Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković (IRB) u suradnji s međunarodnim timom otkrili su da optimizacija svojstva centralnosti strukture u amorfnim (nekristalnim) sustavima, rezultira univerzalnom, ali i dalje amorfnom strukturom s iznenađujućim redom na velikim skalama, poznatim kao hiperuniformnost. Rezultate istraživanja objavio je prestižni znanstveni časopis Nature Communications.
Kako ističu u IRB-u, taj je rad posebno značajan i zato što predstavlja uspješan niz rezultata istraživanja u sklopu milijun i pol eura vrijednog projekta Europskog istraživačkog vijeća (ERC) koji je dodijeljen dr. sc. Ani Sunčani Smith 2013. godine. Riječ je o projektu MEMBRANESACT “Biological Membranes in Action: A Unified Approach to Complexation, Scaffolding and Active Transport“, čiji je cilj istražiti organizaciju i funkcije membrana živih stanica.
U novom interdisciplinarnom radu znanstvenici su kombinirali razne metode računarstva, geometrije i statističke fizike. Uz Jakova Lovrića i prof. dr. sc. Anu-Sunčanu Smith, odgovorne autore iz Grupe za računalne bioznanosti IRB-a, u istraživanju su sudjelovali i kolege iz Njemačke (Friedrich Alexander Sveučilišta Erlangen – Nürnberg i Karlsruhe Institute of Tehnology), SAD-a (Princeton), te Australije (Sveučilište Murdoch, Sveučilište Zapadne Australje u Perthu te Australsko Nacionalno Sveučilište u Camberi).
Istraživanja teselacija trodimenzionalnog prostora, odnosno dijeljenja prostora geometrijskim oblicima bez preklapanja i praznina, bilo da je riječ o potrazi za optimalnim mikrostrukturama nalik pjeni ili metodama za slaganje objekata, u fokusu su znanstvenika diljem svijeta i to još od vremena Keplera, koji se pitao kako najbolje posložiti topovske kugle da zauzimaju najmanje prostora.
Međunarodni tim znanstvenika u ovom istraživanju bavio se posebnim problemom prostorne kvantizacije, odnosno pitanjem kako popuniti prostor objektima tako da su njihovi centri masa što bliže.
Pojednostavljeno rečeno, naš je cilj bio podijeliti prostor u ćelije počevši od različitih konfiguracija točaka u prostoru i nekim postupkom te ćelije učiniti što okruglijima. Postupak kojim smo to radili se zove Lloydov algoritam, objašnjava Jakov Lovrić, prvi autor na radu i doktorand prof. dr. sc. Ane-Sunčane Smith, jedne od voditeljice predmetnog istraživanja.
Optimizirali smo strukture s različitim vrstama nereda i otkrili da se sve Lloydovim alogritmom pretvaraju u statistički istu strukturu koja je rješenje problema kvantizacije, navodi Lovrić i nastavlja. Uz to, pronašli smo da postupna optimizacija brzo prigušuje fluktuacije gustoće i dovodi do hiperuniformnosti, čime se unosi skriveni red u sustav koji je i dalje amorfan, dakle naoko neuredan.
Zbog fundamentalnosti ovog pronalaska i činjenice da se Lloydov algoritam uvelike koristi u razvoju umjetne inteligencije, rudarenju podataka i kod grafičkih efekata, objavljeni znanstveni rad značajan je, kako u znanstvenim područjima od matematike, biofizike, statističke fizike, tako i u razvoju suvremene tehnologije, posebice u razvoju novih materijala, zaključuje Lovrić.
Vrijedno je napomenuti da se ova istraživanja na Institutu Ruđer Bošković uspješno nastavljaju uz pomoć dodiplomskih studenata fizike Sveučilišta u Zagrebu, Karla Delića i Luke Cavaliere Lokasa, koji su za svoj rad na postojanosti univerzalne hiperuniformne strukture nedavno osvojili Rektorovu nagradu.
