Natur- och teknikvetenskaplig forskning är relevant för många centrala samhällsutmaningar och bidrar med ny kunskap och nya insikter till ett hållbart samhälle.
Vetenskapsrådet ger stöd till grundforskning inom hela bredden av de natur- och teknikvetenskapliga områdena, till exempel i biologi, kemi, elektronik, astronomi, bioteknik och matematik.
Exempel på forskning vi finansierar
”Handelsresandeproblemet” är ett välkänt optimeringsproblem som går ut på att hitta den kortaste vägen för en resenär mellan ett antal olika städer. Detta problem uppstår i vardagen när vi planerar hur vi snabbast ska ta oss hem från jobbet eller hur vi ska handla i mataffären.
I samhället i stort hittar vi en myriad av mer komplexa exempel. Det kan handla om att träna artificiell intelligens, möjliggöra höghastighetsdatakryptering eller om att schemalägga kollektivtrafik, flygbolag och personal. I dessa fall blir optimeringsproblemet extremt svårt eller till och med omöjligt att lösa med konventionella datorsystem eftersom antalet delar som ska optimeras växer exponentiellt. Därför försöker forskare hitta nya sätt att göra beräkningar med fysiska system inspirerade av naturen. Ett sådant datorsystem, kallat Ising Machine, kan lösa en lång rad mycket komplexa kombinatoriska optimeringsproblem.
I vårt projekt undersöker vi möjligheten att implementera analoga CMOS Ising Machine-arkitekturer som kan lösa komplexa kombinatoriska problem. I jämförelse med konventionella datorer och andra Ising Machine-arkitekturer kräver de lite energi, koldioxidavtryck och kostnader. De kan vara mycket snabbare och fungerar i rumstemperatur.
Vi vill visa hur analoga CMOS Ising Machine kan göras mycket mer kraftfulla, kompakta och allmänt användbara för att lösa kombinatoriska optimeringsproblem utan några av de begränsningar som konventionella datorer och andra Ising Machine-arkitekturer lider av.
Vi kommer att lägga grunden för ett nytt forskningsområde för utveckling av analoga CMOS Ising Machine och hoppas kunna ge Sverige en ledande position i att utveckla sådan teknik.
Projektledare: Ana Rusu, professor i integrerade kretsar och system, KTH
Projekttitel: AIsing: Analoga CMOS Ising Maskiner för naturliga beräkningar
Precis som människor behöver inlandsvatten andas för att må bra. Syrgas behöver kunna ta sig in för att fiskar och andra organismer ska trivas. Samtidigt släpper många inlandsvatten ut växthusgaser till atmosfären, som påverkar jordens klimat. För att kunna bedöma inlandsvattens ekologiska tillstånd och klimatpåverkan är det viktig att veta hur snabba ”andetagen” är och hur stort gasutbytet är.
Något som länge förbryllat forskare är att vissa gaser byts ut mycket snabbare än andra, även om man tar hänsyn till deras specifika fysikaliska egenskaper. Enligt en omdebatterad hypotes beror detta på mikroskopiskt små bubblor (mikrobubblor) som fångar upp vissa gaser under vatten och frigör dem när de kommer upp till ytan. Hypotesen har dock aldrig testats, så det är oklart om mikrobubblor överhuvudtaget finns i sjöar och vattendrag, hur de skapas, och om de verkligen bidrar signifikant till gasutbyte.
I det här projektet kommer jag att göra laboratorie- och fältexperiment för att ta reda på detta. Jag kommer att spåra mikrobubblor med hjälp av akustiska mätsystem och utveckla modeller som beskriver mikrobubblornas roll i gasutbytet.
Resultaten kan få stor betydelse för beräkningar av syreomsättningen, utsläpp av växthusgas och andra viktiga ekologiska och biogeokemiska processer i inlandsvatten där gaser ingår. På sikt kan resultaten bidra till en hållbar utveckling med levande sjöar och vattendrag.
Projektledare: Marcus Klaus, forskare vid institutionen för skogens ekologi och skötsel, Sveriges lantbruksuniversitet SLU
Projekttitel: Mikrobubblor – dolda dörrar för växthusgasutsläpp från sjöar och vattendrag? (etableringsbidrag)
Att det finns en djupbiosfär som sträcker sig flera kilometer ner under våra fötter upptäcktes för bara ett par decennier sedan. De senaste årens forskning avslöjar att den svåråtkomliga miljön i havsbottnar, sediment och berggrunden utgör jordens mest omfattande mikrobiella livsmiljö. Vår forskargrupp har nyligen visat att komplext liv i form av till exempel svamp kan leva långt nere i jordskorpan, i en syrefri, mörk och energifattig miljö som man tidigare trodde att bara encelliga organismer klarade.
Forskning tyder också på att det fanns liv där nere långt innan landväxter etablerade sig på kontinenterna. Men trots den uppenbara vikt som djupbiosfären kan ha spelat ur ett evolutionsperspektiv är denna kunskap överraskande förbisedd.
Vi har utvecklat en multi-disciplinär metod för att upptäcka och datera uråldrig mikrobiell aktivitet i djupbiosfären. Med hjälp av metoden har vi kunnat visa att det finns fossila spår av en djupbiosfär i berggrunden i nordvästra Europa, den så kallade fennoskandiska skölden. Dessa spår av liv är mer än 410 miljoner år, men vid den tiden hade växter redan etablerat sig på land.
Vårt nästa steg är att leta i de allra äldsta bergarterna. Där kan de äldsta spåren av underjordiskt liv finnas bevarade i sprickor och hålrum. Till vårt förfogande har vi ett unikt material av djupa borrkärnor – runda stavar som borrats fram ur berggrunden – från över 3 miljarder år gamla bergarter från bland annat Sydafrika Australien, Grönland och Kanadensiska skölden.
Resultaten från detta projekt kommer ge ny kunskap till en av mänsklighetens stora vetenskapliga frågor – hur liv har uppstått och utvecklats på jorden.
Projektledare: Henrik Drake, docent vid institutionen för biologi och miljö, Linnéuniversitetet
Projekttitel: Livets historia på djupet
Tänk att kunna bygga material som kan leda ström genom att blanda rätt molekyler i ett lösningsmedel, sprida ut lösningen till ett tunt lager och låta det torka! Så enkelt konstruerade är organiska solceller. Till skillnad från dagens solceller, som består av spröda kiselskivor, är organiska solceller gjorda av kolbaserade molekyler. Två olika molekyler behövs, sådana som ger elektroner och sådana som tar emot.
Fram tills för några år sedan kunde organiska solceller uppnå verkningsgrader runt 10 procent, med fullerenbaserade molekyler som elektronmottagare. Det betyder att 10 procent av solens energi i form av ljus som strålar på solcellen omvandlas till elektrisk energi. Men det räcker inte, och för några år sedan lyckades forskare framställa nya elektronmottagarmolekyler som gjorde att organiska solceller idag kan omvandla 18 procent av solens ljus till laddningar.
För att nå ännu högre verkningsgrader behövs bättre förståelse för hur elektrongivaren och elektronmottagaren fördelar sig i skiktet när lösningsmedlet avdunstar och skiktet torkar och hur de båda bidrar till absorptionen av solljuset.
Vi har tidigare studerat hur torkningsprocessen påverkar skiktets inre strukturer och egenskaper. I det här projektet vill vi manipulera strukturerna i efterhand, till exempel genom att utsätta skiktet för lösningsmedelsånga.
Vi är ett blandat forskarlag. Några forskare tar fram datormodeller av molekylerna och utvecklar simuleringsverktyg för att optimera strukturer och egenskaper. Andra jobbar med molekyllösningar för att uppnå önskade strukturer i skiktet, och så finns det de som använder avancerade instrument för att synliggöra små strukturer i skiktet som ögat inte kan se men som har stor betydelse för solcellens verkningsgrad.
Vår förhoppning är att förverkliga organiska solceller med 20 procent verkningsgrad eller ännu högre.
Projektledare: Ellen Moons, professor i fysik, Karlstads universitet,
Projekttitel Donor-acceptorgränsskiktets struktur och fotofysik i organiska solceller
När proteiner i biologiska celler måste anpassa sig till förändringar i omgivningen kan de klumpa ihop sig. Sådan proteinaggregering sker dels vid neurodegenerativa sjukdomar som Alzeimhers och Parkinsons, dels vid metaboliska sjukdomar som cancer och diabetes – sjukdomar som också är förknippade med obalanserad ämnesomsättning.
Orsaken till denna klumpning hos proteinerna är okänd. Vi vet inte om det är proteinklustren som förändrar ämnesomsättningen, eller om det är störningar i ämnesomsättningen som gör att proteinerna reagerar som de gör.
I mitt forskningsprojekt vill jag undersöka vilka mekanismer som ligger bakom dessa reaktioner, och hur packning av DNA-molekyler påverkar dem. Cellers förmåga att hantera stress har tidigare bara studerats på gruppnivå. Det innebär att man inte kunnat se hur enskilda celler beter sig, och att man har missat hur celler inom en grupp skiljer sig åt.
Med hjälp av banbrytande mikroskoptekniker ska jag studera i realtid hur enskilda molekyler rör sig i levande celler. I början kommer jag använda bagerijäst, för att sedan övergå till mänskliga leverceller.
Genom att studera hur proteinaggregering hänger samman med ämnesomsättning och DNA kommer förståelsen för de strategier som celler använder för att anpassa sig till nya förhållanden att fördjupas. Detta öppnar möjligheten att utveckla patientanpassad medicin, och nya strategier för ett hälsosamt åldrande.
I framtiden kommer denna kunskap kunna appliceras på hela organ, för att förstå orsakerna till ämnesomsättningssjukdomar och så småningom hitta nya sätt att behandla och förebygga dem. Detta kan även få betydelse för att förstå hur celler reagerar på infektioner, eller hur man kan utveckla multi-stress-resistenta organismer för att studera livets ursprung på jorden och andra planeter.
Projektledare: Sviatlana Shashkova, forskare vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet
Projekttitel: En molekyl i taget: hur enskilda celler varierar i anpassning till metabolisk stress
Klimatförändringar gör att största delen av Arktis blir grönare med förbuskning och stigande trädgränser. Men i förhållande till hur fort uppvärmningen sker går förändringarna ofta långsammare än förväntat.
Hur framtidens arktiska ekosystem kommer ser ut, och hur snabbt ekosystemen kan anpassas sig till ett ändrat klimat, är fortfarande oklart. Speciellt är det fortfarande en öppen fråga om ekosystemen kommer att anpassa sig gradvis när klimatet blir varmare, eller om det kommer att ske plötsliga förändringar från ett tillstånd till ett annat när klimatet passerat vissa tröskelvärden.
Det senare kallas alternativa stabila tillstånd och innebär att ekosystem som är anpassad till ett klimat behåller sin karaktär även vid klimatförändringar. Till exempel kan öppen mark fortsätta vara öppen även om klimatet ger en tillväxt av buskar eller skog på grund av mekanismer som stabiliserar den nuvarande vegetationstypen. Hypotesen i det här projektet är att alternativa stabila tillstånd kan förklara motstridande trender i arktisk vegetation.
Vi kommer att studera ett trädgränsområde nära Abisko i norra Sverige med tre avgränsade alternativa stabila tillstånd: fjällbjörkskog, buskmarker och fjällhed. Med hjälp av både historiska och nya flygbilder och satellitdata ska vi kartlägga trädgränsförändringar och koppla dem till potentiellt drivande faktorer.
För att kunna utveckla matematiska och rumsliga modeller av arktiska vegetationsförändringar kommer vi även att utföra liknande undersökningar på andra platser i Arktis. Modellerna byggs så att de tillåter alternativa stabila tillstånd och regimskiften. I sista steget ska de kombineras med insamlad data om exempelvis mängden av markbunden kol och koldioxidemissioner i olika vegetationstillstånd. Projektet kommer därigenom att bidra till en bättre förståelse av framtidens arktiska ekosystem och deras betydelse för den globala kolomsättningen.
Projektledare: Matthias Benjamin Siewert, universitetslektor vid institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap, Umeå universitet
Projekttitel: Ett grönare Arktis: gradvis eller stegvis?
Forskningsöversikt för området
Vart fjärde år tar vi fram en forskningsöversikt för naturvetenskap och teknikvetenskap. Den ger en nulägesbild av svensk forskning inom området och blickar 5-10 år framåt.
Den innehåller även rekommendationer om insatser som ska främja forskningen i Sverige.
Research overview 2023
Natural and engineering sciences
Länk till annan webbplats.
Publicerad
Uppdaterad
