Μελέτες 2011 - Περιλήψεις - Θετικές Επιστήμες

7. Μηχανική συμπεριφορά δισδιάστατων κρυστάλλων: η περίπτωση του γραφενίου

Φορέας: Πανεπιστήμιο Πατρών/ Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας

Συντονιστής: Γαλιώτης Κωνσταντίνος, Καθηγητής, Τμήμα Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Πατρών Συνεργαζόμενο Μέλος ΔΕΠ, Ερευνητικό Ινστιτούτο Χημικής Μηχανικής και Χημικών Διεργασιών Υψηλής Θερμοκρασίας, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας

Μέλη Ομάδας

Το γραφένιο είναι ουσιαστικά ένας δισδιάστατος κρύσταλλος με πάχος όσο η διάμετρος ενός ατόμου. Το υλικό αυτό έχει προσελκύσει το έντονο ενδιαφέρον της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας εξαιτίας των εκπληκτικών ιδιοτήτων του που διαφέρουν εντυπωσιακά απο τις αντίστοιχες γνώριμων τρισδιάστατων υλικών. Το γραφένιο ανακαλύφθηκε από τους Novoselov και Geim (Πανεπιστήμιο Manchester, Ην. Βασίλειο), οι οποίοι τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel Φυσικής το 2010. Ο Καθηγητής Konstantin Novoselov αποτελεί μέρος της ερευνητικής ομάδας της παρούσας μελέτης.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στη σπουδή της μηχανικής απόκρισης του γραφενίου (μονο- και δι-στρωμματικού) με τη χρήση κατάλληλα σχεδιασμένων μικροδιατάξεων. Η ταυτοποίηση του γραφενίου και η ταυτόχρονη παρακολούθηση της μηχανικής του απόκρισης πραγματοποιήθηκαν με την πειραματική τεχνική της μη ελαστικής σκέδασης του φωτός (φασματοσκοπία Raman) και συγκεκριμένα, μέσω των μεταβολών συγκεκριμένων δονήσεων (φωνόνια) της δισδιάστατης κρυσταλλικής δομής.
Τα αποτελέσματα της μελέτης εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία, προσδίδοντας νέα στοιχεία στην κατανόηση της μηχανικής συμπεριφοράς του γραφενίου. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε πως ένας τέλειος δισδιάστατος κρύσταλλος μπορεί να συμπεριφέρεται ως πολύ λεπτή επίπεδη πλάκα, υπό καθεστώς μονοαξονικής θλίψης. Παρατηρήθηκε πειραματικά και εξηγήθηκε θεωρητικά ο διαχωρισμός της κορυφής Raman 2D ως αποτέλεσμα του μηχανισμού του διπλού συντονισμού και της ιδιόμορφης δομής των ηλεκτρονιακών καταστάσεων του γραφενίου υπό μηχανική φόρτιση. Τέλος, παρατηρήθηκε επίσης ότι η επίδραση μονοαξονικής εφελκυστικής παραμόρφωσης είναι δυνατόν να οδηγήσει στην εμφάνιση ενεργειακού ηλεκτρονιακού χάσματος στο γραφένιο δύο στρωμάτων. Τα απομονωμένα φύλλα γραφενίου προήλθαν από τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών καμφοράς, τεχνική σύνθεσης που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της μελέτης, καθώς και από τη μηχανική αποφλοίωση του φυσικού γραφίτη.
Τα αποτελέσματα της μελέτης αναμένεται να συμβάλλουν σημαντικά στην κατασκευή νέου τύπου υλικών με βάση το γραφένιο και στη σύνθεση νανο-ηλεκτρονικών διατάξεων μέσω της χωρικά ελεγχόμενης μηχανικής παραμόρφωσής τους.
Τελική Έκθεση

8. Οργάνωση και ευαισθησία του ωκεάνιου ρεύματος της Ανταρκτικής

Φορέας: Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Συντονιστής: Ιωάννου Πέτρος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Μέλη Ομάδας

Πρόσφατα υποστηρίχθηκε ότι ο ρυθμιστής του κλίματος της Γης μπορεί να βρίσκεται στις νότιες θάλασσες, όπου, ανάμεσα στις ηπείρους του Νότου και της Ανταρκτικής, ρέει το πιο ισχυρό ωκεάνιο ρεύμα στη Γη, το Antarctic Circumpolar Current (ACC). Ωστόσο, το ACC έχει κατανοηθεί ελάχιστα, καθώς στρόβιλοι μικρής κλίμακας που δεν προσομοιώνονται από κλιματικά μοντέλα καθορίζουν τις ιδιότητές του. Επομένως, υπάρχει ανάγκη για μία θεωρητική μελέτη της κλιματολογίας του ρεύματος ώστε να κατανοηθεί η δυναμική του και να επιτευχθεί η ακριβής μοντελοποίησή του.
Στη μελέτη χρησιμοποιήσαμε νέα θεωρητικά αποτελέσματα και κατασκευάσαμε ένα απλοποιημένο αλλά ρεαλιστικό μοντέλο της δυναμικής του ACC που δίνει τη δυνατότητα μελέτης της εξάρτησης της κλιματολογίας του ACC από εξωτερικούς παράγοντες.
Η μελέτη κατέληξε ότι υπάρχουν δύο κύριες κλιματικές καταστάσεις του ACC. Στην πρώτη κατάσταση η δομή του ACC καθορίζεται από τη μέση ατμοσφαιρική κυκλοφορία, ενώ η δεύτερη προσδιορίζεται από τη δυναμική των στροβίλων που αναπτύσσονται στο ρεύμα. Δεδομένων των εξωτερικών παραμέτρων, οι κλιματικές καταστάσεις αυτές είναι μοναδικές. Αν οι καταστάσεις δεν ήταν μοναδικές τότε το ACC θα μπορούσε, κάτω από ίδιες εξωτερικές συνθήκες, να μεταβαίνει από τη μία κατάσταση στην άλλη και να οδηγείται σε απότομες κλιματικές αλλαγές. Η μοναδικότητα των καταστάσεων δείχνει ότι αυτή η συμπεριφορά αποκλείεται. Η βασική παράμετρος που καθορίζει την κλιματική κατάσταση του ρεύματος βρέθηκε ότι είναι η μεταβλητικότητα του ανέμου, η οποία δεν περιλαμβάνεται στα σημερινά κλιματικά μοντέλα. Συμπέρασμα της μελέτης είναι ότι ο παράγων αυτός είναι καθοριστικός και πρέπει να συμπεριληφθεί για να επιτευχθεί ρεαλιστική περιγραφή της επίπτωσης του ACC στο κλίμα.
Τελική Έκθεση | http://web.cc.uoa.gr/~pji/acc/

9. Κβαντικά περιορισμένα βιοχημικά μαγνητόμετρα

Φορέας: Πανεπιστήμιο Κρήτης

Συντονιστής: Κομίνης Γιάννης, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Κρήτης

Μέλη Ομάδας

Η κβαντική βιολογία αποτελεί μια νέα και εξαιρετικά ελπιδοφόρα σύνθεση μεταξύ της κβαντικής φυσικής και της βιολογίας. Η σύνθεση αυτή ήταν μέχρι πρόσφατα αδιανόητη, γιατί τα δύο αυτά επιστημονικά πεδία θεωρούνταν ως μη έχοντα καμιά απολύτως επικάλυψη, καθ΄ότι τα κβαντικά φαινόμενα είναι αντιληπτά μόνο σε πολύ προσεκτικά και αρκετά περίπλοκα πειράματα με συστήματα των οποίων η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον έχει περιοριστεί σημαντικά.
Τα τελευταία χρόνια οι έρευνες οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η βιοχημική πυξίδα των αποδημητικών πτηνών αποτελεί ένα σημαντικό παράδειγμα όπου η κβαντική φυσική έρχεται να εξηγήσει τη βιοφυσική βάση ενός βιολογικού συστήματος. Πρόκειται για μια χημική αντίδραση, γνωστή εδώ και αρκετές δεκαετίες, της οποίας η έκβαση εξαρτάται από το μαγνητικό πεδίο της γης και άρα επιτρέπει στα πτηνά να πλοηγηθούν σε τεράστιες αποστάσεις. Η κατανόηση της αντίδρασης αυτής απαιτεί τη χρήση αρκετά σύνθετων εννοιών και φαινομένων της κβαντικής φυσικής.
Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, αποδείχθηκε ότι το αμιγώς κβαντικό φαινόμενο του Ζήνωνα προσδίδει στο μηχανισμό της βιοχημικής πυξίδας τεράστια λειτουργικά πλεονεκτήματα, μια «ανοσία» σε διάφορες μοριακές αλληλεπιδράσεις που μέχρι τώρα θεωρούνταν καταστρεπτικές για τη λειτουργία του μηχανισμού. Φαίνεται ότι η φύση έχει τη δυνατότητα να κάνει έξυπνη χρήση των κβαντικών φαινομένων που υποστηρίζουν σημαντικά βιοχημικά συστήματα.
Τελική Έκθεση | http://www.quantum-technology.gr/

10. Tο παράκτιο ρεύμα της Εύβοιας στην περιοχή της Κύμης: Η υδροδυναμική δομή του και η σημασία του ως θέση αφθονίας ιχθυοπλαγκτού και πηγή αλιευτικών πόρων

Φορέας: Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών

Συντονιστής: Κοντογιάννης Χαρίλαος, Κύριος Ερευνητής, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών

Μέλη Ομάδας

Στόχος της μελέτης ήταν να διερευνηθεί η υδροδυναμική δομή του ρεύματος της Εύβοιας στην περιοχή της Κύμης, οι εποχικές κατανομές του ιχθυοπλαγκτού και οι τοπικές αλιευτικές δραστηριότητες. Για το σκοπό αυτό, έγιναν τρεις εποχικοί πλόες: το Μάρτιο, τον Ιούνιο και τον Οκτώβριο του 2011, και παρατηρήθηκαν τα εξής αναφορικά με τα παραπάνω ερωτήματα.
Το ρεύμα της Εύβοιας στην περιοχή της Κύμης κατά το 2011 είχε μέγιστη επιφανειακή ταχύτητα ~1 κόμβο (~50 εκατοστά το δευτερόλεπτο) σε απόσταση 6-10 ναυτικών μιλίων ανοιχτά από την ακτή. Στον κόλπο της Κύμης ακολουθούσε μια κλειστή δεξιόστροφη ροή με μικρότερες επιφανειακές ταχύτητες ~10-15 εκατοστών το δευτερόλεπτο.
Ανιχνεύτηκαν συνολικά 43 ταξινομικές ομάδες στα είδη του ιχθυοπλαγκτού που ανήκουν σε 29 οικογένειες, 23 εκ των οποίων είναι εμπορικά εκμεταλλεύσιμες. Τα ψυχρά/θερμά νερά στον κόλπο της Κύμης κατά το χειμώνα/θέρος και η χαμηλή αλατότητα από την παρουσία νερών από τη Μαύρη Θάλασσα το καλοκαίρι παρείχαν άριστες συνθήκες για ωοτοκία και πολλαπλασιασμό σε σαρδέλα/γαύρο, παρόμοιες με αυτές του Θρακικού Πελάγους.
Στην περιοχή δραστηριοποιούνται περίπου 120 τοπικά αλιευτικά σκάφη που περιλαμβάνουν μηχανότρατες, γρι-γρι και μικρότερα σκάφη με δίχτυα ή παραγάδια. Οι μηχανότρατες αλιεύουν κυρίως μπακαλιάρο, αστακούς, κόκκινη γαρίδα, πεσκανδρίτσες και μπαρμπούνι/κουτσομούρα. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από πολυμορφία στο θαλάσσιο οικοσύστημα περιλαμβάνοντας από αποικίες κοραλλιών βαθιών νερών έως σημαντικό αριθμό από φώκιες που αλληλεπιδρούν με τις τοπικές αλιευτικές δραστηριότητες.
Τελική Έκθεση

11. Συμβολή των δεδομένων παρατήρησης της Γης και των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών στη χαρτογράφηση και διαχείριση πλημμυρών στην Ελλάδα.

Φορέας: European Space Agency-European Space Research Institute

Συντονιστής: Μουρατίδης Αντώνιος, Ερευνητής, European Space Agency-European Space Research Institute

Μέλη Ομάδας

Οι πλημμύρες συγκαταλέγονται μεταξύ των σημαντικότερων φυσικών καταστροφών, καθώς σε παγκόσμιο επίπεδο επηρεάζουν έναν πολύ μεγάλο πληθυσμό ανθρώπων, απειλώντας σοβαρά τη ζωή τους, την ιδιοκτησία και τις υποδομές. Για την Ευρώπη μόνο, το κόστος ανέρχεται σε πάνω από 100 δις Ευρώ, κατά τα τελευταία 25 έτη. Χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες και συστήματα συλλογής και επεξεργασίας γεωγραφικών/ γεωχωρικών πληροφοριών, το παρόν ερευνητικό έργο αποσκοπεί στο να συμβάλλει στη διαχείριση πλημμυρών στην Ελλάδα καταγράφοντας και μελετώντας πλημμυρικά γεγονότα των δύο τελευταίων δεκαετιών (1992-2011).
Η βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε παρέχει τη δυνατότητα κατασκευής πληθώρας θεματικών χαρτών της Ελληνικής Επικράτειας, με επίπεδο αναφοράς το Νομό και ανάλογα με τις παραμέτρους που ενδιαφέρουν τον χρήστη, όπως τον αριθμό των πλημμυρών, την εποχιακή ή μηνιαία κατανομή τους, κ.ο.κ. Το περιεχόμενο της βάσης δεδομένων δεν είναι εξαντλητικό, ωστόσο αντικατοπτρίζει σε ικανοποιητικό βαθμό την κατανομή και διασπορά των πλημμυρικών γεγονότων στην Ελληνική Επικράτεια. Επιπλέον, σε τμήμα της Θράκης που μελετήθηκε με μεγαλύτερη λεπτομέρεια, δημιουργήθηκαν χάρτες επιδεκτικότητας και κινδύνου πλημμύρας με βάση το σύνολο των διαθέσιμων πληροφοριών.
Στο πλαίσιο της μελέτης, δημιουργήθηκε ιστοσελίδα με δυνατότητα περαιτέρω αναβάθμισης και επικαιροποίησης των πληροφοριών, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη των ελεύθερα διαθέσιμων γεωχωρικών δεδομένων, αλλά και στη βελτίωση διαχείρισης φυσικών καταστροφών στην Ελλάδα.
Τελική Έκθεση | http://ceogis-floods.web.auth.gr

12. Καθορισμός του Γαλαξία του Τριγώνου (M33) ως σημείου αναφοράς για τη μέτρηση της απόστασης των γαλαξιών

Φορέας: Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών

Συντονιστής: Μπονάνου Άλκηστις, Αστρονόμος, Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών

Μέλη Ομάδας

Ο σκοπός της μελέτης είναι η ακριβής μέτρηση της απόστασης στον Γαλαξία του Τριγώνου (Μ33) και ο καθορισμός του ως σημείου αναφοράς για την εξωγαλαξιακή κλίμακα των αποστάσεων. Η μέθοδος βασίζεται στα διπλά συστήματα αστέρων που παρουσιάζουν περιοδικές εκλείψεις και αποτελούν κλασική μέθοδο μέτρησης.
Εφαρμόσαμε τη μέθοδο για πρώτη φορά σε ένα εκλειπτικό σύστημα στο Μ33 το 2006, με αποτέλεσμα να βρούμε απόσταση 13% μεγαλύτερη από προηγούμενες μετρήσεις που χρησιμοποίησαν τη μέθοδο των Κηφίδων. Για να επιλυθεί η διαφορά αυτή, στην παρούσα μελέτη αναλύσαμε δεδομένα για ένα δεύτερο σύστημα, ώστε να επιβεβαιώσουμε την προηγούμενή μας μέτρηση. Η προκαταρκτική μας ανάλυση των καμπυλών φωτός και ακτινικών ταχυτήτων του νέου συστήματος έδειξε ότι αποτελείται από πολύ θερμούς αστέρες, με 16 και 24 ηλιακές μάζες αντίστοιχα, σε απόσταση 892 ± 21 kpc, που είναι σύμφωνη με την πρώτη μας μέτρηση.
Ο καθορισμός της απόστασης του γαλαξία Μ33 θα βοηθήσει στη βαθμονόμηση της σχέσης περιόδου και λαμπρότητας των Κηφίδων και θα επιλύσει τη διαμάχη για την κλίμακα αποστάσεων, με τις συνέπειες που έχει για την κοσμολογία και τις ηλικίες των αστέρων.
Τελική Έκθεση

13. Ρομποτικά συστήματα για σκοπούς εξερεύνησης και διάσωσης

Φορέας: Πανεπιστήμιο Πατρών

Συντονιστής: Τζες Αντώνιος, Καθηγητής, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Πατρών

Μέλη Ομάδας

Το αντικείμενο της μελέτης είναι η έρευνα αυτόνομων ρομπότ, με σκοπό τη χρησιμοποίησή τους στην επιθεώρηση χωροταξικών δομών που έχουν καταρρεύσει μετά από πυρκαγιές, σεισμούς ή άλλες φυσικές καταστροφές, δηλαδή χώρων στους οποίους η ανθρώπινη πρόσβαση κρίνεται επικίνδυνη ή αδύνατη.
Σχεδιάστηκε ένα πρωτότυπο ρομποτικό σύστημα τύπου φιδιού, το οποίο μπορεί να εισέρχεται μέσα σε κτήρια που έχουν καταρρεύσει, με σκοπό την αναζήτηση επιζώντων μέσα στα συντρίμια. Το ρομποτικό ερπετό μπορεί να ελίσσεται εύκολα μέσα στα χαλάσματα και να μεταδίδει video σε ένα σταθμό βάσης. Ακολούθως σχεδιάστηκε, μοντελοποιήθηκε και κατασκευάστηκε ένα ελικοφόρο (με 4 ρότορες) ρομποτικό σύστημα για εποπτεία του μετώπου πυρκαγιών, με σκοπό την παροχή πληροφοριών στις επίγειες πυροσβεστικές δυνάμεις. Πέραν της πλοήγησης και δυνατότητας κίνησης σε εξωτερικούς χώρους, το σύστημα έχει περιορισμένες δυνατότητες κίνησης και στο εσωτερικό κτηρίων, λόγω της αυξημένης αυτονομίας του και των αισθητήρων που διαθέτει.
Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την παρουσίαση των αλγορίθμων συνεργασίας εναέριων και επίγειων ρομποτικών συστημάτων, καθώς αυτή η περιοχή είναι ιδιαίτερα απαιτητική αλλά και καθοριστικής σημασίας σε εφαρμογές εξερεύνησης και διάσωσης.
Τελική Έκθεση | http://www.sar-robots.upatras.gr/