zManost

Dr. Matevž Dular, Fakulteta za strojništvo

Ukvarja se s kavitacijo, nastajanjem mehurčkov zaradi znižanja tlaka. "Čez palec bi lahko rekel, da sem obseden z dinamiko tekočin."

Prof. dr. Matevž Dular deluje na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani, v Laboratoriju za vodne in turbinske sisteme. Leta 2017 je kot eden od redkih slovenskih raziskovalcev pridobil prestižna ERC sredstva za petletno bazično raziskovanje kavitacije in možnosti, ki jih ta ponuja pri čiščenju vode.

Kljub mladim letom je že redni profesor, svoj doktorat je pridobil v pičlih treh letih, njegovo raziskovalno delo pa odlikujejo izkušnje iz tujine in industrije.

29. 1. 2019    Zapis #1: TOK TEKOČIN

Področje mojih raziskav se vsa leta vrti okrog toka tekočin. Ker sem najprej inženir in šele nato znanstvenik, me zanima predvsem inženirska dinamika tekočin – tok tekočin, ki ima lahko aplikativno, inženirsko vrednost. Kje se je vse začelo?

Dinamika tekočin je (upam, da ne bom koga užalil) eno najbolj zahtevnih, hkrati pa tudi najbolj estetskih področji strojništva. Turbulentni (zvrtinčen) tok je eno izmed redkih področij fizike, ki ga še vedno ne razumemo – Heisenberg je menda rekel: “When I meet God, I’m going to ask him two questions: why relativity? And why turbulence? I really believe he’ll have an answer for the first.”

Čez palec bi lahko rekel, da sem z dinamiko tekočin obseden.

Včasih je težko, sicer bolj tistim, ki so z mano, kot meni … Pomivanje posode mi vzame nadpovprečno veliko časa, rad se potapljam, še raje pa potem spuščam mehurčke in jih opazujem. Ko kuham puding, komaj čakam, da začne brbotati, ko mešam čaj, gledam, kako se lističi naberejo na sredini skodelice, in potem počaaaaasi vlijem mleko, vedno porabim preveč medu … Všeč mi je pivo guinness, ker gredo mehurčki navzdol, vedno, ko grem po mostu čez Savo, mi pogled (predvsem pa možgani) odplava po brzicah …

Najprej sem mislil, da je z mano kaj narobe, a ko sem začel doktorski študij v Nemčiji, mi je bilo takoj jasno, da sem na pravem mestu: živo se spomnim slike z laboratorijskega izleta, ko kakih 15 sodelavcev nemo zre v reko …

Vsi vedo, da se precej ukvarjam s kavitacijo – nastajanjem mehurčkov zaradi znižanja tlaka. V resnici pa se je fokus mojih raziskav skozi leta precej spreminjal. Najprej sem se ukvarjal izključno s simulacijami dinamike tekočin, pred 15 leti sem raziskoval tok v mejni plasti (tok zraka tik ob krilih), potem me je začelo zanimati mešanje tekočin v kemijski industriji in posebne (nenewtonske) tekočine – recimo tok sirupa, šampona in zobne paste. Pa tok in strjevanje umetnih mas. Veliko sem raziskoval tok taline in razvoj ventilatorjev. Za oddih pa sem se lotil študije plavanja meduz.

Veliko študij, s katerimi smo se začeli ukvarjati iz čiste radovednosti, smo lahko aplicirali v industriji. Najbolj zgovoren je zagotovo primer meduze. Računalniški model, ki smo ga razvili za opis meduzinega gibanja, smo pozneje, v okviru projekta za večje slovensko podjetje, uporabili za napoved dinamike toka ob zapiranju ventilov.

In zakaj se vedno vračam ravno h kavitaciji? Ker gre verjetno za najbolj kompleksen mogoč tip toka tekočine. Opraviti imamo z velikimi hitrostmi (v nekaterih primerih tudi do 500 m/s), turbulenco (pojavom, ki ga še vedno ne znamo matematično opisati), z uparjanjem (nastajanjem mehurčkov), s kondenzacijo (izginjanjem mehurčkov), s prebijanjem zvočnega zidu (znotraj oblaka kavitacijskih mehurčkov se ti lahko gibljejo z več kot petkratno hitrostjo zvoka), z majhnimi mehurčki (nanometer), z velikimi mehurji (več metrov), za konec pa jo moramo včasih preprečevati, saj lahko poškoduje stroj, po drugi strani pa lahko njeno prisotnost izkoriščamo za čiščenje.

V idealnem svetu smer raziskovanja v prvi stopnji določata radovednost in tok idej, ki jih dobiš pri delu in pri pogovoru s kolegi. V manj idealnem pa je vse skupaj odvisno še od toka denarja. O tem pa več v prihodnjih zapisih.

1. 2. 2019     Zapis #2: TOK IDEJ

Martin se utaplja v kopici podatkov in pride do mene …

Martin: “Ej, a maš ti kakšno ‘prebojno’ idejo okrog tega? Jaz ne vem več, kaj naj …”

Matevž: “Daj, pošlji mi podatke, da pogledam.”

Sledijo tedni (včasih meseci) gledanja v rezultate, ki na prvi (drugi, tretji … deseti) pogled ne povejo nič, slutimo pa, da nam želijo povedati nekaj pomembnega. Potem pa …

Martin: “Kaj pa če ni pomembna velikost kavitacije, ampak število in oblika parnih oblačkov?”

Matevž: “Ok, poskusiva, nekaj podobnega sem enkrat že sprogramiral. Bom jaz.”

Minejo tedni … Potem pa …

Matevž: “Pridi pogledat to. Kavitacije v vodi pri 60 °C je seveda več, samo oblački so manjši in je bolj razdrobljena.”

Martin: “Hmmm, ampak ali nisi ravno ti pred nekaj leti pokazal, da kavitacija pri 60 °C povzroči največ poškodb.”

Mojca: “A se spomnita mojega članka izpred šestih let? Kavitacija med 50 in 60 °C je razgradila največ farmacevtskih učinkovin …”

Matevž: “Saj res, mogoče je pa v tem razlog, ki ga takrat nismo našli! Dajmo ponovit meritve …”

Martin: “Kaj pa če bi namesto vroče vode vzeli še tekoči dušik, ki je termodinamično podoben? To bi lahko zanimalo tudi ESA (Evropsko vesoljsko agencijo), oni imajo s tem težave?”

Matevž:”Dobra ideja!”

Nato se proces ponovi.

Žal v večini primerov še tako dobra ideja (sploh tiste najboljše) vodi do vrste neuspešnih poskusov, ki se sem in tja posrečijo in ti dajo motivacijo za nadaljnje delo. Tako sem leta 2011 na konferenci predstavil idejo o sočasnem opazovanju kavitacije in poškodb, ki jih ta povzroči. Skepticizem kolegov je jasno pokazal, da bo pot težka, rezultati pa, če nam uspe, prelomni. Dela se je v okviru diplomske naloge najprej lotil perspektiven študent Martin Petkovšek. Prve uporabne rezultate smo dobili leta 2013, pripombe recenzentov so nam dale motivacijo za naprej in leta 2015 smo bili prepričani, da nam je končno uspelo. Pa se je spet pokazalo, da ni vse tako preprosto. Trmarili smo naprej in letos (upajmo) objavili zadnji članek v seriji. Komentar kolegov je bil, da smo na novo zapisali celotno razumevanje procesa kavitacijske erozije. Od ideje leta 2011 do konca raziskave leta 2019 je Martin iz študenta postal docent.

Zgornja zgodba jasno kaže, kako pomembno je nenehno financiranje v znanosti, brez tega ne bi mogel več let slediti radovednosti in želji po končanju študije, ki bo omogočila zanesljivejše in varnejše obratovanje turbinskih strojev v prihodnosti.

Seveda obstajajo tudi drugačne zgodbe. Raziskovanje kavitacije je močno polarizirano – večina raziskovalcev (predvsem inženirji) jo želi preprečiti, manjšina (predvsem kemiki in biologi) pa jo želi uporabiti … Med seboj se po večini ne poznajo. V moji skupini imamo srečo, da delujemo na obeh področjih in imamo dober pregled nad celotno fizikalno sliko. Tako je lahko pot od ideje do realizacije izjemno hitra.

Enkrat smo med kavo debatirali, kako veliko raziskovalcev ne razume določene zakonitosti in jo interpretira čisto narobe. Padla je ideja za čisto preprosto serijo meritev in članek. Ker si znanstveniki radi grenimo (ali pa sladkamo, kakor vzameš) življenje, smo si zadali še en cilj – ali se da v kratkem času oddati članek. Od ideje do oddaje je trajalo 22, do objave pa 99 dni (vem – sem štel, ker imam rad številke:). Članek smo objavili v reviji z najvišjim vplivom na področju, v manj kot dveh letih pa je bil citiran že več kot 40-krat. Postal je tudi ključni del prijave projekta ERC.

V večini primerov žal ne moremo slediti radovednosti – naš tok idej usmerja predvsem tok denarja. O tem pa prihodnjič.

2. 2. 2019    Zapis #3: TOK DENARJA

Nedolgo tega sem se pogovarjal z novinarko, ki me je prosila, naj ji vendar razložim, kaj je z nami raziskovalci in temi projekti. Menda se pred desetimi leti o tem sploh ni govorilo, zdaj pa nam po glavi roji samo še to.

Zakaj raziskovalci govorimo le še o prijavah na projekte? Za primer lahko vzamem kar naš laboratorij, ki je eden od večjih na Fakulteti za strojništvo. Če želimo ohraniti skupino, ki danes šteje 16 članov, moramo zagotoviti kar se da konstanten tok denarja. Od 16 raziskovalcev sta dva zaposlena na pedagoških, dva pa na stalnih raziskovalnih delovnih mestih. Drugih 12 leto za letom skače z enega projekta na drugega. Začuda se nihče preveč ne pritožuje.

Verjetno zato, ker lokalni rekord v takšni zaposlitvi v rokah še vedno držim jaz – 15 let in 5 mesecev. Od začetka oktobra 2002 do konca februarja 2018 sem pridno verižil zaposlitve za določen čas! Šele projekt ERC (redna profesura ni bila dovolj) je bil dovolj dober pokazatelj, da moj rok uporabe ni omejen. Mislim, da to pove veliko o financiranju znanosti v Sloveniji.

Zakaj še raziskovalci govorimo le o prijavah na projekte? Ker je verjetnost, da bomo financiranje zares dobili, približno 15-odstotna – za vsako delovno mesto moramo oddati približno od štiri do pet vlog za projekte. Ta hip imam (ne naš laboratorij, ampak samo jaz) “namočene” štiri projekte, ob tem, da vodim projekt z za Slovenijo skoraj nepredstavljivo velikim proračunom – dva milijona evrov, poleg tega pa vodim še več manjših industrijskih projektov.

Še vedno ni jasno, zakaj raziskovalci govorimo le o prijavah na projekte? Problem predstavlja časovno prekrivanje projektov, še hujši pa so zamiki začetka financiranja (vsaj tistih na nacionalni ravni). Ob prijavi se zavežeš, da boš pri projektu zaposlil točno določene raziskovalce. Ker se začetek financiranja premakne (kar je prej navada, kot izjema), imaš samo dve možnosti: ali jih prezaposliš na druge projekte (če jih imaš) ali pa se jim zahvališ za uspešno sodelovanje (česar si resnično ne želiš). Ko se financiranje končno začne, bi moral raziskovalca spet prestavljati z enega projekta na drugega, kar se šteje kot veriženje pogodb in je menda jasna kršitev zakonov. Moram priznati, da mi celotna procedura še vedno ni popolnoma jasna, ampak zdi se, da bi bila edina pravilna pot, da priznaš svojo “zmoto”, prosiš odpuščanje in zahtevaš zmanjšanje proračuna projekta.

No, bodimo pošteni, obstaja tudi druga skrajnost. Pred leti so nekje tarnali, da bi, če bi imeli denar, tudi oni lahko objavljali v dobrih revijah. Jamranja ne maram, zato sem, da bi jih utišal, na nekem srečanju predstavil študijo, kjer sem s proračunom približno sto evrov (najcenejša ultrazvočna kad, aluminijasta folija za zavijanje sendvičev, svetilka in digitalni fotoaparat) izvedel eksperiment. Pokazal sem, da poškodbe na površini teles generirajo nove kavitacijske mehurčke, ki povzročijo še več poškodb. Za povrh je bil to moj prvi članek v reviji z zloglasnimi “ARRS-jevimi A”. Na tistem srečanju potem nisem “smel” več predavati. Članek je med mojimi bolj citiranimi, iz študije pa so se rodile nove ideje, nekaj let pozneje pa tudi projekt, ki mi je prinesel 300 000 evrov sredstev, predvsem pa tri leta gotove zaposlitve. Se zgodi, je pa res, da je to čista izjema.

3. 2. 2019  Zapis #4: TOK MOŽGANOV

Žal, pa tudi na srečo, je s tokom denarja povezan tudi tok možganov. Menim, da bi moral vsak, ampak čisto vsak, raziskovalec za nekaj časa v tujino. Samo tako se zaveš, da obstajajo (še) pametnejši ljudje, po drugi strani pa se zaveš tudi tega, da v tujini ni tako lepo in lahko, kot govorijo tisti, ki niso še nikjer bili. Da o tem, da je to edina pot, da splavaš izpod okrilja mentorja in spleteš svojo mrežo, ne izgubljam besed.

Kakšen je pravi način odhoda v tujino? Prisila? Morda, do določene mere. Smešna se mi zdijo habilitacijska pravila, ki med drugim pravijo, da moraš za izvolitev v višji naziv nekaj časa delati v tujini. Če na odhod v tujino gledaš kot na oviro pri napredovanju in ne kot na edino možnost za rast, je vse izgubljeno.

Kakšna je moja izkušnja? Diplomo in doktorat sem v večini opravil v tujini, tam navezal stike z Nemci in Francozi in se pozneje tako rekoč vsako leto odzval njihovemu vabilu za en, dva, tri mesece gostujoče profesure. Doma (na FS) so me popolnoma podpirali (ob tem, da sem se zavedal tudi odgovornosti, da domači projekti zaradi tega ne smejo trpeti).

Kaj pa moja zgodba z druge strani? Leta 2012 sem učil izjemno generacijo študentov. Ob tem je bilo leto 2012 tudi najbolj sušno s stališča razpisov za projekte. Kaj torej v takem primeru narediš s študentom, ki “mora” nadaljevati študij na doktorskem programu? Kličeš kolega v tujino …

Matevž: “Hi Olivier, I have a really good student who wants to do a PhD, but I don’t have any funds for him. Do you see any option?

Olivier: “Yes, I’ll take him. Let me get back to you tomorrow, but I’m almost certain, it’ll work.”

In tako v dveh stavkih možgani pobegnejo iz Slovenije. Na ta način sem leta 2012 “izgubil” dva študenta, leta 2015 pa še tretjega. Prvi je doktoriral leta 2015, drugi 2016, tretji pa 2018, vsi v Franciji, a v različnih raziskovalnih skupinah. Vsi so dobil ponudbe za delo v tujini (Kanada, ZDA in Francija).

Seveda tu ne gre le za doktorske študente … Tadej je po doktoratu v Sloveniji zdržal le pol leta – ravno pred dvema tednoma je popihal v tujino (brez jasnega datuma vrnitve) –, upamo, da se mu plan izide!

Sam odhod v tujino sicer ni tako zahteven, kot je vrnitev nazaj domov. Kako iz bega možganov vzpostaviti kroženje možganov? Čeprav se že leta govori o tem, sistema za dodeljevanje spodbud za vrnitev v Slovenijo ni. V Franciji, na primer, raziskovalci, ki bi se želeli vrniti, kandidirajo za manjši dvoletni projekt, dobijo pa še pavšalno vsoto denarja za selitev v domovino.

Pri nas je edina pot nazaj ta, da se, kot mentor, močno angažiraš in raziskovalcu pomagaš iskati delovno mesto, pri tem pa navadno še pomembnejšo vlogo igra sreča.

Kako se je izteklo pri mojih treh študentih? Prvi si je želel v industrijo – dobil je ponudbo večjega slovenskega podjetja, ki se je ravno takrat reformiralo in iskalo vodjo oddelka za bazični razvoj. Drugi je končal doma – na Fakulteti za strojništvo – sicer v drugem laboratoriju, v katerem so ravno ob tistem času pridobili večji evropski projekt in iskali nekoga z znanjem kompleksnih numeričnih simulacij. Tretjega, Darjana, ki je doktoriral iz fizike, pa je nazaj v Slovenijo zvabil moj projekt ERC – pridružil se nam je ravno ta teden.

Še enkrat je treba poudariti, da so se vse tri zgodbe o uspešnem kroženju možganov uresničile predvsem zaradi srečnih naključij in da bi Slovenija v vseh treh primerih lahko potegnila kratko.

Za konec naj pa še izkoristim priložnost – ko sem ravno pisal o tem, da se je treba angažirati … Z Darjanom se je v Slovenijo vrnila tudi sveže pečena doktorica biologije (Uni-Montpelier, sicer je farmacevtka). Med drugim je soavtorica članka v Nature Communications. Če slučajno koga zanima …

Novopečeni doktor znanosti Tadej odhaja v tujino

foto: Matevž Dular

Matevž Dular v preteklosti na Valu 202:

Slovenski znanstveniki bi vodo čistili s kavitacijo

Izzivi potovanja v vesolje

Človek stroj – od Platona do Terminatorja

Elon Musk se zanima tudi za slovensko znanje