Středoškoláci na vědecké brigádě pomáhají s modely kostí i kvantovými výpočty

Na laboratorním stole právě Filip Hrůša míchá nažloutlý prášek s čirým roztokem. Jen málokdo by hádal, že chemická laboratoř, ve které právě stojíme, je uvnitř Fakulty elektrotechnické ZČU . Student třetího ročníku Gymnázia a SOŠ Rokycany tu na čtrnáctidenní stáži programu Léto s vědou připravuje materiál, který může zlepšit vlastnosti elektrických izolantů. „Jako izolant si představte kus plastu. Aby fungoval lépe, přidávají se do něj různá aditiva. Může to být například slída, jíl nebo uhlík. Ty zvyšují jeho odolnost nebo třeba pomáhají odvádět povrchový náboj,“ popisuje Filip Hrůša.

Filip Hrůša na FEL.

U vysvětlování neustále míchá, váží, přidává. Jako by to dělal celý život. Na stáži na FEL je přitom teprve druhý den. „Teď konkrétně připravuji upravený jílový minerál. Je potřeba chemicky upravit jeho povrch, aby se v polymeru lépe rozptýlil, nevytvářel shluky a dobře v něm držel. Potom se upravený materiál vysuší, přidá se do polymeru a na výsledném materiálu se budou zkoumat jeho vlastnosti,“ pokračuje.

Podle Petra Kadlece z FEL ZČU, který na Filipa dohlíží, je jejich spolupráce ideální symbiózou. Vzorky, které připraví, budou pak s kolegy z fakulty používat i v dalších týdnech. „Filip má naplánováno, že výsledky měření na vlastních vzorcích představí i na konferenci. Nebude je tedy prezentovat jen u nás v laboratoři, ale i odborné veřejnosti,“ říká Petr Kadlec. Čtrnáct dní vlastního času v období letních prázdnin, které Filipovi věnuje (a Filip jemu), považuje za velmi smysluplných. „Studenti vidí, že tématům z oblasti chemie se lze věnovat i na elektrotechnické fakultě. Elektrotechnika obecně je multidisciplinární obor. V něm se propojuje s chemií, fyzikou, nezbytná jsou laboratorní měření a testování a následně praktické využití výsledků,“ dodává Petr Kadlec.

Kvantová šestka

V tu samou chvíli zasedá na druhé straně kampusu Západočeské univerzity takzvaná kvantová šestka. Dvě dívky a čtyři chlapci se zatím učí nezbytný matematický základ pro programování pod dohledem matematiků Jana Pospíšila a Petra Tomiczka z Fakulty aplikovaných věd ZČU . Později už se s vědci z výzkumného centra NTC ZČU ponoří do kvantového světa. Na konci čtrnáctidenní stáže budou schopni pro své vrstevníky i pro vědce sepsat návod, jak pomocí kvantového počítače (třeba toho v Ostravě) vyřešit jednoduché i složitější vědecké úlohy. „Jeden ze studentů loni pracoval s česko-bavorskou energetickou sítí. Pomocí kvantových algoritmů v ní hledal slabá místa, která mohou být ohrožená při výpadku. Další student pracoval na rozpoznávání zápalu plic z rentgenových dat,“ popisuje mentor kvantové šestky, Vít Nováček z NTC ZČU.

Trojice, která dělá na kvantových materiálech.

„Studenti připraví materiály tak, aby šly spustit jak na simulátoru kvantového počítače, tak i na skutečných kvantových počítačích. ZČU je totiž součástí Kvantového inovačního centra, díky kterému získala přístup k nejmodernějším kvantovým počítačům IBM,“ dodává.

O svém závěrečném projektu začíná mít poměrně jasné obrysy Adam Kleindienst . Také ho baví chemie. Na otázku, jak mu s chemií pomůže počítač, odpovídá jednoduše: „Můžeme na něm simulovat například chování kapalin. Kvantový počítač dokáže díky svým možnostem zpracovat velmi velké množství výpočtů, které jsou pro klasické počítače mnohem náročnější. Ověříme si předem, jestli některé sloučeniny dávají smysl, ještě předtím, než je namícháme.“ Po prázdninách jde na kladenské střední škole do maturitního ročníku. O tom, co bude dělat po maturitě, už má jasno. Plánuje se přihlásit na obor Computer Science v Amsterdamu.

Vedle sedící Adam Jícha je sice teprve ve druhém ročníku rokycanského gymnázia, ale už přemýšlí o budoucnosti. „Já mám ještě čas. Ale mě kvantové výpočty zajímají hlavně proto, že je to téma, které podle mě má velkou budoucnost. Myslím si, že právě v této oblasti bude hodně možností uplatnění. Věnuji se tomu už i mimo školu,“ svěřuje se. Jak? Ve volném čase čte knihy, studuje vzorce a vyhledává si další odborné materiály.

Kromě kvantové šestky je ale na ZČU i skupina, která bude řešit kvantové, pouhým okem neviditelné, materiály. „Už jenom vidět ty přístroje, i mimo provoz, je neskutečný. Je to mašinérie,“ říká při pohledu na elektronové mikroskopy a rentgenové difrakční přístroje ve výzkumném centru NTC student Vojtěch Bureš . On a další dva jeho kolegové se mimo jiné zaměří na grafen. „Grafen je nový materiál, který se využívá v bateriích, jako vrstva na solárních panelech nebo pro biosenzory v medicíně. Je to forma uhlíku v jedné vrstvě, která nabízí výbornou elektrickou a tepelnou vodivost,“ vysvětluje svým třem posluchačům Pavel Calta z NTC.

Medicína a mechanika

Dominik Jelínek na FAV.

ZČU ale letos středoškolákům nabídla i téma, které kombinuje medicínu a mechaniku. Ve čtvrtém patře výzkumného centra NTIS na FAV ZČU sedí u počítače Dominik Jelínek . Před sebou má grafický tablet, v ruce tužku. S přesností na milimetry zpracovává CT snímky pánevních kostí. „Postupně procházím jednotlivé řezy. Program nabízí automatické zpracování snímků, ale není dostatečně přesné, takže většinu kostí musím opravovat ručně,“ vysvětluje svoji práci Dominik. „Na analýzu kostní tkáně zatím nejsou žádné algoritmy, které by uměly udělat přesně to, co potřebujeme. Existují programy, které CT snímky zpracují automaticky během několika vteřin nebo minut, ale nedokážou rozlišit dva typy kostní tkáně, které pro naše výpočty potřebujeme,“ doplnil ho jeho mentor Libor Lobovský . I jemu takový dočasný letní brigádník výrazně pomůže, konkrétně při výzkumu fixací pánevních zlomenin.

Dominikovi zase prý brigáda pomůže při rozhodování o budoucím směřování po střední škole. „Jsem ve druhém ročníku na strojárně. Co budu dělat dál, ještě nevím, proto jsem tady, abych poznal různé obory strojírenství,“ říká.

Další turnus Léta s vědou na ZČU začne už 3. srpna. Na Fakultě strojní budou dva nadaní středoškoláci pomáhat Danielu Dudovi s experimentálním modelem proudění v jaderném reaktoru. Na Fakultě elektrotechnické pak dalšího studenta čeká například řízení energetické spotřeby budov u Davida Rota . Celkem letos Létem s vědou na ZČU projde 19 středoškoláků a středoškolaček z Plzeňského kraje i blízkého okolí. Výsledky práce si pak vzájemně nasdílí na závěrečném semináři pod hlavičkou GoHigher a Plzeňského kraje v polovině října. Plzeňský kraj také výrazně finančně celou akci podporuje.