Joe Alexandersen

Projekttitel

Breaking the time barrier: COmputational Morphogenesis FOR Time-dependent problems (COMFORT)

Hvad handler dit projekt om?

Mit projekt vil udvikle hurtigere metoder til at få dybere indsigt i komplekse tidsafhængige strømninger igennem computerdrevet morfogenese. Ordet morfogenese betyder vækst af biologiske strukturer. Med computerdrevet morfogenese mener jeg automatisk generering af strukturer og designs til komplekse ingeniørmæssige udfordringer. Processen består af en kombination af matematisk optimering og computersimuleringer af den underliggende fysik til at drive designet mod en optimal ydeevne. Det er en metodik, som giver en dybere forståelse af fysikken og derved opnår vi indsigt i, hvordan vi designer bedre komponenter, strukturer og maskiner. Det er en iterativ proces bestående af mange simuleringer en efter hinanden. Det gør, at beregningstiden stiger enormt, når man har tidsafhængige strømninger. Her skal simuleringen nu generere en hel film fremfor blot ét billede. For at reducere ventetiden med mindst én størrelsesorden, vil jeg og mit forskerhold, udvikle helt særlige beregningsmetoder til brug på supercomputere.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Det var egentligt ret tilfældigt, at det lige blev dette forskningsfelt jeg faldt over. Det har nok altid ligget i kortene, at jeg skulle blive forsker, grundet naturlige evner indenfor matematik, min fundamentale nysgerrighed, samt min far også er forsker. Men efter gymnasiet var jeg godt skoletræt. Jeg ville være smed og mekaniker, så jeg kunne bygge biler. Jeg endte dog med at søge ind på maskiningeniørstudiet for at blive diplomingeniør. Formålet var at blive hurtigt færdig og komme ud at arbejde som diplomingeniør. Under studiet blev jeg dog grebet af computersimuleringens verden, og matematikken bag. Under mit praktikforløb indså jeg også, at jeg faktisk ikke havde lyst til at være ”almindelig” ingeniør. Så jeg blev hængende på universitetet og har lige siden fordybet mig i, blandt meget andet, simuleringsmetoder, matematisk analyse, programmering, og strømningsdynamik.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

Computerdreven morfogenese er i praksis begrænset til statiske problemer, hvor det antages. at den fysiske tilstand er konstant over tid. Det vil sige, at det kan beskrives af ét enkelt billede, som kan genereres hurtigt med en computersimulering. Jeg vil bringe området videre til at behandle tidsafhængige problemer, hvor tilstanden ændrer sig dynamisk over tid. Det vil sige, at for at beskrive hele tilstanden, og dermed ydeevnen af en given komponent, skal man bruge en hel film – altså en masse billeder i en sekvens. Dette tager markant længere tid at generere med en computersimulering, da traditionelle metoder beregner, eller ”optager”, et billede efter et andet. Målet med mit projekt er at reducere beregningstiden med én størrelsesorden ved at udvikle specialiserede beregningsmetoder til afvikling på supercomputere.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Casestudiet for projektet er en såkaldt ”fluidic oscillator”, som er en særlig strømningsdyse med applikationer indenfor, blandt andet, forøgelse af energiproduktion fra vindmøller, eller køling af elektronik med høj effekttæthed. Der findes et par forskellige designs, som er ret gamle efterhånden. Men der er aldrig blevet udført en systematisk udforskning af designrummet med computerdrevne metoder med høj design frihed – såsom computerdrevet morfogenese. Dette vil jeg gøre op med, ved først at udvikle beregningsmetoder til, at reducere beregningstiden betydeligt. Vores metode kan så udnyttes til at få fundamentalt indsigt i strømningsdynamik og hjælpe os med, at designe bedre dyser i fremtiden. Selvom mit projekt fokuserer på strømningsdynamik, så vil jeg udvikle en generel metodik, som kan videreudvikles til andre fysikker efterfølgende. Dermed kan den på sigt hjælpe med at udvikle fremtidige teknologier indenfor, blandt andet, termisk energi lagring, lab-on-a-chip enheder, fotonik, og meget andet.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Det vil gøre en kæmpe forskel! For det første kan jeg endeligt forfølge en idé, som jeg har haft i en del år efterhånden. Derudover har jeg siden 2019 arbejdet hårdt på at opstarte forskningsaktiviteter i mit felt helt fra bunden af på SDU. Det har været en hård kamp at være ”ene mand” i mit forskningsområde uden seniorforskere at trække på. At få en Sapere Aude bevilling gør, at jeg kan kickstarte min forskningsgruppe og forsætte opbygningen af et solidt og verdensførende forskningsmiljø indenfor feltet. Sapere Aude bevillingen klæder mig på til at sikre andre store bevillinger fremadrettet, såsom en ERC bevilling til at forsætte udviklingen fra dette projekt til de andre områder, som nævnt ovenfor. Det betyder virkeligt meget at være betroet af DFF som ung forskningsleder og jeg glæder mig til at komme i gang med projektet!

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg bor i Refsvindinge med min hustru Ida og vores kat Betty. Vi flyttede hertil, da jeg startede på SDU i 2019 og vi nyder virkeligt at have ekstra plads, en have og et værksted – uden at det koster det hvide ud af øjnene. I min fritid nyder jeg at bruge tid i mit værksted, hvor jeg blandt andet laver ting på min metaldrejebænk. Jeg brygger også øl, cider, og for nyligt vin. Derudover kan jeg godt lide at lave mad og høre podcasts om alt muligt klogt og mindre klogt. Efter mange år i udlandet er mine forældre endeligt tilbage i Danmark, så dem forsøger jeg at besøge, når det passer ind i et travlt forskerliv.