www.researchportal.be - 11 Feb 2016 09:06:09
Onderzoeksprojecten (4400 - 4420 van 7401) Zoekfilter: Classificaties: EXACTE WETENSCHAPPEN (P)
Toepassingen van sparsiteit op regularisatie van slecht-gestelde inverse problemen in de fysica. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Toepassing van sparsiteit in de regularizatie van slecht-gestelde inverse vraagstukken in de natuurkunde Dit onderzoeksproject focust op een heden ten dage zeer belangrijk probleemin de toegepaste wiskunde en computationele fysica, namelijk op de door sparsiteit ('sparsity', of 'ijlheid') gespeelde rol in inverse vraagstukken. Moderne technologie geeft ons tegenwoordig een indrukwekkende capaciteit voor het registreren en opslaan van gegevens, meer dan onze algoritmes kunnen verwerken (ondanks de voortdurende groei in rekensnelheid zoals beschreven door de Wet van Moore). Anderzijds lijdt de overvloed aan gegevens tot situaties waarin we weten dat de bestudeerde objecten een intrinsiek veel sparsere beschrijving hebben dan het aantal vrijheidsgraden van het model of de data toelaten. In dit onderzoeksprogramma zullen we 'sparse' technieken en voorstellingen onderzoeken die de computationele complexiteit van oplossingsmethoden voor inverse vraagstukken reduceert. De laatste jaren is er veel activiteit in dit gebied en we verwachten dan ook dat de behoefte aan ontwikkeling en toepassing van dit nieuwe type sparse technieken in de nabije toekomst sterk zal toenemen. Dit blijkt ook uit de vele bijzondere sessies van ICASSP 2005, 2006 and 2008, van EUSIPCO 2008 en internationale workshops zoals SPARS05 (zie ook het preprint repositorium [1]). In dit project zal onze aandacht uitgaan naar twee concrete fysische problemen, in seismische tomografie en in medische beeldvorming, waarvoor we nieuwe wiskundige technieken moeten ontwikkelen. Organisaties: • Natuurkunde • Wiskunde • Wiskunde-TW • Computer- en Toegepaste Wiskunde
Onderzoekers: • Ignace LORIS • Vahid NASSIRI • Ingrid DAUBECHIES • MICHEL DEFRISE • Caroline VERHOEVEN • Philippe CARA
Moleculaire beeldvorming van HER2 expressie bij borstcarcinoom door middel van radioactief gemerkte Nanobodies. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Doelstelling van de onderzoeksproject: Binnen dit onderzoeksproject willen een nieuwe tracer ontwikkelen voor moleculaire beedvorming van HER2 expressie bij patienten met borstkanker. Hiervoor zullen we een Nanobody ontwerpen met een nanomolaire affiniteit voor HER2, een snelle bloedklaring en lage leveropname. Introductie: Maligne tumoren worden gekenmerkt door de aanwezigheid van specifieke proteinen op de celmembraan. Deze kankerantigenen kunnen in relatief grote aantallen op de membraan voorkomen en zijn meestal in verband te brengen met een signaaltransductiecascade die bijdraagt tot het onstaan of het promoten van het kankerfenotype. Daarom zijn deze membraanantigenen een belangrijk aangrijpingspunt voor antikankerbehandelingen. De humane epidermale groeifactorreceptor type 2 (HER2) is een typisch voorbeeld van een membraanreceptor die in grote aantallen uitgedrukt wordt op de membraan van kankercellen bij onder andere borstcarcinoom en ovariumcarcinoom. De signalisatie door deze receptor leidt tot celproliferatie, toename van de celmobiliteit en een onderdrukking van apoptose. HER2 overexpressie is dan ook gerelateerd aan een hogere aggressiviteit van de tumor en een verhoogde kans op recidief 1. Doelgerichte behandelingen voor tumoren met HER2 overexpressie zijn reeds beschikbaar onder de vorm van monoclonale antilichamen (trastuzumab en pertuzumab) die specifiek binden aan het extracellulaire domein van HER2 en onder de vorm van specifieke inhibitoren (lapatinib) van de tyrosine kinase activiteit die interageren met het intracellulaire domein van HER2. Informatie over de HER2 status van tumoren is dus belangrijk omdat het de selectie van de behandeling beïnvloedt. Momenteel wordt HER2 expressie bepaald in biopsie materiaal. Binnen dit project willen we een methode ontwikkelen voor onderzoek naar HER2 expressie bij borstkanker patiënten op een nietinvasieve manier door middel van beeldvorming. Dit biedt het voordeel dat het volledige kankerletsel alsook eventuele metastatische letsels geanalyseerd kunnen worden tijdens een enkele scanprocedure. Dit vermijdt 'sampling error' bij biopten en kan meerdere keren herhaald worden, waardoor het mogelijk wordt om de HER2 overexpressie op te volgen tijdens het ziekteverloop. Op die manier is het mogelijk om patienten te selecteren die in aanmerking komen voor een doelgerichte therapie en om de respons op de behandeling op te volgen. Niet invasieve beeldvorming van HER2 expressie werd reeds bestudeerd door andere onderzoeksgroepen. Hiervoor werden verschillende soorten moleculen die een affiniteit hebben voor HER2 radioactief gemerkt (monoclonale antilichamen, anitlichaamfragmenten, affibodies, ...) (9-11). In de meeste gevallen kan aangetoond worden dat deze diagnostische 'tracers' zowel in vitro als in vivo HER2 kunnen binden. De belangrijkste beperking van deze tracers is echter de achtergrond activiteit in het lichaam. De biodistributie toont ofwel hoge tracerconcentraties in het bloed ofwel intense opname in de lever en excretie in de gastrointenstinale tractus. Dergelijke achtergrondactiviteit is suboptimaal voor het beeldvormingsproces en beperkt het klinisch potentieel van deze tracers. Daarom zullen we bij een nieuw ontwerp van een tracer de normale biodistributie van de molecule vooropstellen. Dit is mogelijk door gebruik te maken van Nanobodies. De generatie van Nanobodies tegen een nieuw antigen levert multipele kandidaat Nanobodies op die in aanmerking komen voor verdere ontwikkeling. Op dit stadium zullen we de selectie van onze 'lead compound' niet alleen laten afhangen door de subtiele verschillen in affiniteit voor het target, maar zullen we op basis van de aminozuursequentie van de backbone en het in vivo biodistributiepatroon een selectie uitvoeren. Organisaties: • Toegepaste Biologische Wetenschappen • Medische Beeldvorming en Fysische Wetenschappen
Onderzoekers: • Tony LAHOUTTE • Olive TCHOUATE GAINKAM Lea • Ilse VANEYCKEN • Catarina XAVIER • SERGE MUYLDERMANS • Matthias D'HUYVETTER • VICKY CAVELIERS • AXEL BOSSUYT • NICK DEVOOGDT
QoS ondersteuning in heterogene draadloze sensornetwerken met behulp van gedistributeerde 'reinforcement learning' technieken. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Het hoofddoel van dit project is de ontwikkeling van een adaptieve QoS netwerkarchitectuur voor draadloze sensornetwerken die een waarachtig multi agent systeem gebaseerd Reinforcement Learning algoritme incorporeert. Dit MAS-RL algoritme zal op gedistribueerde wijze
intelligente beslissingen nemen omtrent de optimale werkingsmode voor iedere knoop, rekening houdend met de verschillende belangen en beperkingen. Om dit doel te bereiken, voorzien we 4 hoofdtaken, elk met eigen subdoelen: Taak 1: het ontwikkelen van een endogeen multi agent RL algoritme dat concepten ontleent van 'Mechanism Design' (mechanisme-ontwerp). Taak 2: de ontwikkeling van een adaptieve modulaire QoS architectuur voor heterogene draadloze sensornetwerken die geschikt is voor zeer verscheidene applicaties en bijhorende QoS vereisten. Taak 3: de ontwikkeling van een realistische simulatieomgeving voor de optimalisatie van de QoS architectuur en het MAS-RL algoritme. Taak 4: de experimentele validatie van de ontwikkelde oplossingen in een levensechte omgeving in een levensecht scenario Organisaties: • Informatica en Toegepaste Informatica • Elektronica en Informatica
Onderzoekers: • ANN NOWE • KRIS STEENHAUT
Chemische reactiviteit vanuit een ab initio moleculaire dynamica en Density Functional Theory perspectief: Methodologische aspecten en toepassingen in organische, anorganische en biochemie. Vrije Universiteit Brussel Abstract: 4.3. Beschrijving van het project In dit onderzoeksproject is het de bedoeling om de onderzoeksgebieden van de conceptuele DFT en de ab initio moleculaire dynamica met elkaar te combineren aangezien een dergelijke gecombineerde aanpak een aanzienlijke meerwaarde kan betekenen in de complexe studie van de chemische reactiviteit. Dit omvat enerzijds een methodologisch luik en anderzijds een luik met toepassingen in de organische, anorganische en biochemie. 4.3.1. METHODOLOGISCHE ASPECTEN Doelstelling 1 : Sampling van het potentieel energie oppervlak in de regio van de reactanten In eerste instantie zullen de AIMD simulaties worden aangewend om een efficiënte sampling te maken van het potentieel energie oppervlak rond de reagentia die betrokken zijn in de reactie. Er zijn immers voldoende voorbeelden gekend waarbij de reactanten vooraleer de reactie aan te vatten een belangrijke conformationele verandering dienen te ondergaan. Als resultaat van de MD simulaties worden energieën, coördinaten, snelheden,... bekomen op elk tijdstip waarmee een aantal statistische grootheden, zoals partitiefuncties, correlatiefuncties kunnen worden afgeleid.[26] In dit projectvoorstel wensen we bijkomend het dynamisch gedrag van de reactiviteitsindices te volgen als reactiviteitsproben bij de aanzet van de reactie. De tijdsevolutie van op DFT gebaseerde reactiviteitsindices werd tot hiertoe slechts op relatief eenvoudige systemen onderzocht.[27] Bovendien kunnen naast de DFT concepten meer klassieke eigenschappen zoals atomaire ladingen, dipool- en quadrupoolmomenten en elektrostatische potentialen gebruikt worden als reactiviteitsproben. Deze zijn nuttig voor de studie van de zogenaamde hard-hard interacties of reacties met in hoofdzaak ladingscontrole.[15,28-30] Methodes voor het afleiden van atomaire ladingen, dipool- en quadrupoolmomenten en elektrostatische potentialen zijn in principe reeds beschikbaar vandaag de dag in gangbare MD pakketten zoals CPMD[24] en CP2K.[25] Beide pakketten maken gebruik van periodieke randvoorwaarden en vlakke golven of de combinatie van vlakke golven en gaussische basissets. Om gelokaliseerde eigenschappen te berekenen zijn technieken nodig die in staat zijn om de globale elektronendensiteit te partitioneren. Recentelijk werd door Kirchner en Hutter een computationeel efficiënte implementatie voorgesteld binnen CPMD voor het berekenen van dipoolmomenten uitgaande van maximum gelokaliseerde Wannier functies.[31] Een andere mogelijkheid is het toepassen van de Hirshfeld partitiemethode,[32] die door de ALGC groep reeds in een aantal studies werden aangewend.[33] De implementatie van specifieke DFT reactiviteitsindices binnen MD pakketten is nagenoeg nog niet gebeurd. Binnen dit aspect plannen we de uitwerking van verschillende methodologieën die toelaten om dit scala van eigenschappen "on-the-fly" tijdens een dynamica simulatie te berekenen. Gezien de geplande MD simulaties gebeuren binnen de Born-Oppenheimer approximatie kunnen alle grootheden gekend vanuit conceptuele DFT overgedragen worden. Centraal in de beschrijving van zogenaamde zacht-zacht interacties (of orbitaal gecontroleerde interacties)[15,28-30] is de Fukui functie, gedefinieerd als de eerste afgeleide van de electronendichtheid ?(r) van het systeem naar het aantal elektronen N bij een constante externe potentiaal v.[19] We stellen voor om deze functie te berekenen gebruik makend van de door de ALGC groep, in samenwerking met Professor R. Nalewajski en Dr. A. Michalak (Jagiellonian Universiteit, Krakau, Polen), ontwikkelde perturbatieve methode die toelaat om deze functie in zeer goede benadering te bepalen in één enkele Kohn- Sham berekening.[34] Eenmaal deze Fukui functie gekend heeft men toegang tot de chemische hardheid ! via de relatie [35,36] ! = "" f (r)!(r,r!)f (r!)drdr! (1) met !(r, ! r )de zogenaamde hardheidskernel.[35] Verscheidene benaderingen voor deze grootheid zijn voorgesteld en getest geweest in de berekening van de hardheid[37-39] en kunnen bijgevolg geïmplementeerd worden in de MD codes. Deze methodologie laat tevens toe ook deze grootheid te bekomen in één berekening per simulatiestap, naar analogie met [27g]. De bekomen responsfuncties die in de hierboven geschetste methodologie gesampled worden op verschillende plaatsen van het potentieel energieoppervlak (PES) van de reactanten kunnen vervolgens gebruikt worden in combinatie met reactiviteitsprincipes om uitspraken te doen over reactiviteiten en regioselectiviteiten van chemische reacties. Doelstelling 2 : Berekenen van het vrije energie profiel voor probabele reactieroutes In tweede instantie zal nagegaan worden indien de aangeduide reactieve plaatsen van het PES effectief overeenkomen met probabele reactieroutes. Daartoe kunnen reactiebarrières en chemische kinetiek op basis van statische methoden[40] worden berekend. Echter voor de beoogde reacties (vide infra) zijn statische technieken veelal niet toereikend door het optreden van een gecombineerde reactiecoördinaat of door het impliciet effect van een solventomgeving. In dit geval zijn opnieuw MD simulaties een middel bij uitstek om dergelijke complexe systemen te volgen tijdens de reactie.[8] De kans evenwel om de energetisch hoog geactiveerde transitietoestand efficiënt te samplen gedurende een dynamica run van een aantal picoseconden is zeer beperkt. Verschillende technieken werden reeds voorgesteld om zeldzame gebeurtenissen te samplen[41] maar zijn zeer sterk afhankelijk van een goede keuze van een reactiecoördinaat. Eén van de meest succesvolle technieken is gebaseerd op de recent voorgestelde metadynamica methode[42] werd al verschillende keren succesvol toegepast in een variëteit van toepassingen waarbij een complexe reactiecoördinaat optreedt. Hierbij wordt bovenop de potentiaal van een aantal relevante vrijheidsgraden (collectieve vrijheidsgraden) een biasing potentiaal gesuperponeerd "on the fly" die toelaat om efficiënt uit diep gelegen minima te ontsnappen en de relevante delen van het chemisch proces efficiënt te samplen. Deze methode laat toe om het multidimensioneel vrije energie-oppervlak dat de reactanten met producten verbindt te reconstrueren. De voorgestelde methodologie wordt verwacht vooral een grote toegevoegde waarde te bieden voor reacties waarbij een complexe reactiecoördinaat optreedt. Dit laatste is ondermeer het geval voor chemische reacties die optreden in solventen maar ook voor toepassingen waarbij belangrijke conformationele vrijheidsgraden dienen te veranderen alvorens de reactie kan doorgaan. De initiële sampling van de reactanten die ingebed zijn in een solvent, laat toe om het effect van de moleculaire omgeving te bestuderen op verschillende op DFT gebaseerde reactiviteitsindices. Dit is tot nog toe slechts weinig gebeurd binnen een MD context.[43] Voor de toepassingen in solventen dient eveneens gebruik gemaakt te worden van technieken om de elektronendensiteit te partitioneren zoals hierboven geschetst. Doelstelling 3 : Validering van de methodologie op eenvoudige testsystemen (enolaten en azaallylanionen) De voorgestelde methodologie (uitgewerkt bij doelstellingen 1 en 2) zal in eerste instantie gevalideerd worden op een aantal eenvoudige testsystemen waarin de aanvragende groepen reeds expertise hebben. Een eerste testsysteem betreft de studie van de regioselectiviteit van een bekende klasse van ambidente nucleofielen, nl. enolaten.[28, 44] Het meest eenvoudige van deze enolaten, nl. het ethanolaat-ion (CH2CHO?), werd in het verleden reeds door verschillende groepen, waaronder de ALGC groep, gebruikt voor het "benchmarken" van nieuwe methodologieën voor de berekening van Fukui functies en zachtheidsgerelateerde reactiviteitsindices.[33a,45,46] Experimenteel blijkt dat de regioselectiviteit (i.e. C vs. O alkylering) bij alkylering van deze enolaten[47,48] afhankelijk is van (1) de aard van het metaal kation, dat als tegenion fungeert, en waarvan de invloed groter blijkt te zijn in niet polaire solventen (2) de aard van het solvent en (3) de aard van het nucleofiel. Aan de hand van voorgestelde methodologie zal nagegaan worden hoe DFT reactiviteitsindices en meer courant gebruikte eigenschappen zoals ladingen en dipolen variëren in functie van verschillende solventen, metalen en conformaties. In tweede instantie zal de reactie met een aantal eenvoudige electrofielen worden bestudeerd. Hierbij stellen we voor om voor verschillende enolaten, met verschillende tegenionen en verschillende solventen de C vs. O alkyleringen te bestuderen voor verschillende substraten, zoals voorgesteld in Schema 1 (a). Een tweede sterk gerelateerd testsysteem betreft de studie van gehalogeneerde azaallyl anionen (5), voorgesteld in Schema 1 (b). . Deze verbindingen worden bekomen na deprotoneren van het imine (4) met een sterke nietnucleofiele base zoals lithium diisopropylamide. Verdere reactie met een elektrofiel geeft aanleiding tot gefunctionaliseerde ?-haloimines 6, welke belangrijke bouwstenen vormen binnen de organische chemie. De conformaties van deze azaallylanionen, namelijk indien E of Z conformaties worden
geprefereerd, de positie van de substituenten op de stikstof en de coördinatie met verschillende metalen, is tot dusver niet gekend. Er zijn bovendien duidelijke indicaties dat het solvent een belangrijke rol speelt in de stereochemie van deze componenten. Naar analogie met het eerste testsysteem zal nagegaan worden hoe DFT reactiviteitsindices en andere eigenschappen variëren in functie van verschillende solventen, tegenionen en conformaties om vervolgens reacties met een aantal eenvoudige electrofielen te bestuderen. Organisaties: • Scheikunde
Onderzoekers: • PAUL GEERLINGS • Frank DE PROFT
Reflectieve Ondersteuning voor herconfiguratie van Context-afhankelijke Softwareaanpassingen(RECOCO). Vrije Universiteit Brussel Abstract: Doelstelling Het ondersteunen van dynamische aanpasbaarheid van software in specifieke uitvoeringscontexten (b.v. in specifieke uitvoeringssporen, sessies of collaboraties tussen meerdere objecten) wordt steeds belangrijker voor hedendaagse gedistribueerde toepassingen. Context-georiënteerd programmeren (COP) [12] biedt taalconstructies voor het uitvoeren van dergelijke context-afhankelijke aanpassingen. Het is echter belangrijk dat tijdens deze context-afhankelijke aanpassingen de globale toestandsconsistentie [6] van het softwaresysteem ten alle tijde bewaard wordt. Alhoewel, context-afhankelijke aanpassingen inherent atomisch zijn wat betreft toevoegingen van programmacode[5], bestaat er geen automatisch mechanisme om de toestand van softwareprogramma's consistent te houden. Bijgevolg, moet de softwareontwikkelaar, zonder enige methode of richtlijn, hiervoor complexe applicatie-specifieke logica aan de programma's toevoegen. Dit project heeft twee aan elkaar verbonden doelstellingen: (i) de beschrijving van de fundamenten van COP zodat men systematisch kan redeneren over de consistentie van een een gedistribueerd systeem tijdens contextafhankelijke aanpassingen, en (ii) op basis van dit fundament, de creatie van een reflectieve architectuur voor COP talen zodat consistentieconflicten op een gemakkelijke wijze opgelost kunnen worden door de softwareontwikkelaar. Organisaties: • Software Language Lab • Informatica en Toegepaste Informatica
Onderzoekers: • YVES VANDRIESSCHE • PASCAL COSTANZA • THEO D'HONDT
Scheiding van binaire mengsels op metaal-organische roosters. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Doelstellingen van het project: we willen 1. het potentieel aantonen van MOFs in scheiding van binaire mengsels (gas, vloeistof) door opsporen van combinaties van ?MOF + binair mengsel??die resulteren in hoge scheidingsfactoren; 2. in geselecteerde gevallen, de interactie volgen tussen het MOF-oppervlak en de adsorbaten (zuiver of als binair mengsel) door spectroscopische of diffractiemethodes; 3. in deze gevallen, relaties opstellen tussen de adsorptievoorkeur van MOFs en hun fysicochemische karakteristieken, bv.: o de grootte en vorm van poriën en kooien; o de functionaliteit van de poriewanden: aromatische of alifatische groepen, -OH groepen, andere functionele groepen; o open coördinatiesites op metaalionen. Organisaties: • Chemische Ingenieurstechnieken en Industriele Scheikunde
Onderzoekers: • JOERI DENAYER
Bijdrage tot de bouw van het voorwaarts Muon RPC detectie systeem voor het CMS experiment nabij de LHC te CERN. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Doelstellingen Een eerst doelstelling van het project is de identificatie van genen die coderen voor nieuwe virulentiefactoren die worden uitgedrukt op het bacteriële oppervlak van MRSA. Meer bepaald zal het project zich richten naar nieuwe bacteriële oppervlaktecomponenten die betrokken zijn bij de vorming van biofilms en bij de herkenning van de gastheer. Dit zal uitgevoerd worden door met transposons geïnduceerde of bacteriofaagresistente mutanten te testen voor gewijzigde biofilmvorming of gewijzigde virulentie in de surrogaatgastheer Caenorhabditis elegans (C. elegans). Indien bacteriofaagresistente mutanten een verminderde biofilmvorming of virulentie vertonen, zal het gewijzigde proteïne geïdentificeerd worden door transposonmutagenese. De genen die zijn geïnactiveerd door het transposon zullen geïdentificeerd worden aan de hand van de inverse polymerase chain reaction (IPCR), gevolgd door sequentie-analyse. Niet-polaire deletiemutanten van deze genen zullen geconstrueerd worden en gecomplementeerd met de overeenkomstige coderende sequenties om hun functie te bevestigen. Wanneer dit relevant is, zal het belang van de genen voor de infectie van zoogdieren getest worden in een muismodel. Een tweede doelstelling is het verschil tussen het vermogen van HA-MRSA en CA-MRSA om biofilms te vormen te onderzoeken in aanwezigheid en afwezigheid van antibioticumselectie. Onze hypothese is dat biofilms potentieel meer relevant zouden zijn voor de overleving van CA-MRSA omdat deze normaal geen genen dragen die resistentie verlenen tegen specifieke antibiotica, die wel aanwezig zijn bij HA-MRSA stammen. Daarom zijn de genen die biofilmvorming toelaten mogelijk opgereguleerd in vergelijking met HAMRSA of spelen andere genen eventueel een cruciale rol. Een derde objectief van het project is te verklaren waarom bepaalde MRSA klonen zeer epidemisch zijn. Voor objectieven 2 en 3 zal het vermogen om biofilms te vormen van zeer epidemische klonen (Iberische, Braziliaanse, Hongaarse, New York/Japan) en van CA-MRSA onderzocht worden aan de hand van in vitro statische en continue biofilmmodellen. Tevens zal voor objectief 3 het biofilmvormend vermogen en de virulentie in C. elegans van de epidemische HAMRSA klonen vergeleken worden en zal de aanwezigheid en de uitdrukking van gekende virulentie/biofilmvormende factoren in de verschillende stammen geanalyseerd worden. Genen die opgereguleerd worden tijdens biofilmvorming in de verschillende MRSA stammen zullen site-specifiek geïnactiveerd worden. De rol van deze genen voor de infectie zal worden getest in C. elegans en, indien nodig, in een muismodel. Organisaties: • Natuurkunde
Onderzoekers: • WALTER VAN DONINCK • Jorgen D'HONDT
Reconstructie van Laatglaciale en Holocene klimaatsveranderingen in de zuidelijke hemisfeer aan de hand van een merentransect doorheen Zuid chili (CHILT). Vrije Universiteit Brussel Abstract: DOELSTELLINGEN Het project CHILT stelt zich tot doel om Laatglaciale en Holocene klimaatvariaties te reconstrueren die geregistreerd zijn in lacustriene sedimentaire paleoklimaat-archieven gelegen langsheen een N-S transect doorheen het zuidwestelijke deel van Zuid Amerika, van het Chileense Merendistrict (39°S) in het noorden tot Patagonië (53°S) in het zuiden. Dit deel van Zuid Amerika is uitermate geschikt voor een studie van de ruimtelijke en temporele patronen in klimaatvariabiliteit in de zuidelijke hemisfeer. Het is immers de enige landmassa die zo ver zuidwaarts reikt, hetgeen toelaat continentale archieven uit de gematigde tot hoge zuidelijke breedtegraden rechtstreeks te vergelijken met deze uit Antarctica en de sub-Antarctische eilanden, maar ook met deze uit lagere breedtegraden. Het voorkomen van talrijke grote meren tussen ong. 40° en 55°S (i.e. min of meer samenvallend met de natuurlijke noordelijke en zuidelijke grenzen van het "Southern Polar Front") maakt van deze regio
dan ook een echt sleutelgebied voor het voorgestelde onderzoek (b.v. Sugden et al., 2005; Sterken et al., 2008). Twee specifieke doelstellingen worden vooropgesteld: - Doelstelling 1: Een beter inzicht verkrijgen in de deglaciatiegeschiedenis van zuidelijk Zuid Amerika. Teneinde een recent ontwikkeld model voor de deglaciatie van de Patagonische ijskap (Hulton et al., 2002) verder te testen en te verbeteren zijn er bijkomende paleoklimaatreconstructies en geologische data aangaande de deglaciatiegeschiedenis van de betrokken regio nodig. Er blijft immers nog aanzienlijke onduidelijkheid over het preciese tijdstip en de snelheid en manier waarop de ijskap zich terugtrok (e.g. Lowell et al., 1995; McCulloch & Davies, 2001; Bentley, 1997). In het bijzonder voor het gebied ten noorden van 43°S wijst het model op een aanzienlijke instabiliteit van de ijskap. De modelresultaten worden echter niet volledig ondersteund door de bestaande empirische data, ondermeer omdat de gegevens uit de schaarse, maar continue mariene en lacustriene archieven niet in overeenstemming zijn met deze uit de discontinue, terrestrische archieven (De Batist et al., 2008). CHILT zal de wijze van terugtrekking van de Patagonische ijskap in de regio tussen 39 en 53°S beter documenteren, door middel van een reeks gedetailleerde reflectieseismische studies en een multiproxy-analyse van lange sedimentkernen uit meren die de ijsterugtrekking geregistreerd hebben. - Doelstelling 2: De temporele en ruimtelijke varibiliteit bestuderen van snelle klimaatschommelingen die zich hebben voorgedaan tijdens de Laatglaciaal-Holoceen transitie. Het internationale onderzoek heeft zich de voorbije jaren sterk toegespitst op de mogelijke relatie tussen de Antarctic Cold Reversal (ACR) en de Younger Dryas Cold Reversal (YDCR) tijdens de transitie van het Laatste Glaciaal Maximum (LGM) naar het Holoceen. De YDCR (~11.6-12.9 ka) is zeer goed gedocumenteerd in verschillende paleoklimaat-archieven in de noordelijke hemisfeer (bv. Stuiver et al., 1995) en wordt vaak verondersteld een globaal effect te hebben gehad (Barrows et al., 2007). De ACR (~12.5-14.5 ka) werd gedetecteerd in een aantal Antarctische ijsboringen als een koudepuls die de geleidelijke postglaciale opwarming tijdelijk onderbreekt, en die de YDCR uit het noordelijke hemisfeer duidelijk voorafgaat. Dit zou erop kunnen wijzen dat de YDCR veroorzaakt werd als respons op de ACR en dus helemaal geen globale, synchrone impact had. In Patagonië (55°S) werd een gletsjeruitbreiding gedocumenteerd rond 12.1-15.3 ka (McCulloch & Davies, 2001), ruwweg overeenstemmend met de ACR, maar verder naar het noorden (41°S) werd onlangs de "Huelmo-Mascardi cold/wet event" (~12.0-13.4 ka) gedetecteerd (Hajdas et al., 2003), die qua timing precies tussen de ACR en de YDCR in valt. Een multiproxy-analyse van meersedimenten van Lago Puyehue (~41°S) liet heel recent toe het bestaan en de timing van deze klimaatschommeling in deze regio te bevestigen (Bertrand et al., 2008; Boës & Fagel, 2008b). Deze bevindingen lijken de hypothese te ondersteunen van een propagatie van Antarctische klimaatsignalen naar het noorden toe over een transitiezone in de gematigde tot hoge zuidelijke breedtegraden. Er blijven echter nog aanzienlijke onzekerheden over de preciese ruimtelijke verspreiding, karakter en duur van deze Laatglaciale klimaatschommeling in zuidelijk Zuid Amerika (Sugden et al., 2005). Waarom komt ze b.v. niet tot uiting in de mariene (40°S, ODP site 1233; Lamy et al., 2004) archieven, of in vele van de terrestrische archieven (44°S, Bennett et al., 2000) uit dezelfde regio? Gaat het trouwens om een terugkeer van koudere of van nattere omstandigheden? Wat leert deze klimaatschommeling ons over de achterliggende processen waarmee verschillende klimaatsystemen elkaar kunnen beïnvloeden? CHILT zal trachten de onzekerheden omtrent deze Laatglaciale klimaatschommeling aanzienlijk te verminderen door drie goed gedateerde, hoge-resolutie temperatuur- en precipitatie-reconstructies te produceren voor de periode van ~9.0-16.0 ka, op basis van een kwantitatieve multiproxy-analyse van lange sedimentkernen uit meren langsheen een latitudinaal transect doorheen de regio (39-53°S). Organisaties: • Geologie
Onderzoekers: • EDWARD KEPPENS
Preoperative radiotherapy of rectal cancer by helical tomotherapy : prognostic significance of iNOS, CD3, CD16 en CD68 molecular markers. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Geen NL abstract Organisaties: • Medische Beeldvorming en Fysische Wetenschappen
Onderzoekers: • GUY STORME • Mark DE RIDDER
Onderzoek naar elektronische schakelingen voor intelligente 3D-camera pixels. Vrije Universiteit Brussel Abstract: In dit doctoraat wordt gezocht naar schakelingen die in een camera pixel voor een 3D camera kunnen dienen om de afstand tot een object in de scene te meten op een andere manier dan wat al in de state-of-the-art bestaat. Een voorbeeld daarvan is het gebruik maken van een delaylocked-loop. Organisaties: • Elektronica en Informatica
Onderzoekers: • MAARTEN KUIJK
Virtuele machines voor veelkernarchitecturen: Ontkoppeling van Abstracte en Concrete gelijktijdigheidsmodellen. Vrije Universiteit Brussel Abstract: We stellen vandaag vast dat om de performantie van microprocessoren te kunnen blijven opdrijven constructeurs overstappen van het opschroeven van de klokfrequentie naar het toevoegen van meerdere kernen per chip. Dit betekent dat deze performantiewinst gekoppeld is aan de ondersteuning binnen alle software, tot de eindgebruikerssoftware toe, van gelijktijdigheid ("concurrency"). Tot op heden is veruit het meest gebruikte programmeermodel voor gelijktijdigheid gebaseerd op draden ("threads") welke op hun beurt gebruik maken van gedeeld geheugen ("shared memory"). De programmeercomplexiteit neemt daarbij echter combinatorisch toe met het aantal draden en gedeelde middelen ("shared resources"). Daarom is dit model slechts in beperkte mate geschikt voor de programmering van veelkernsystemen ("many-core systems"). Het gebruik van meer gedisciplineerde gelijktijdigheidsmodellen die expliciete gedeelde toestand ("shared state") vermijden is de haast enige mogelijke optie om op schaalbare wijze te kunnen omgaan met de inherente complexiteit van gelijktijdige software voor veelkernprocessoren. Een bijkomend probleem is echter dat de concrete veelkernhardware waarop deze modellen afgebeeld moeten worden een grote verscheidenheid vertonen. Er zijn namelijk tal van ontwerpen mogelijk voor het structureren van de kernen en het geheugen, het toepassen van caching, het organiseren van de communicatie tussen de kernen, enz. Het is dus nodig om abstractie te maken van de grote verscheidenheid aan veelkernarchitecturen. Virtuele machines ("VM") kunnen hierbij helpen, net zoals ze succesvol waren bij het abstraheren van de verschillen tussen platformen bij de klassieke hardware met ÈÈn enkele kern. De abstracties die de instructiesets van bestaande VMs voorzien voor veelzijdigheid zijn echter erg beperkt en ze bieden geen afdoende steun voor taalontwerpers. Alvorens een VM de brug kan maken tussen verschillende gelijktijdigheidsmodellen en verschillende veelkernarchitecturen, moeten de gelijktijdigheidsmodellen eerst ontkoppeld worden van de veelkernarchitecturen door middel van een aangepaste instructieset. Het doel van dit project is het ontwikkelen van een methodologie die taalontwerpers toelaat hun abstracte gelijktijdigheidsmodellen af te beelden op een instructieset met expliciete ondersteuning voor gedisciplineerde gelijktijdigheid en die virtuele machine-ontwerpers toelaat deze instructieset af te beelden op huidige en toekomstige veelkernarchitecturen. De instructieset moet geschikte abstracties aanbieden om de verwezenlijking van een breed aanbod van gelijktijdigheidsmodellen mogelijk te maken, zodat het kan gebruikt worden voor taalontwerp. Daarom zal ze ontworpen worden
op basis van een stapsgewijze analyse van de actueel belangrijkste gelijktijdigheidsmodellen zoals daar zijn: actoren ("actors"), transactioneel softwaregeheugen ("transactional software memory") en gedeelde geheugenmodellen met vergrendeling ("locking"). Daarnaast is de afbeelding op een concreet gelijktijdigheidsmodel zoals aangeboden door een specifieke hardware architectuur ook belangrijk. Het eenvoudigste model, maar nog steeds het belangrijkste, is intra-kern communicatie. Dit is het standaard geval voor ÈÈnkernprocessoren zonder hardware gelijktijdigheidsondersteuning. De volgende stap is een gedeeld-geheugenmodel. Dit wordt reeds toegepast in de huidige multikernsystemen en zou ook gebruikt kunnen worden voor beperkte groeperingen van kernen op veelkernsystemen. Voor echte veelkernsystemen is een soort inter-kern ringnetwerk zonder gedeeld geheugen, zoals voorgesteld wordt voor Intel's Larrabee, een heel representatief concreet gelijktijdigheidsmodel. We moeten ten minste deze drie modellen beschouwen om een voldoende representatieve iteratiereeks van afbeeldingen van de instructieset op veelkernarchitecturen te kunnen maken. De resultaten van dit onderzoek zullen ons in staat stellen de abstracte en concrete gelijktijdigheidsmodellen te ontkoppelen door middel van een instructieset met ondersteuning voor gedisciplineerde gelijktijdigheid. Dit onderzoek zal uitgevoerd worden aan het Lab voor Programmeerkunde (PROG) van de Vrije Universiteit Brussel. Dit lab beschikt over diepgaande expertise in twee domeinen (gelijktijdigheidsmodellen en virtuele machines) van dit onderzoek. De gebruikte methodologie is daarbij grotendeels gebaseerd op de constructie van artefacten: voorgestelde oplossingen worden uitgewerkt met behulp van "proof-of-concept" verwezenlijkingen. Voor het derde domein rond veelkernarchitecturen zal het IMEC optreden als partner en zal inzicht geven in de industriÎle vereisten en technologische kennis over veelkernarchitecturen. Het IMEC zal ook daar waar zinvol hardware beschikbaar stellen voor experimenten. Er zullen frequente IMEC-PROG workshops georganiseerd worden om deze samenwerking te bevorderen. Tenslotte zal expertise rond VMs aanwezig op het HPI te Potsdam in Duitsland aangeboord worden via het co-promotorschap van Michael Haupt voor dit onderzoek. Organisaties: • Informatica en Toegepaste Informatica
Onderzoekers: • THEO D'HONDT
De rol van de insuline-achtige groeifactor IGF-I in de bescherming en regeneratie van hersenweefsel na inductie van transiënte focale ischemie. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Cerebrale ischemie is de meest voorkomende oorzaak van invaliditeit bij volwassenen. Hersenbeschadiging door ischemie wordt veroorzaakt door necrose en apoptose van hersencellen, en leidt tot opregulatie van IGF-I expressie in het CZS, maar de maximale concentraties worden pas bereikt na 5 dagen of zelfs enkele weken. Uit de literatuur blijkt dat toediening van de anti-apoptische insulineachtige groeifactor IGF-I tot enkele uren na inductie van cerebrale ischemie in proefdieren leidt tot een aanzienlijke vermindering in celdood en weefselschade. Deze studie onderzoekt de rol van IGF-I in neuroprotectie en regeneratie van neuraal weefsel na inductie van een tijdelijke focale ischemie. Hierbij richten we ons voornamelijk op: 1) Het mechanisme betrokken bij de neuroprotectieve effecten van exogeen IGF-I na inductie van tijdelijke focale ischemie door toediening van endotheline-1. 2) De directe effecten van IGF-I op inflammatoire reacties in het CZS. 3) De rol van lokaal in het CZS geproduceerd IGF-I in overleving van neuronen en regeneratie. Dit zal worden onderzocht in een cel speciefieke knock out muizen voor IGF-I. 4) het therapeutisch potentieel van IGF-I in cerebrale ischemie. Hiertoe zullen we in ratten de effecten van intraveneus toegediend IGF-I vergelijken met de effecten van centraal toegediend IGF-I, en de distributie van IGF-I in de hersenen van deze dieren bepalen na beide toedieningswijzen. Organisaties: • Farmacologie
Onderzoekers: • RON KOOIJMAN
Simulatie van Elektrodevormveranderingen in Elektrochemische Processen beschreven door Multi-Ion Transport en Reactie Modellen. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Simulatie van Elektrodevormveranderingen in Elektrochemische Processen beschreven door Multi-Ion Transport en Reactie Modellen Organisaties: • Elektrotechniek-Energietechniek
Onderzoekers: • PHILIPPE LATAIRE
Fysische verklaring en karakterisatie van ruimtelijke incoherente emissie regimes van halfgeleiderlasers en implementatie in gerichte toepassingen. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Dit project handelt over zowel theoretische als experimentele aspecten van een bepaald type halfgeleider laser: de broad-area verticalcavity surface-emitting laser (BA-VCSEL). Naar aanleiding van de recente ontdekking (2005) binnen de vakgroep TONA van een speciaal nietmodaal emissie regime in dit type lasers, willen we theoretisch en experimenteel werk verrichten om dit fenomeen verder te kwantificeren en te verklaren, en er de toepassingsperspectieven van te onderzoeken. Deze kennis moet ons ook toelaten om eventueel niet-modale emissie te genereren in andere types halfgeleider laser. Een ander belangrijke toepassing van dit onderzoek zou het gebruik van BA-VCSELs zijn voor belichtings- en display toepassingen. Het gebruik van lasers in zulke toepassingen wordt immers bemoeilijkt door een waarneembare korreligheid (speckle) van het geprojecteerde beeld ten gevolge van de coherentie eigenschappen van een laser. Wij willen in dit project aantonen dat deze speckle sterk gereduceerd kan worden in het niet-modale emissie regime van een laser. Dit opent de mogelijkheid om halfgeleiderlasers in tal van nieuwe toepassingen te gebruiken. Organisaties: • Toegepaste Natuurkunde en Fotonica
Onderzoekers: • Guy VERSCHAFFELT • JAN DANCKAERT
Orchestratie in nomadische netwerkapplicaties.
Vrije Universiteit Brussel Abstract: Orchestratie in nomadische netwerkapplicaties. Organisaties: • Informatica en Toegepaste Informatica
Onderzoekers: • VIVIANE JONCKERS
Geneste modellering van de Groenlandse ijskap ter ondersteuning van de datering en interpretatie van de NEEM ijskern (NEEM-B) Vrije Universiteit Brussel Abstract: 1. Achtergrond en belang van het project Sinds de eerste ijskernen geboord werden in de jaren '60 (Camp Century en Byrd) heeft het ijskernonderzoek een cruciale plaats verworven in onze kennis van Laatquartaire klimaatsveranderingen. De actuele stand van dit onderzoek op de Groenlandse ijskap uit zich nog het best in de gedetailleerde ijskernen die geboord werden op Summit (GRIP - Greenland Ice core Project - en GISP2 - Greenland Ice Sheet Project 2) en in NGRIP (NorthGRIP), cf. Dansgaard et al. (1993) en NGRIP project members (2004). De meest spectaculaire bevinding van Groenlandse ijskernen is het besef dat de laatste glaciale periode gekenmerkt werd door plotse en abrupte klimaatsschommelingen op een duizendjarige tijdschaal welke bekend zijn geworden onder de naam Dansgaard-Oeschger events. Het begrijpen van de oorzaken van deze snelle klimaatsschommelingen, en de implicaties daarvan voor het toekomstige klimaat, is één van de centrale onderwerpen in de studie van het klimaat en heeft beduidende implicaties voor het beleid. Desondanks de grote betekenis van bestaande Groenlandse ijskernen lijden zij allen aan hetzelfde euvel: geen van deze ijskernen werpt een klaar licht op het klimaat van het laatste interglaciaal 115000 tot 130000 jaar geleden welke periode ook bekend staat als het Eemiaan. Ijs uit het Eemiaan is aanwezig in de ijskernen die geboord werden op Summit maar is sterk verstoord. Het Eemiaan is onvolledig vanwege te veel basaal smelten in de NGRIP ijskern en is veel te dun voor klimaatstudies in de Camp Century ijskern. Het laatste interglaciaal is nochtans een cruciale periode om de processen van klimaatsverandering beter te begrijpen omdat deze periode een analogie vormt voor de huidige opwarming van de aarde, zij het dat zijn oorzaak ontegensprekelijk van natuurlijke oorsprong is. Klimaatsreeksen uit mariene en terrestrische sedimenten suggereren dat het Eemiaan in Groenland tot 5°C warmer zou geweest zijn dan vandaag. Op die manier kan deze periode ons iets leren over wat er mogelijk op komst is onder de toekomstige klimaatsomstandigheden die geprojecteerd worden. In het bijzonder suggereren een aantal modelstudies dat de Groenlandse ijskap volledig zou verdwijnen onder zulke warmere omstandigheden aan een snelheid die afhangt van de duur en de sterkte van de opwarming (Huybrechts et al., 1991; Huybrechts en de Wolde, 1999; Cuffey en Marshall, 2000; Greve, 2000; Huybrechts, 2002; Gregory et al., 2004; Otto- Bliesner et al., 2006). De nieuwe North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) site (77.5°N, 50.9°W, 2650 m boven zeeniveau) werd geselecteerd op basis van beschikbare data van oppervlaktehoogte, ijsdikte, en ijsradarmetingen als de meest geschikte plaats om een ongestoorde klimaatsreeks te vinden van het Eemiaan en de vorige ijstijd. De NEEM site ligt ongeveer 300 km ten noorden van de NGRIP site langsheen de ijsscheiding in een gebied met een eerder lage accumulatie en een redelijk vlakke bodemtopografie. De ijsdikte werd met een radar vastgesteld op 2542 m. Eerste ruwe inverse modelresultaten geven aan dat het Eemiaan zal kunnen gevonden worden op een diepte tussen 2265 en 2345 m met een gemiddelde jaarlijkse laagdikte van 7 mm, genoeg voor een betekenisvolle klimaatsreconstructie (Buchardt en Dahl-Jensen, 2008). De NEEM klimaatsrecord zal daarom een volledig interglaciaal kunnen afdekken van begin tot einde op een voldoende hoge resolutie in verschillende parameters. Bovendien zal de klimaatsreeks kunnen bevestigen of het inderdaad gevoelig warmer was gedurende deze periode en of er snelle klimaatsveranderingen in zulk een warmer klimaat voorkwamen. Dit moet toelaten een precieser beeld te krijgen van het gedrag van de Groenlandse ijskap in een warmer klimaat. Tevens zullen de gegevens aan het licht brengen of er Dansgaard-Oeschger gebeurtenissen plaatsvonden tijdens de vorige glaciale periode. De bevindingen van de NEEM ijskern zullen ook toelaten om klimaatsvariaties uit het huidige en vorige interglaciaal in verband te brengen met voorspelde scenarios voor de opwarming van de aarde. Een correcte interpretatie van klimaatsreeksen uit ijskernen veronderstelt een gepaste oplossing voor twee fundamentele problemen. Ten eerste is het sleutelprobleem van elke klimaatsreconstructie een accurate datering. Het tweede probleem volgt onmiddellijk uit de dynamica van de ijskap zelf over de gehele periode die afgedekt wordt door de ijskern. Bovenal heeft de oppervlaktehoogte waarop de ijsdeeltjes oorspronkelijk werden afgezet wijzigingen ondergaan als gevolg van veranderingen in de accumulatie, de ijstemperatuur, de ijskapuitbreiding, de horizontale ijsvloei, en mogelijk nog andere factoren (Huybrechts, 2002). Zulke oppervlaktewijzigingen veroorzaken afwijkingen in de temperatuursreeks die uit de ijskern gewonnen wordt. Die afwijkingen zijn niet aan het klimaat gerelateerd en dienen derhalve zo nauwkeurig mogelijk bepaald te worden. Bovendien ligt de NEEM site op de ijsflank langs de as van een zwakhellende rug. Het gevolg daarvan is dat het ijs in de ijskern niet lokaal werd afgezet maar afkomstig is van een plaats stroomopwaarts. Dieper ijs in de kern kwam daarom van een steeds hogere, en dus koudere, plaats op de ijskap. Ook kan men redelijkerwijs veronderstellen dat de Groenlandse ijskap tijdens het Eemiaan een andere geometrie vertoonde dan de huidige. Op basis van momenteel beschikbare modelberekeningen van de Groenlandse ijskap (bv. Cuffey en Marshall, 2000) is het onwaarschijnlijk dat de huidige geometrie en oppervlaktehoogte van toppen en ijsscheidingen bewaard is gebleven tijdens het Eemiaan. Deze beperkingen bemoeilijken de interpretatie van de ijskern. Dit vraagt om ijsdynamische modellering uitgaande van geofysische waarnemingen zowel van de ijskern zelf als van zijn omgeving. 2. Methodologie Onze benadering om de chronologie en de niet klimaatsgebonden temperatuursafwijkingen te bepalen bestaat erin om de geschiedenis van de ijskap en de ijsstroming te reconstrueren over ten minste de gehele tijdsspanne die door de ijskern wordt afgedekt. Deze procedure wordt uitgevoerd over het gehele gebied waar de ijsdeeltjes uit de NEEM ijskern worden verondersteld afgezet geweest te zijn. Wij zullen daarom een hoge-resolutie hogere-orde ijsvloeimodel voor het NEEM gebied nesten in een veelomvattend driedimensionaal thermomechanisch stromingsmodel van de gehele Groenlandse ijskap. Het gereconstrueerde hoge-resolutie driedimensionale snelheidsveld van een voorwaarts experiment met het geneste model zal daarom gebruikt worden in een Lagrangiaans achterwaarts opsporingsalgorithme om de trajectories van de ijsdeeltjes te achterhalen vanaf de plaats en het tijdstip van afzetting. Deze informatie kan onmiddellijk in verband gebracht worden met een hele reeks spatio-temporele parameters die nodig zijn voor een correcte interpretatie van de ijskern. De procedure levert onmiddellijk de diepte-ouderdom verdeling, de oppervlakteomstandigheden tijdens de afzetting van de ijsdeeltjes, alsmede een hele reeks relevante parameters zoals de initiële jaarlijkse laagdikte. De procedure is in staat om volledig rekening te houden met tijdsafhankelijke veranderingen in zulke cruciale parameters als de ijsdikte, richting van de ijsvloei, vloeisnelheid, accumulatie, en basaal smelten. De grootschalige component van het geneste model is een bestaand veelomvattend Groenlands ijsstromingsmodel (Huybrechts en de Wolde, 1999; Huybrechts, 2002). Dit model zal gedraaid worden op een horizontale resolutie van 20 km (mogelijk 10 km) met 30 lagen in de verticale en 9 lagen in de bodem voor de berekening van de warmtegeleiding in de aardkorst. Dit model bevat componenten die de stroming van gegrond ijs en basaal glijden beschrijven volgens de gangbare vereenvoudigingen in de 'shallow-ice' benadering, alsmede de reactie van de vaste aarde en de massabalans op het contactoppervlak tussen ijs en atmosfeer. De belangrijkste inputs van het model zijn het oppervlakteklimaat (massabalans en oppervlaktetemperatuur), de geothermische warmteflux en de zeespiegelstand die de kustlijn en de waterdiepte rond het continent bepaalt. Het smelt- en afstromingsmodel is gebaseerd op de positive-degree-day methode, en houdt rekening met processen die smeltwater vasthouden in de sneeuwlaag en met herbevriezing van smeltwater (Janssens and Huybrechts, 2000; Hanna et al., 2005). In dit project zal het grootschalige model verder verfijnd worden door de laatste gegevens in de datasets te verwerken voor oppervlaktehoogte, ijsdikte, bodemtopografie en neerslag. Gezien het belang van basaal smelten voor het vinden van oud ijs, wat grotendeels afhangt van de geothermische warmteflux, zal getracht worden om verschillende ruimtelijke verdelingen voor deze parameter in de berekeningen te betrekken in plaats van uit te gaan van een constante waarde (Huybrechts, 1996; Shapiro en Ritzwoller, 2004; Greve, 2005). De huidige versie van het grootschalige Groenlandmodel gaat uit van een Euleriaanse beschrijving om een eerste schatting te maken van de ouderdoms- en isotopenverdeling in het ijs (Huybrechts, 1994). Zuivere Lagrangiaanse benaderingen werden ontwikkeld en uitgetest in eerder werk (Rybak en Huybrechts, 2003) maar vertonen gekende gebreken vanwege de spreiding van de tracers in het bijzonder dicht bij de bodem. Binnen dit project zullen we de tracer module verder verbeteren door over te gaan op een semi-Lagrangiaanse benadering (Clarke en Marshall, 2002; Clarke et al., 2005). Het fijnschalige model is gebaseerd op de hogere-orde code van Pattyn (2003). Dit model omvat zowel longitudinale als transversale gradiënten in het krachtenevenwicht. Deze bijkomende termen verbeteren de snelheidsoplossing op ijsscheidingen, in de omgeving van de ijsrand
en in gebieden met uitgesproken reliëf of hoge snelheidsgradiënten. Deze termen zijn ook vereist voor een meer realistische oplossing op numerieke roosters met een horizontale resolutie van de orde van de ijsdikte. In dit project zullen we voortbouwen op een verder ontwikkelde versie van deze code op basis van een staggered-grid benadering van het numerieke schema om gekende convergentieproblemen onder bepaalde omstandigheden te omzeilen (Bert De Smedt en Oleg Rybak, persoonlijke mededeling). Het lokale ijsstromingsmodel zal geïmplementeerd worden op een horizontale resolutie van 2 km of minder met 100 lagen in de verticale. In eerste instantie zullen experimenten uitgevoerd worden met een voor de hand liggend koppelingssschema in de neerwaartse richting tussen het grootschalige en fijnschalige model. De uitwisseling van informatie tussen beide modellen zal vooreerst volgens de anomaliemethode plaatsgrijpen (Huybrechts et al., 2007). Niettegenstaande zijn verdere ontwikkelingen gepland met tweezijdige koppelingsschema's waarin de snelheidsoplossing in het lokale hoge-resolutie model kan terugkoppelen op de grootschalige ijsstroming. Naast de chronologie en de niet klimaatsgebonden temperatuursafwijkingen van de NEEM ijskern zal het geneste model ook de gepaste variabelen berekenen om het vervormingsgregime op verschillende diepten en op verschillende plaatsen in de Groenlandse ijskap te karakteriseren. Zoals het geval was in andere studies (Marshall en Cuffey, 2000) zal dit toelaten om de risico's van verstoringen in de ijsstroming en eventuele onderbrekingen in de ijskern beter in te schatten. Vooral in de lagen dicht bij de bodem kunnen zulke verstoringen ontstaan door migratie van de ijsscheiding en de daarbij horende veranderingen van het vloeiregime. De tijdsafhankelijke modellering zal voortdurend worden verfijnd in functie van de beschikbaarheid van nieuwe meetgegevens van de boring zelf en van het omliggende gebied. Fijnschalige radarprofielen zowel vanuit de lucht als van op het ijsoppervlak zijn reeds beschikbaar voor de NEEM site. Deze gegevens zullen verder verwerkt worden om reconstructies van de bodemtopografie en de interne gelaagdheid te verbeteren zowel rond het boorgat als langsheen de vloeilijn tussen NEEM en NGRIP. Het semi-permanente NEEM kamp werd reeds geïnstalleerd gedurende de zomer van 2007. Daarenboven voerde het Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meersforschung (AWI) een oppervlaktetraverse uit tussen NGRIP en NEEM langsheen de ijsscheiding om met Ground Penetrating Radar (GPR) interne reflectors te karteren tot op een diepte van 40 m. Deze zullen dienen om de accumulatie in het gebied beter te evalueren. Het AWI team zette onderweg ook GPS balisen uit om oppervlaktehoogten en stroomsnelheden te meten, en boorde verschillende ondiepe boorkernen tot een diepte van ongeveer 70 m aangevuld met metingen in sneeuwkuilen. Tenslotte zullen we het 3-D thermomechanische stromingsmodel van de Groenlandse ijskap opnieuw laten lopen over de laatste twee glaciale cycli om de evolutie van de gehele ijskap en de implicaties voor het globale zeeniveau terug te evalueren. Deze experimenten zullen gebruik maken van verbeterde klimaatsforceringen van de NEEM ijskern zelf en zullen tevens gebruik kunnen maken van verbeterde schattingen van de geothermische warmteflux en van het verband tussen accumulatie en temperatuursverandering zoals afgeleid uit de veldwaarnemingen. Er kan verwacht worden dat deze experimenten meer klaarheid zullen scheppen in de cruciale vragen over het lot en de stabiliteit van de Groenlandse ijskap gedurende het Eemiaan en tijdens de snelle klimaatsveranderingen gedurende de glaciale perioden. Organisaties: • Geografie
Onderzoekers: • PHILIPPE HUYBRECHTS
Geavanceerde kwantitatieve tomografische beeldreconstructie. Vrije Universiteit Brussel Abstract: Het doel van dit project is het ontwikkelen van geavanceerde technieken voor efficiënte kwantitatieve 3D microgolf beeldverwerking. Organisaties: • Elektronica en Informatica
Onderzoekers: • JAN CORNELIS
SAFE-IS: Software Abstracties voor event-Intensieve Systemen. Vrije Universiteit Brussel Abstract: DOELSTELLINGEN EN VERWACHTTE RESULTATEN In het domein van gedistribueerde systemen worden programmeertalen en middleware al te vaak aanzien als concurrerende methoden voor het oplossen van gelijkaardige problemen. SAFE-IS veronderstelt dat een eenzijdige aanpak op basis van slechts één van deze methoden ontoerijkend is voor het oplossen van de bovenvermelde problemen. Enerzijds wordt het bijzonder moeilijk om de vluchtigheid en schaalgrootte van de geproduceerde informatie te vatten in middleware bovenop een klassiek thread-gebaseerd computationeel model. Anderzijds stellen we dat de eigenschappen van de onderliggende technologie te divers zijn om deze te abstraheren in een voorgedefiniëerde programmeertaal. SAFE-IS gaat daarom uit van een geïntegreerde aanpak waarin een innovatieve, zgn. "open" programmeertaal ingebed wordt in een reeds bestaande programmeertaal, dewelke uitgebreid wordt met een middleware-laag. Zowel de open programmeertaal als de middleware worden ondersteund door de nodige implementatie-technologie. Onderstaande figuur illustreert onze methodologie: L1 wordt een nieuwe programmeertaal specifiek ontworpen voor het omgaan met grote aantallen events in een vluchtige netwerkomgeving. L2 is een klassiek platform (bvb. Java) waarin zowel de implementatietechnologie van L1 als een nieuwe middlewareabstractielaag zullen geïmplementeerd worden. Het feit dat zowel L1 als de middleware bovenop L2 worden gebouwd laat toe om L1 in te bedden in L2 (zulke inbedding wordt ook wel "taalsymbiose" genoemd). Dit laat toe dat entiteiten in de taal L1 kunnen communiceren met de middleware geschreven in taal L2. Deze opstelling brengt ons bij de drie objectieven van SAFE-IS. Het is ons doel: * een reeks linguïstische abstracties te ontwerpen welke toelaten om grote vluchtige "wolken" van events voor te stellen en te manipuleren op een atomaire manier. We veronderstellen dat er operatoren kunnen worden gedefinieerd die op de wolk als geheel inwerken, gelijkaardig aan operatoren in arrayprogrammeertalen. Redeneren in termen van zulke "wolken" laat toe abstractie te maken over de continue veranderingen die optreden in deze verzamelingen omwille van de mobiliteit van Things. * een middleware-laag te bouwen die een grootschalig aantal events kan routeren, verzamelen en afleveren en dit in de context van mobiele Things met variërende semantische en spatio-temporele eigenschappen. De integratie tussen hoog-niveau taal en middleware wordt verzekerd door deze hoogniveau taal in te bedden in de implementatietaal van de middleware. * implementatietechnologie te ontwikkelen om zowel programmeertaal als middleware te ondersteunen. Ten eerste is er nood aan technologie die de software causaal verbindt met de fysieke wereld van verschijnende, verdwijnende en opnieuw verschijnende Things. Ten tweede willen we samengestelde events voorstellen aan de hand van automaten om wolken van events te kunnen omzetten naar reguliere verzamelingen zodat deze op een klassieke wijze kunnen verwerkt worden door sequentiële applicaties. ONDERZOEKSVRAGEN De drie bovenvermelde doelstellingen werpen elk een aantal cruciale vragen op: In de programmeertaal-abstractielaag: * Welke abstracties zijn geschikt voor het voorstellen en manipuleren van grote vluchtige wolken van Things en events? Bijvoorbeeld, hoe kan een applicatie die de gebruiker assisteert bij het winkelen alle producten voorstellen die geëtaleerd staan op nabije rekken? De programmeur zou hierbij niet moeten redeneren in termen van het individueel verschijnen en verdwijnen van Things. * Welke operatoren kunnen toegepast worden op zulke wolken? Hierbij kunnen we inspiratie vinden in array- en stream-gebaseerde programmeertalen waar programma's op arrays/streams in hun geheel werken eerder dan op hun individuele elementen. De uitdaging ligt hem in het verzoenen van deze traditionele operatoren met de vluchtigheid van de wolken waar zij nu op moeten opereren. In de middlewareabstractielaag: * Asynchroon communicerende Things vereisen een gedistribueerde event-coördinatieinfrastructuur die events kan routeren, filteren en afleveren. De vraag is hoe deze Things-events op een declaratieve manier geannoteerd kunnen worden met context-informatie zodanig dat ze op een correcte manier geïnterpreteerd kunnen worden door de applicaties die hen verwerken. * De event-coördinatieinfrastructuur moet events afleveren over vluchtige, wegvallende netwerkverbindingen. Hoe kan event-resolutie in zulke zelf-organiserende ad hoc netwerken ondersteund worden zodanig dat opstoppingen voor zgn. "time-critical" eventstromen vermeden kunnen worden? In de implementatielaag: * Complexiteit kan worden beheerst dankzij compositie en abstractie. In event-gebaseerde systemen wordt dit gerealiseerd door het definiëren en benoemen van samengestelde events. Het blijft echter een open vraag hoe het detecteren van samengestelde events dient te gebeuren in een context waarin events op een enorme schaal worden geproduceerd, en dit door Things die (tijdelijk) kunnen verdwijnen. * Hoe kunnen we technieken gebaseerd op automaten -- die reageren op elementaire events en een samengesteld event afvuren in hun eind-toestand -- laten
schalen naar de schaalgrootte en vluchtigheid die het Internet of Things karakteriseren? Organisaties: • Informatica en Toegepaste Informatica
Onderzoekers: • WOLFGANG DE MEUTER
Koolstof cycling vanuit een stroombekken perspectief: een geïntegreerde benadering van terrestrische en aquatische links in het Tana River stroombekken (Kenia). Vrije Universiteit Brussel Abstract: CONTEXT Menselijke activiteiten hebben geleid tot een snelle toename in atmosferisch CO2 gedurende de voorbije eeuw, met een vergaande impact op de maatschappij, en met een verdere toename in het vooruitzicht. Het vaststellen van de rol van terrestrische en aquatische systemen als 'sources' of 'sinks' van CO2 is hierdoor een onderzoeksdomein met hoge prioriteit [1]. Een aantal componenten in de globale koolstof (C) cyclus zijn echter niet goed gekend. Eén zo'n 'blinde vlek' is de rol van zoetwatersystemen, die de interface vormen tussen terrestrische en mariene ecosystemen. Een recente datacompilatie suggereert een substantiële transfer van ~2 Pg C y-1 vanuit het terrestrische milieu naar zoetwatersystemen, maar slechts de helft hiervan zou de oceaan bereiken [2]. Een grote hoeveelheid terrestrisch C wordt dus in zoetwatersystemen verwerkt, en deze vormen dan ook een netto bron van CO2 naar de atmosfeer (~de helft van de oceanische CO2 sink, [3]). Deze schattingen zetten het belang van zoetwatersystemen in de verf als biogeochemische 'hotspots' aan de terrestrischoceanische interface, gekenmerkt door hoge process rates [4]. Zoals Masielo [2007, ref. 5] aangeeft, vereist het beter kwantificeren van globale C budgetten een grondiger begrijpen van de link tussen bodems en stroombekken karakteristieken aan de terrestrische zijde, van het transport van deeltjes en organisch materiaal in rivieren, en van de export en burial van C in de oceaan. De reactieve interface tussen terrestrische en mariene systemen komt dus naar voor als een belangrijk domein voor verder onderzoek. Hier stellen we een geïntegreerde aanpak voor om C processing te onderzoeken in een tropisch stroombekken dat zich hiertoe uitstekend leent (Tana River, Kenia), met een combinatie van data collectie en modellering. Studies van C transformaties op stroombekken-schaal zijn schaars, en op enkele uitzonderingen na is onze kennis hierrond gebaseerd op data uit één enkel stroombekken, de Amazone [bvb. 6-7]. Gezien de schaarste aan data omtrent terrestrisch-aquatische links en het ontbreken van een mechanistisch begrip van processing en lot van organisch materiaal in rivieren, is het onzeker in welke mate de bestaande data kunnen geëxtrapoleerd worden. Richey et al. [2002, ref. 8], bijvoorbeeld, schatten dat CO2 efflux uit rivieren en wetlands in het centrale Amazonebekken oploopt tot ten minste 0.5 Gt C y-1. Dit is een grootte-orde hoger dan de hoeveelheid organisch C dat door de rivier bij de monding naar de oceaan stroomt, en vormt dus een belangrijke component in het C budget van het Amazonesysteem [9]. Recente data uit andere grote rivierbekkens geven echter aan dat dit geen universeel patroon is, bvb. in het Ganges-Brahmaputra bekken [10]. Het begrijpen van terrestrisch-aquatische links is fundamenteel voor een beter inzicht in huidige en toekomstige veranderingen in landgebruik. Studies over C tranfer en processing op stroombekken-schaal zijn niet alleen cruciaal vanuit het perspectief van de globale C cyclus [cfr. 11], maar hebben ook belangrijke lokale en regionale implicaties. Specifiek voor het Tana stroombekken, zorgt de intensieve ontbossing in hogere regio's voor een hoge input aan sedimentmateriaal in het riviersysteem. De stijgende vraag naar energie en water (bvb. voor bestaande en voorziene irrigatieschema's) heeft geleid tot de aanleg van een aantal hydroelectrische reservoirs. Deze menselijke impact heeft ongetwijfeld een impact op de C en nutriëntendynamiek van de stroom, en kan belangrijke cascade-effecten hebben op het functioneren van stroomafwaarts gelegen ecosystemen [bvb., 12]. Organisch materiaal in aquatische systemen kan zijn origine hebben in zowel oude terrestrische C reservoirs (bodems of verwering van gesteenten), recente terrestrische- of oevervegetatie, of in-situ (autochtone) aquatische productie. Deze worden gekenmerkt door verschillende reactiviteit, wat leidt tot preferentiële afbraak, stockage in sedimenten of verder transport naar de kustzone [6, 13]. Om deze complexe interacties te ontwarren, combineert dit voorstel twee complementaire types expertise: state-of-the-art isotopen analysetechnieken en geïntegreerde modellering van reactief transport. De analytische technieken spitsen zich toe op specifieke proxies die de origine en processing van verschillende bronnen van organisch materiaal in het Tana stroombekken traceren. De opkomst van nieuwe technieken gebaseerd op de isotopensignatuur van specifieke microbiële groepen (op bepaalde biomerkers) en opgelost organisch C (DOC) maken het nu mogelijk om complexe C pathways op verschillende schalen te ontcijferen [bvb., 14-15]. Ook wat betreft modellering werden krachtige biogeochemische modelleringstools ontwikkeld die het verwerken van organisch materiaal in sedimenten en aquatische milieu's simuleren [16-17]. Tot nog toe maken deze modellen echter geen onderscheid tussen isotopen (m.a.w. zijn niet bron-specifiek). In dit voorstel zullen we de modelformulaties uitbreiden om de omvangrijke dataset aan proxies te integreren, om zo te komen tot een kwantitatief beeld van processing van organisch materiaal in het Tana River stroombekken. De combinatie van state-of-the-art isotopentechnieken met reactief transport modellering is vernieuwend, en vormt een originele benadering voor het bestuderen van C cycli in het natuurlijk milieu. DOELSTELLINGEN Het algemene doel van dit voorstel is het uitbreiden van onze kennis over het biogeochemisch functioneren van tropische aquatische systemen, en het nader bekijken van de link met het terrestrisch milieu. De volgende doelstellingen worden vooropgesteld: (i) de impact onderzoeken van landgebruik, vegetatiepatronen, en bodemeigenschappen in het stroombekken op de origine en biogeochemische processing van organisch materiaal in tropische aquatische systemen; (ii) bijdragen tot een beter begrip van de metabole balans en CO2 sink/source sterkte van tropische rivieren, en dit te relateren aan laterale inputs vanuit het terrestrische milieu; (iii) het toepassen van 13C en 15N aanrijkingsexperimenten als een innovatieve benadering om de organisch-minerale associatie (en dus, preservatie) van organisch materiaal langsheen het land-oceaan continuum te onderzoeken; (iv) het potentieel achterhalen van reactief transport modellering om de oorsprong, transport en lot van suspensiemateriaal, particulair en opgelost organisch C langsheen de loop van een tropisch rivierennetwerk te beschrijven. Organisaties: • Scheikunde
Onderzoekers: • Filip MEYSMAN • FRANK DEHAIRS
VERLENGING: Wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap (WOG) : Machine learning technieken voor datamining en hun toepassingen. Vrije Universiteit Brussel Abstract: VERLENGING: Wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap (WOG) : Machine learning technieken voor datamining en hun toepassingen. Organisaties: • Informatica en Toegepaste Informatica
Onderzoekers: • Bernard MANDERICK
