Hackathon 1.0 – projekty

Projekty z I edycji Hackathonu FUW

1. Rate-equation solver – Zadanie polega na stworzeniu programu numerycznie rozwiązującego zagadnienie czasowej ewolucji obsadzeń poziomów energetycznych w układzie o dowolnej liczbie poziomów, wyposażonego w GUI pozwalające na narysowanie schematu układu (poziomów, źródeł i pochłaniaczy) i podanie ich parametrów (energię poziomu, moc i energię źródeł) oraz wskazanie prawdopodobieństw przejść między poziomami. Problem jest związany między innymi ze spektroskopią optyczną (diagramy Jabłońskiego, lasery, fotoluminescencja) i chemią (reakcje chemiczna biegnące przez kilka poziomów).
   Dodatkowe informacje: https://www.rp-photonics.com/rate_equation_modeling.html

2. Optyka geometryczna – Zadanie polega na stworzeniu programu z interfejsem graficznym, który umożliwi łatwe tworzenie poglądowych ilustracji dotyczących optyki geometrycznej. Użytkownik powinien móc narysować elementy dyspersyjne i przypisać im współczynniki załamania oraz wskazać kierunek padania wiązki równoległych promieni. Następnie program powinien przewidzieć, w jaki sposób promienie przechodzą przez stworzone obiekty i zwrócić ilustrację przedstawiającą układ. Załączona ilustracja, prezentuje kolejne etapy działania programu. Opcjonalnie zadanie można zrealizować tworząc plug-in do programu InkScape.

3. Tracking quantum vortices – The goal is to develop an improved, more robust procedure to find and track the strongest vortices over several frames without having to change any parameters by hand. This could be achieved by researching and applying standard vortex or edge finding algorithms, or, if the participants prefer, through less standard, newer techniques such as machine learning. Test data and Python plot code will/can be provided. Additionally, this procedure could be integrated with our measurement software. The picture below presents a sample frame from the experiment.

4. Optymalizacja układu MUPASS – Metoda zwana spektroskopią wieloprzejściową (MUPASS – Multipass Spectroscopy) wykorzystuje wydłużenie drogi światła w próbce. Stosuje się w niej komórkę zaopatrzoną w dwa precyzyjnie ustawione zwierciadła. Wiązka światła, wprowadzona przez otwór w jednym lustrze, odbija się między zwierciadłami (od kilkudziesięciu do kilkuset razy), ulegając tym samym wielokrotnemu przejściu przez próbkę. Uzyskuje się efektywnie drogi wiązki sięgające dziesiątek lub nawet setek metrów. Zadanie polega na optymalizacji komórki do spektroskopii wieloprzejściowej (rysunek) w taki sposób, aby stosunek drogi wiązki lasera do objętości komórki był największy. Parametrami, które należy modyfikować są: promienie krzywizny zwierciadeł R1 i R2, odległość między zwierciadłami D, położenie otworu w zwierciadle Y, kąty wejścia i wyjścia α, β.Należy uwzględnić rozbieżność wiązki lasera.

5. Parametryzacja modelu kroplowego – Zadaniem uczestników będzie przeprowadzenie dopasowania parametrów modelu kroplowego (stosowanego w fizyce jądrowej między innymi do wyznaczania energii wiązania) do najnowszych danych eksperymentalnych. Wymaga to po pierwsze wczytania bazy danych eksperymentalnych, po drugie przeprowadzenia dopasowania. W zadaniu dodatkowo należy zmierzyć się z poprawką dotyczącą pewnej szczególnej grupy jąder (magicznych), które charakteryzują się największym odchyleniem i to one w dużej mierze decydują o parametrach. W celu sprawdzenia jakości przewidywań dla nowo odkrytych jąder, można wyprowadzić parametry modelu korzystając z danych sprzed 10 lat i porównać wyniki. Można wreszcie zabawić się w poprawienie modelu kroplowego lub wymyślenie zupełnie innego fenomenologicznego modelu globalnego.

6. LGC (Large Glider Collider) – Celem zadania jest stworzenie LGC (Large Glider Collider), czyli narzędzia, w którym można przeprowadzać zderzenia gliderów — samoreplikujących się obiektów pojawiających się w automatach komórkowych. W ramach zadania należy stworzyć narzędzia do symulacji automatów komórkowych i detektor gliderów. Następnie uczestnicy przeprowadzą serię zderzeń w celu zbadania produktów reakcji. Szczególnie ważne jest ustalenie, czy wśród produktów nie pojawią się nowy, nieznane wcześniej glidery. Ilustracja przedstawia przykładowe zderzenie w jednym z automatów komórkowych.

7. Projekt regulacji poboru mocy urządzeń (ładowarek do samochodów elektrycznych) – Mając na uwadzę rosnące zapotrzebowanie na stacje ładowania samochodów elektrycznych przewiduje się, że już w ciągu 10 lat co 4 miejsce parkingowe będzie musiało być wyposażone w ładowarkę do samochodów elektrycznych. Wiąże się z tym jednak problem. Każdy samochód istotnie podwyższy pobór mocy w danym obiekcie (galerii handlowej czy biurowcu). Każdy obiekt ograniczony jest przydziałem mocy jaki jest wykupiony od dostawcy. Potrzebny jest więc algorytm który pozwoli zredukować pobór mocy zależnie od ilości samochodów podłączonych do ładowarek na danym obiekcie, ilości ładowarek, przydziału mocy oraz ograniczeń danej instalacji elektrycznej. Celem zadania będzie stworzenie programu składającego się z funkcjonalnych elementów systemu regulacji poboru mocy oraz przeprowadzenie symulacji prezentującej jego działanie.

8. Góry i doliny
   Góry: Na obszarach krasowych w południowych Chinach występują charakterystyczne paraboloidalne wzgórza wyrastające z płaskiej równiny. Jak wyjaśnić ich powstawanie? Jedna z koncepcji mówi, że są to pozostałości z rozpuszczania skał wapiennych przez wodę nasyconą dwutlenkiem węgla. Hipoteza ta jest tym atrakcyjniejsza, że – jak można pokazać  – kształt paraboloidalny ma tę własność, że nie zmienia się w procesie rozpuszczania. W zadaniu pracować będziemy z danymi satelitarnymi reprezentującymi rzeźbę terenu na kawałku krasu Chińskiego (powierzchnia 100km2). Zadanie polega na identyfikacji ostańców oraz próbie przybliżenia ich kształtów przez paraboloidy, oszacowanie promieni krzywizny owych paraboloid, oraz sprawdzenie, czy są one skorelowane z wysokością ostańca. Wreszcie, scharakteryzujmy wzajemne rozmieszczenie ostańców przez podanie ich radialnej funkcji rozkładu (prawdopodobieństwo znalezienia innego ostańca w odległości r od danego).

   Doliny: Druga część zadania poświęcona będzie krajobrazowi odwrotnemu: lejom krasowym (tzw. dolines) w Słowenii. I w tym przypadku sprawdźmy paraboloidalność kształtu lejów, obliczmy ich promienie krzywizny oraz radialną funkcję rozkładu (również i w przypadku lejów można pokazać analitycznie, że paraboloida jest formą niezmienniczą)

9. Grenlandia się topi – Wraz z ocieplaniem się klimatu, lądolód grenlandzki stopniowo się topi, a na jego powierzchni pojawiają się strumyki. Jeśli przyjąć, że lądolód jest płaski, a objętość lodu topiącego się na jednostkę powierzchni jest stała (niezależna od położenia), to grubość warstwy wody na lądolodzie (a dokładnie jej czwarta potęga) będzie rozwiązaniem równania Poissona. W takim przypadku spodziewać się można (Devauchelle et al., PNAS 109, 20832-20836, 2012) że kąty między łączącymi się strumykami będą wynosiły średnio 72 stopnie. Czy tak rzeczywiście jest w przypadku strumyków na lądolodzie? Sprawdzeniu tej prawidłowości poświęcone jest niniejsze zadanie. Należy wyodrębnić strumyki na poniższej fotografii i zidentyfikować ich punkty rozgałęzień, a następnie zrobić statystykę kątów (photo: Diane Tuft).

10. Głosowania w Sejmie  – Celem zadania będzie użycie dostępnych danych na temat wyników głosowań w polskim parlamencie do otrzymania nietrywialnych informacji o zachowaniach posłów i partii. Zaczniemy od sparsowania (przekształcenia do użytecznej postaci) danych o głosowań dostępnych publicznie na stronach sejmu. Następnie dokonamy analizy skupień (klastrowania) wyników głosowań poszczególnych posłów i na ile zgadzają się one z przynależnością partyjną.

11. Efekt Casimira – Zbadamy siłę generowaną przez fluktuacje próżni elektromagnetycznej na powierzchnie o różnych geometriach i własnościach optycznych. Użyjemy dostępnej biblioteki napisanej w C++, którą wywoływać będziemy z programu w Pythonie generującego triangulacje powierzchni.

12. Automatyzacja analizy obrazów pochodzących z detektora OTPC – Przeprowadzony ostatnimi czasy eksperyment z zastosowaniem wiązek radioaktywnych przyniósł wiele ciekawych, z punktu widzenia fizyki, danych, na temat emisji cząstek α z nuklidu 11Be. Dane te, w postaci zdjęć wykonanych kamerą CCD (zdjęcia mono- chromatyczne, format danych .jpg), zgromadzono jednak w ilości, która uniemożliwia „przejrzenie” ich ręczne. Zadaniem studentów byłoby zatem stworzenie oprogramowania, które byłoby w stanie wykonać kilka następujących procedur: rozpoznać ślady cząsek α na zdjęciu (może ich być 0, 1 lub więcej), zrzutować jasność pikseli z obszaru obejmującego jedną cząstkę na prostą równoległą do toru cząstki dla każdej z cząstek znajdujących się na zdjęciu, zakwalifikować wyjątkowo krótki ślad jako warty osobnej, ręcznej analizy. Dodatkową trudność stanowić będzie fakt, że na zdjęciach mogą pojawiać się przypadkowe rozbłyski światła niezwiązane z cząstkami.

13. Kompletna baza publikacji naukowych pracowników Wydziału Fizyki — wraz ze wstępną analizą – Celem zadania jest stworzenie bazy danych, zawierającej szczegółowe informacje dotyczące publikacji naukowych stworzonych na naszym Wydziale. Chociaż bazy tego typu są istotnym narzędziem pracy Biura Obsługi Badań, okazuje się, że narzędzia dostępne do ich tworzenia i analizy nie spełniają wszystkich wymagań. Pierwsza część zadania polega na stworzeniu narzędzi do automatycznego połączenia informacji dostępnych w internetowych bazach danych oraz zintegrowaniu ich z internetowymi narzędziami bibliograficznymi (przez dostępne API). Druga część zadania polega na zbadaniu stworzonej bazy danych. Z punktu widzenia Wydziału Fizyki, szczególnie interesujące będą statystyki liczby publikacji dla jednostek organizacyjnych i dziedzin fizyki. Następnym zadaniem jest zaproponowanie metody prezentacji danych zgromadzonych w bazie. Szczególnie cenne będzie zaproponowanie metody klastrowania publikacji naukowych oraz zbadanie Wydziałowej “sieci współautorstwa” między autorami publikacji.

14. Gra karciana ogór sportowy – Zasady gry w ogórka są bardzo proste – w zasadzie mieszczą się w jednym zdaniu “Równa lub wyższa, a jak nie masz to najniższa”. Dokładny opis zasad gry dostęny jest tutaj http://ogorek-kurnik.blog.onet.pl/2009/08/29/zasady-gry-w-ogorka/ . Celem zadania jest sprawdzenie: czy istnieje bezwzględnie optymalna strategia/strategie w tej grze (czy gra jest całkowicie losowa czy jednak można tutaj intelektualnie coś zrobić). Opis zmodyfikowanego problemu w postaci (niewykorzystanego!) zadania zaliczeniowego znajduje się tutaj http://www.fuw.edu.pl/~tkaz/teaching/programowanie2016/projekt_v10.pdf