60% światowej populacji mieszka w miastach. Życie w miastach niesie wiele korzyści, ale wiąże się również z wyzwaniami związanymi z koniecznością inteligentnej urbanizacji.

Nowa generacja projektowalnych dwuwymiarowych nanomateriałów, zwanych MXenami, stanowi kluczową technologię, która może wynieść współczesne podejście do urbanizacji na wyższy poziom, prowadząc do realizacji koncepcji inteligentnego miasta. Inteligentne miasto to nowatorski model oparty na samowystarczalnych technologiach, które są interaktywne i responsywne wobec potrzeb obywateli.

W niniejszym artykule omawiane są technologie oparte na MXenach, które mogą wspierać zrównoważony rozwój miast. Dzięki nim możliwe jest projektowanie samowystarczalnych, adaptacyjnych i inteligentnych budynków, które minimalizują zużycie zasobów i rozwiązują problemy związane z deficytem czystej energii, wody oraz powietrza.

MXeny mogą także rozwiązać problem obecnych ograniczeń technologicznych związanych z Internetem Rzeczy (IoT) i telemedycyną, ponieważ łączą różnorodne właściwości i umożliwiają wielofunkcyjność. Przewiduje się, że MXeny odegrają kluczową rolę w rozwoju inteligentnych miast. W związku z tym, przedstawiono ich potencjał i mapę drogową, która demonstruje praktyczne zastosowania MXenów w tym kontekście.

Podsumowując, badanie to promuje rolę MXenów w poprawie jakości życia mieszkańców miast, podnosząc standardy urbanizacji do nowego poziomu.

Cukrzyca to choroba związana z niewydolnością endokrynnej części trzustki, składającej się głównie z wysp trzustkowych. Obecnie cukrzyca jest uważana za najszybciej rozwijającą się chorobę cywilizacyjną. Na całym świecie ponad 440 milionów ludzi cierpi na cukrzycę, a szacuje się, że do 2045 roku liczba ta wzrośnie do 700 milionów. Wyspy trzustkowe to złożone, silnie unaczynione mini-narządy, a jedynie opracowanie w pełni funkcjonalnego, unaczynionego modelu wyspy trzustkowej może przyczynić się do postępu w wiedzy na temat rozwoju cukrzycy, nowych strategii terapeutycznych oraz generowania wysp do zastosowań w medycynie regeneracyjnej.

Dlatego głównym celem naszego badania było opracowanie mikroprzepływowego systemu do jednoczesnej hodowli dwóch trójwymiarowych (3D) modeli badawczych. Urządzenie przedstawione w niniejszym artykule zostało wykorzystane do jednoczesnej hodowli modelu naczynia krwionośnego, składającego się z komórek śródbłonka (HUVEC), opracowanego przy użyciu techniki Viscous Finger Patterning (VFP), oraz modelu wyspy trzustkowej, który został opracowany w wyniku współhodowli komórek α i β.

Podczas badań zoptymalizowano metodę produkcji urządzenia, w tym celu porównano najprecyzyjniejszą technikę mikrofrezowania z metodą szybkiego prototypowania – drukiem 3D. Przestrzenne rozmieszczenie komórek w opracowanych modelach, ich morfologia i żywotność zostały zwizualizowane za pomocą barwienia fluorescencyjnego oraz analizy mikroskopii konfokalnej. Niniejszy artykuł przedstawia badania wstępne dotyczące opracowania długoterminowej hodowli złożonego modelu imitującego połączenie mikrokrążenia z wyspą trzustkową, który w przyszłości może posłużyć do opracowania nowych strategii terapeutycznych lub generowania w pełni funkcjonalnych wysp trzustkowych.

Przedstawiamy pierwsze zastosowanie niestechiometrycznych nanokryształów stopowych Ag–In–Zn–S jako fotoinicjatorów i fotokatalizatorów kontrolowanej polimeryzacji metakrylanu metylu (MMA).
 
Przetestowano dwa typy nanokryształów, różniące się składem i charakteryzujące się czerwoną oraz zieloną fotoluminescencją.
 
Wykorzystując ich właściwości redukcyjne oraz zdolność do generowania wolnych rodników, wykazaliśmy, że pod wpływem światła UV skutecznie inicjują rodnikową polimeryzację MMA, natomiast w świetle widzialnym (niebieskim lub zielonym) pełnią funkcję fotokatalizatorów kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej.

Przedstawiamy ogólną metodykę modelowania charakterystyk materiałów magnetycznych stosowanych w energetyce przy użyciu głębokich sieci neuronowych.

Do trenowania autoenkodera (czyli modelu sieci neuronowej złożonej z dwóch części: enkodera i dekodera) w sposób nienadzorowany wygenerowano wielowymiarowe charakterystyki materiałów magnetycznych, które naśladują rzeczywiste pomiary. Enkoder stara się przewidzieć parametry materiałowe modelu teoretycznego, który następnie jest używany w dekoderze. Dekoder, korzystając z przewidzianych parametrów, rekonstruuje wejściowe charakterystyki.

Sieć neuronowa jest trenowana na syntetycznie wygenerowanym zestawie charakterystyk, który obejmuje szeroki zakres zachowań materiałów, co pozwala na uogólnienie modelu, pozwalające opisać fizykę problemu, zamiast jedynie optymalizować parametry dla pojedynczej charakterystyki.

Po zdefiniowaniu i wytrenowaniu modelu, wykazujemy jego przydatność w złożonym problemie jednoczesnego modelowania materiałów magnetycznych w domenach częstotliwości i prądu (zakres nieliniowy).  W tym celu wykorzystano charakterystyki zmierzone w zakresie częstotliwości do 10 MHz oraz natężenia pola magnetycznego (H) aż do nasycenia.

Artykuł przedstawia dedykowaną metodę rozpoznawania ludzkich postaw z wykorzystaniem opcji klasyfikacji i klastrowania. Ostatecznym celem badań jest rozpoznawanie działań człowieka na podstawie sekwencji postaw, co stawia określone wymagania wobec opracowanej metody.

W tym celu zaproponowano rzadki autoenkoder (Sparse Autoencoder) w połączeniu z samoorganizującą się mapą (SOM – Self-Organized Map). SOM została rozszerzona o dodatkową warstwę odpowiedzialną za post-etykietowanie lub klasteryzację, co tworzy strukturę określaną jako rozszerzona SOM (extended SOM).

Aby poprawić wydajność SOM, zastosowano dwie modyfikacje ukierunkowane na zadanie – dedykowaną miarę odległości kątowej oraz funkcję sąsiedztwa do aktualizacji wag SOM.

Główny wkład badawczy tej pracy to koncepcja rozszerzonej SOM, która jest trenowana na danych nieoznaczonych i może klasyfikować lub grupować postawy człowieka. Sparse Autoencoder pozwala na zachowanie cech charakterystycznych danych przy jednoczesnym zmniejszeniu ich wymiarowości.

Wykazano, że opracowana metoda osiąga wyższą efektywność klasyfikacji w porównaniu do innych reprezentatywnych metod. Badania ablacyjne pokazują, w jaki sposób wprowadzone modyfikacje poprawiają wyniki klasyfikacji. Opracowana metoda charakteryzuje się dobrą rozdzielczością w rozróżnianiu postaw. Na końcu artykułu przedstawiona jest dyskusja na temat użyteczności zaproponowanej koncepcji.

Germanokrzemek Na₄₋ₓGeᵧSi₁₆₋ᵧ (0,4 ≤ x ≤ 1,1; 4,7 ≤ y ≤ 9,3) został zsyntezowany w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury. Kryształy nowego związku typu gość-gospodarz zawierają w swej strukturze unikalny szkielet tetrelowy z podwójnymi kanałami, w których znajdują się atomy sodu, oraz mniejszymi, pustymi jednostkami (Si,Ge)₉. Ułożenie tych elementów tworzy nowy typ struktury o topologii ściśle związanej z hipotetyczną odmianą alotropową węgla. Analiza topologiczna struktury ujawniła, że przestrzeń otoczenia gości nie może być wypełniona pojedynczymi wielościanami, jak ma to miejsce w związkach klatkowych (np. klatratach). Analiza naturalnych parkietaży (ang. tilings) dostarcza wygodnej metody jednoznacznego porównania pokrewnych struktur bogatych w tetrele oraz może pomóc w wyjaśnianiu nowych możliwych układów strukturalnych związków międzymetalicznych. 

W niniejszym artykule przedstawiono wydajną technikę poprawy jakości obrazów radarowych ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) z wykorzystaniem estymacji parametrów dwuwymiarowego widma z jednoczesną koncentracją.

Proponowana metoda ma na celu uśrednianie wielu skoncentrowanych obrazów ISAR, uzyskanych przy użyciu ortonormalnych okien. W efekcie generowany jest obraz o zwiększonej poprawionej rozdzielczości i zredukowanym szumie.

W porównaniu do najnowocześniejszych metod, zaprezentowane podejście skutecznie tłumi zarówno stacjonarny, jak i niestacjonarny szum w obrazach ISAR, co prowadzi do poprawy kontrastu i entropii.

Przeprowadzono obszerne symulacje, które ilościowo potwierdzają efektywność proponowanej techniki oraz jej przydatność w rzeczywistych systemach. Na końcu pracy przedstawiono wyniki przetwarzania rzeczywistych obrazów ISAR o wysokiej rozdzielczości, demonstrując skuteczność metody w aktywnych radarach FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave).

Dziura w grafie to indukowany cykl o długości co najmniej 4. Dziura jest długa, jeśli jej długość wynosi co najmniej 5. Przez P_n​ oznaczamy ścieżkę o n wierzchołkach. W niniejszej pracy przedstawiamy algorytmy wielomianowe dla następujących problemów: problemu największego zbioru niezależnego w grafach bez długich dziur oraz problemu najmniejszego zbioru wierzchołków przecinającego wszystkie cykle (feedback vertex set) w grafach bez ścieżek P_5. Każdy z powyższych wyników rozwiązuje odpowiadający mu długoletni otwarty problem.

Rozszerzona dziura to dziura na pięciu wierzchołkach z dodatkowym wierzchołkiem sąsiadującym z jednym lub dwoma kolejnymi wierzchołkami tej dziury. Niech G oznacza klasę grafów, które nie zawierają rozszerzonej dziury ani dziur o długości co najmniej 6 jako indukowanych podgrafów; klasa ta zawiera zarówno wszystkie grafy bez długich dziur, jak i wszystkie grafy bez indukowanej ścieżki P_5​. Pokazujemy, że dla danego grafu o n wierzchołkach (z wagami na wierzchołkach) oraz danej liczby całkowitej k, można w czasie wielomianowym znaleźć największy w sensie sumy wag indukowany podgraf o szerokości drzewiastej mniejszej niż k. Wynik ten implikuje oba wspomniane wcześniej rezultaty.

Aby osiągnąć ten cel, rozszerzamy metodę potencjalnych maksymalnych klik (PMCs) do kontenerów. Zostały one opracowane przez Bouchitté i Todincę [SIAM J. Comput., 31 (2001), s. 212–232] oraz rozszerzone przez Fomina, Todincę i Villangera [SIAM J. Comput., 44 (2015), s. 54–87]. Metoda ta pozwala rozwiązywać szeroki wachlarz problemów, w tym znajdowanie najcięższego indukowanego podgrafu o szerokości drzewiastej mniejszej niż k (dla ustalonego k), w czasie wielomianowym względem rozmiaru grafu i liczby potencjalnych maksymalnych klik.

Dalsze rozwinięcia metody, dostosowane do rozwiązania problemu największego zbioru niezależnego (np. dla grafów bez indukowanej ścieżki P_5​ [Lokshtanov, Vatshelle i Villanger, SODA 2014, s. 570–581] lub grafów bez indukowanej ścieżki P_6​ [Grzesik, Klimošová, Pilipczuk i Pilipczuk, ACM Trans. Algorithms, 18 (2022), s. 4:1–4:57]), polegają na ograniczeniu się do generowania jedynie specjalnie wybranego podzbioru wszystkich potencjalnych maksymalnych klik w grafie.

We wszystkich wspomnianych pracach ostatnim krokiem jest złożony algorytm programowania dynamicznego, którego przestrzeń stanów jest oparta na rozważanej liście potencjalnych maksymalnych klik. W niniejszej pracy modyfikujemy ten algorytm i pokazujemy, że wystarczy rozważyć jedynie kontener dla każdej potencjalnej maksymalnej kliki: nadzbiór, który nie zawiera żadnych dodatkowych wierzchołków z poszukiwanego rozwiązania. To wzmocnienie metody nie tylko pozwala uzyskać nasz główny wynik, ale również prowadzi do znaczących uproszczeń w rozumowaniu stosowanym w poprzednich pracach.

Pokazujemy, że problem największego ważonego zbioru niezależnego (MWIS) można rozwiązać w czasie quasi-wielomianowym w grafach, które nie zawierają indukowanej kopii grafu H  dla każdego H, którego każda spójna składowa jest ścieżką lub podpodzielonym szponem (tzn. drzewem z co najwyżej trzema liśćmi). Uzupełnia to dychotomię złożoności problemu MWIS w grafach wolnych od F dla dowolnego skończonego zbioru grafów F, dzieląc przypadki na NP-trudne oraz takie, które można rozwiązać w czasie quasi-wielomianowym. Wzmacnia to przypuszczenie, że przypadki, które nie są znane jako NP-trudne, są w rzeczywistości rozwiązywalne w czasie wielomianowym.

Kluczowy składnik teoriografowy naszego wyniku jest następujący. Dla ustalonej liczby całkowitej t, niech S_t,t,t będzie grafem utworzonym z trzech ścieżek o t krawędziach, których jeden koniec został połączony w pojedynczy wierzchołek. Pokazujemy, że dla danego grafu G można w czasie wielomianowym znaleźć albo indukowany podgraf S_t,t,t​ w G, albo zrównoważony separator składający się z O(log⁡∣V(G)∣) sąsiedztw wierzchołków w G, albo rozszerzoną dekompozycję pasmową GGG (extended strip decomposition -- dekompozycję niemal równie użyteczną dla rekurencji w MWIS, jak podział na spójne składowe), w której każda składowa ma wagę mniejszą w sensie multiplikatywnym niż waga całego G.

Jest to wzmocnienie wyniku Majewskiego, Masaříka, Novotnej, Okrasy, Pilipczuka, Rzążewskiego i Sokołowskiego [Transactions on Computation Theory 2024], który taką rozszerzoną dekompozycję pasmową uzyskiwał dopiero po usunięciu O(log⁡∣V(G)∣) sąsiedztw wierzchołków. Aby osiągnąć ostateczny wynik, stosujemy zaawansowaną strategię rozgałęziania, opartą na przedstawionym powyżej wyniku strukturalnym.