Výzkumné aktivity
Úvodní slovo
Katedra fyziky Fakulty stavební ČVUT v Praze je úspěšným řešitelem mnoha projektů jak základního tak i aplikovaného výzkumu. Vědeckovýzkumná práce katedry se soustřeďuje na oblasti materiálového inženýrství a měřících metod ve stavebnictví.
Katedry fyziky při výzkumu úzce spolupracuje s několika ústavy Akademie věd ČR a s dalšími českými i zahraničními výzkumnými institucemi a firmami. Katedra fyziky je v současné době řešitelem nebo spoluřešitelem několika vědeckovýzkumných projektů podpořených Grantovou agenturou ČR, Technologickou agenturou ČR a Evropskou komisí.
Členové katedry pravidelně publikují v uznávaných mezinárodních časopisech, účastní se prestižních mezinárodních konferencí a hostují na významných zahraničních univerzitách.
Oblasti výzkumu
Automated solutions for sustainable and circular construction and demolition waste management (RECONMATIC)
Poskytovatel dotace a program: EU, Horizon Europe
Hlavní řešitel za ČVUT: doc. Ing. Jan Valentin, Ph.D., Katedra silničních staveb, FSv ČVUT v Praze (koordinátor projektu)
Doba řešení projektu: 2022-2026
Popis projektu: Projekt se zabývá problematikou stavebního a demoličního odpadu (SDO), který představuje významnou zátěž pro životní prostředí. Cílem je vyvinout a implementovat inovativní řešení pro efektivnější nakládání s tímto odpadem v rámci celého životního cyklu staveb. Projekt se zaměřuje na automatizaci a digitalizaci procesů spojených s SDO, od jeho vzniku přes třídění a zpracování až po opětovné využití v nových produktech. Důraz je kladen na minimalizaci produkce odpadu, maximalizaci recyklace a podporu oběhového hospodářství ve stavebnictví, s vizí dosažení nulové produkce odpadu do roku 2050. Projekt zahrnuje vývoj digitálních nástrojů pro sledování a správu SDO, automatizovaná řešení pro dekonstrukci a třídění, a také mezioborové strategie pro efektivní využití zdrojů. Katedra fyziky se v projektu podílí vedením pracovního balíčku zaměřeného na automatizované řízení a zpracování SDO mimo staveniště a současně se angažuje v automatizaci převodu mračen bodů do formátu BIM.
Microbiologically induced calcite precipitation for production of carbon-negative building materials from recycled concrete
Poskytovatel dotace a program: Grantová agentura ČR (GA ČR), Standardní projekty
Hlavní řešitel za ČVUT: doc. Ing. Václav Nežerka, Ph.D.
Doba řešení projektu: 2022-2024
Popis projektu: Projekt se zabývá využitím mikrobiologicky indukované precipitace kalcitu (MICP) pro výrobu uhlíkově negativních stavebních materiálů z recyklovaného betonového kameniva (RCF). Cílem je nahradit Portlandský cement, jehož výroba má značnou uhlíkovou stopu, a tím přispět k udržitelnějšímu stavebnictví. Projekt zkoumá vliv různých bakterií na proces MICP v suspenzích RCF, detailně analyzuje mikrostrukturu vzniklých konglomerátů pomocí mikroskopie a nanoindentace, a vyvíjí matematické modely pro popis jejich vlastností. Konečným cílem je vytvořit funkční prototyp uhlíkově negativní stavební tvárnice z RCF s pevností srovnatelnou s běžně používaným pórobetonem. Projekt zahrnuje studium růstu bakterií a rychlosti MICP, charakterizaci mikrostruktury a mechanických vlastností vzorků, makroskopické testování pevnosti a tuhosti a formulaci a validaci mikromechanického modelu.
Harnessing facultative anaerobes for upcycling finest fractions from crushed waste concrete
Poskytovatel dotace a program: Grantová agentura ČR (GA ČR), Standardní projekty
Hlavní řešitel za ČVUT: doc. Ing. Václav Nežerka, Ph.D.
Doba řešení projektu: 2025-2027
Popis projektu: Navrhovaný výzkumný projekt řeší inovativní metodiku recyklace odpadních betonových jemných frakcí (WCF) pomocí mikrobiálně indukovaného srážení kalcitu (MICP) s využitím fakultativně anaerobních bakterií. Tento nový, dosud neprozkoumaný, přístup slibuje přeměnu WCF na stavební materiály a potenciální sekvestraci CO2. Náš projekt se soustředí na tři hlavní cíle: (i) optimalizaci mikrobiálních metabolických procesů, zpracování WCF a integraci výztuže z přírodních vláken, (ii) provedení komplexní charakterizace a mechanického testování biocementovaných konglomerátů za účelem posouzení jejich strukturální integrity, chemického složení a mechanických vlastností a (iii) detailní posouzení dopadu na životní prostředí prostřednictvím analýzy životního cyklu. Důležitou součástí je izolace unikátních fakultativně anaerobních bakteriálních kmenů z krasových jeskyní, které jsou známé svými mikrobiálními společenstvy a významným potenciálem vytvářet kalcitové formace.
Využití obrazové analýzy a umělé inteligence pro vyhodnocení zkoušky přilnavosti asfaltu ke kamenivu
Poskytovatel dotace a program: Technologická agentura ČR (TA ČR), Doprava 2030
Hlavní řešitel za ČVUT: doc. Ing. Václav Nežerka, Ph.D.
Doba řešení projektu: 2025-2026
Popis projektu: Cílem projektu je vyvinout webovou aplikaci pro vyhodnocení zkoušky přilnavosti asfaltu ke kamenivu. Aplikace má nahradit vizuální hodnocení, které bývá nepřesné, subjektivní a manipulovatelné. Aplikace bude poskytnuta zdarma, ale zároveň bude její použití ze strany Ředitelství silnic a dálnic s.p. vyžadováno od všech dodavatelů. Tím se zajistí správné a konzistentní vyhodnocování zkoušky, což povede k vyšší kvalitě a trvanlivosti vozovek. Aplikace bude vyvíjena ve dvou etapách: (i) řešení s manuálním nastavenm parametrů segmentace a uložením výsledků do databáze; (ii) zapojení modelů strojového učení (YOLO, U-net a R-CNN) a přechod na plně automatizované vyhodnocování. Cílem je současně zpracovat metodickou příručku, která bude použita pro aktualizaci normy ČSN 73 6161.
Valorizace recyklovaného kameniva ze stavebního a demoličního odpadu pomocí třídící linky využívající pokročilé algoritmy strojového učení
Poskytovatel dotace a program: Grantová agentura ČR (GA ČR), Standardní projekty
Hlavní řešitel za ČVUT: doc. Ing. Václav Nežerka, Ph.D.
Doba řešení projektu: 2025-2027
Popis projektu: Projekt se zaměřuje na výzkum, vývoj a implementaci strojového učení při vývoji třídicí linky pro recyklaci směsných minerálních materiálů ze stavebního a demoličního odpadu (SDO). Hlavním cílem je sběr dat, výzkum a vývoj pokročilých algoritmů, které umožní efektivní třídění minerálního SDO na recyklované kamenivo různé kvality dle evropských harmonizovaných norem (např. EN 12620) a to na základě druhu, kvality a míry znečištění. Využíváním této linky přímo na místě stavby i v recyklačním středisku dojde k výraznému zhodnocení odpadu, snížení množství skládkovaného materiálu, nahrazení primárních surovin kvalitními recykláty a tím snížení emisí CO2 i ochrany přírodních zdrojů. Projekt přispěje ke zvyšování konkurenceschopnosti zapojených firem a zhodnocení know-how výzkumné organizace.
Centre of Advanced Electron and Photonic Optics
Poskytovatel dotace a program: Technologická agentura ČR (GA ČR)
Hlavní řešitel za ČVUT:
Ing. Petr Tichý, Ph.D., prof. Ing. Jiří Novák, Ph.D.
Doba řešení projektu: 2023-2028
Popis projektu: Projekt Centra pokročilé elektronové a fotonové optiky sdružuje klíčové akademické a průmyslové hráče v ČR, kteří se zabývají výzkumem v oblasti elektronových, fotonových a kvantových technologií. Aktivity CAEPO posíluje excelenci výzkumu, aplikační relevanci akademických partnerů a transfer znalostí směrem k průmyslovým partnerům zaměřeným na elektronovou a světelnou mikroskopii a spektroskopii, pokročilé lasery a jejich aplikace, optovláknové senzory a sondy, mikro a nanostrukturované povrchy a optické prvky, ultrasenzitivní detekci na hranici fyzikálních principů, ultrapřesnou výrobní metrologii a vývoj sofistikovaných prvků a systémů. Pracoviště katedry fyziky FSv ČVUT je zapojeno do aktivit centra v oblasti pokročilých konstrukčních principů opto-mechanických soustav z hlediska optického designu a metrologie zobrazovací kvality.
Inaktivace růstu plísní na površích stavebních materiálů pomocí nízkoteplotního atmosférického plazmatu
Poskytovatel dotace a program: Grantová agentura ČR (GA ČR), Standardní projekty
Hlavní řešitel za ČVUT: prof. RNDr. Pavel Demo, CSc.
Doba řešení projektu: 2022-2024
Popis projektu: Růst plísní v budovách představuje problém jak z hlediska vlivu na zdraví osob, tak i z hlediska porušování materiálů. V některých případech (např. v historických budovách) může docházet ke zvyšovaní vlhkosti s následným překotným růstem plísní, vedoucí k nevratnému poškození historického dědictví. Nízkoteplotní atmosférické plazma je známo svými mikrobicidními účinky a představuje možnou alternativu i pro inaktivaci růstu plísní na površích stavebních materiálů bez dalších nežádoucích účinků. Předmět tohoto projektu souvisí se studiem růstu plísní v laboratorních podmínkách na površích stavebních materiálů, jejich inaktivace pomocí plazmatu a paralelní modelování tohoto procesu ústící ve vytvoření prediktivního modelu pro jednotlivé druhy plísní a materiálů. Funkční metodika (publikovaná např. v Scientific Reports, součástí portfolia časopisu Nature) má široké spektrum aplikability i mimo stavitelství a architekturu (medicína – dezinfekce nástrojů, potravinářský průmysl – ochrana potravin, atd.).
Robotika a pokročilá průmyslová výroba (ROBOPROX)
Poskytovatel dotace a program: MŠMT, Operační program Jan Amos Komenský
Hlavní řešitel za ČVUT: prof. Dr. Ing. Zdeněk Hanzálek, Czech Institute of Informatics, Robotics, and Cybernetics
Doba řešení projektu: 2023-2028
Popis projektu: Projekt se zaměřuje na rozvoj špičkového výzkumu v oblasti robotiky a průmyslové výroby prostřednictvím interdisciplinárního přístupu, mezinárodní spolupráce a využití nejmodernějších technologií. Cílem je podpora excelentního výzkumu a inovací, které umožní transformaci průmyslové výroby směrem k větší flexibilitě, efektivitě a udržitelnosti. Členové katedry se podílejí na jednom z pracovních balíčků projektu, který se zaměřuje na počítačově podporovaný návrh, simulaci a výrobu modulárních materiálů. Součástí balíčku je i automatizovaná rekonstrukce stavebních objektů z mračen bodů a jejich převod do informačních modelů budov (BIM) s využitím pokročilých algoritmů a umělé inteligence.
