Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten

Det elektriska energisystemet är en vital infrastruktur för samhället vilket blivit alltmer tydligt de senaste åren, både i Sverige och i omvärlden. Energisystemet blir alltmer IT-baserat och beroende av cybersäkra lösningar.

Min forskning baserar sig främst på min erfarenhet inom elektriska överföringssystem på höga spänningsnivåer, så kallade elstamnät/transmissionsnät, med fokus på datakommunikation och cybersäkerhet. Min doktorsavhandling på 1990-talet handlade om datakommunikation i kraftsystemstyrning för transmissionsnät. Den var då den första i sitt slag och baserades på arbete inom både akademi och industri. Mitt forskningsarbete fortsatte på Svenska kraftnät och kom sedan att handla om cybersäkerhet för kraftsystem. Det arbetet baserades på samarbete i internationella arbetsgrupper. De senaste fjorton åren har jag som forskningschef fått kunskaper om helheten för elsystemet, med fokus på högspänning/eltransmission, samt etablerat samarbetsytor mellan akademi och myndighet.

Jag ser fram emot att fortsätta arbetet inom digitalisering och cybersäkerhet för elektriska system, vilket är ett arbete jag bedrivit som adjungerad professor vid först Kungl. Tekniska Högskolan och senare vid Uppsala universitet. Här ser jag också att undervisning är en viktig del för kunskapsspridning och att söka intressera framtida kolleger.

I mitt forskningsarbete inom elkraftsystemet studerar jag de utmaningar och förändringar som uppstår i samband med energiomställningen och övergången till hundra procent förnybar energiproduktion.

Ett av de viktigaste områdena jag fokuserar på är att upprätthålla stabiliteten i elkraftsystemet för att säkerställa elförsörjning under olika förhållanden. Jag undersöker olika strategier för att effektivt integrera förnybar energi och optimera transmissionsnätets kapacitet. Elkraftsystemet är ett komplext system, där många olika processer och storheter behöver övervakas och styras för att säkerställa dess stabilitet och tillförlitlighet.

För att möta utmaningarna designar jag matematiska modeller för att studera elkraftsystemets beteende både under stabila förhållanden och vid olika störningar med ny teknologi som integreras. Genom att utveckla olika styrstrategier och innovativa lösningar hanteras dessa utmaningar och min forskning bidrar till att öka elkraftsystemets kapacitet, stabilitet och driftsäkerhet. Som forskare är mitt mål att bidra till en framgångsrik omställning till hundra procent förnybar energiproduktion.

Vi lever i ett kraftigt digitaliserat samhälle där datorer styr ett brett utbud av våra dagliga enheter som smart-tv, flygelektronik, medicinsk utrustning, kärnkraftskontroll et cetera.

Med tanke på den ökande förekomsten av datorer har säkerhet blivit ett avgörande problem. Därför är det viktigt att se till att programvaran som körs på våra datorer är korrekt för att förhindra katastrofala och kostsamma konsekvenser i form av pengar, liv och arbete.

Min forskning handlar om utveckling av verifierings- och testtekniker baserade på matematiska principer. Dessa tekniker implementeras i verktyg som syftar till att automatiskt bevisa programvarans korrekthet, eller hitta dess fel och laga dem. Mina nuvarande forskningsintressen sträcker sig brett över verifiering av distribuerade system, parallellprogrammering och webbapplikationer.

I dag är en stor mängd data om mänskligt beteende och sociala relationer tillgänglig digitalt för forskare. Till exempel kan konversationer som sker på sociala medier i vissa fall laddas ner och analyseras. Denna information kan användas för att komplettera mer traditionella datakällor som används inom samhällsvetenskapen och skapa nya möjligheter att förstå det samtida samhället

Mitt forskningslaboratorium utvecklar metoder och algoritmer för att analysera digital social data. Under det senaste decenniet har jag främst arbetat med algoritmer för social nätverksanalys, särskilt för sociala nätverk där interaktioner kan vara av olika typer eller ske vid olika tidpunkter. Våra forskningsresultat kan till exempel användas för att identifiera bottar som sprider (des)information på sociala medier och för att studera polariseringen av politiska diskussioner online och används av flera andra forskare genom den programvara vi utvecklar. Mina senaste forskningsintressen handlar också om användningen av sociala data i landsskala (till exempel sociala nätverk för hela befolkningen i ett land) och artificiell intelligens (till exempel djupa neurala nätverk som genererar förklaringar av bilder och texter) inom samhällsvetenskaplig forskning.

I takt med världens utveckling är kunskap om de mekanismer som styr jorden och dess dynamik helt avgörande för att förstå de processer som medför till exempel bergskedjebildning, föranleder naturkatastrofer, som till exempel jordbävningar, samt hur kritiska råmaterial bildas och avsätts. Därav fokuserar min forskning primärt på processer kopplade till bergskedjebildning med fokus på metamorfos av bergarter, hur fluider interagerar med berget och deras roll i det elementära kretsloppet djupt ner i jordens skorpa och mantel. Därtill studerar jag sällsynta jordartsmetallers kemi och mineralsystem.

I min forskning använder jag mig av ett brett spektrum av verktyg, metoder och fältstudier. Olika typer av mikroskopi och in situ-analystekniker används för att erhålla kemiska och isotopa sammansättningar av mineral och bergarter i syfte att kartlägga bergarternas utvecklingsvägar.

Vidare är jag involverad i forskning inom experimentell mineralogi och petrologi. Den bidrar till en bättre förståelse av fluiders interaktion med bergarter i extrema miljöer som till exempel så kallade subduktionszoner. Jag arbetar också med utveckling av hållbara metoder för nyttjandet av kritiska element ur råmaterial, inklusive sekundära tillgångar som till exempel gruvavfall.

Under de senaste decennierna har vi sett en snabb ökning av den globala medeltemperaturen, främst på grund av mänskliga aktiviteter. Vi lever dock inte i ett medelklimat utan vi påverkas av klimatets variabilitet, till exempel genom extremt väder. Vad orsakar olika extremväderhändelser, och hur kommer ett varmare klimat att påverka framtida extrema händelser och deras samhällseffekter? Dessa är kärnfrågor i min forskning.

Mitt arbete täcker flera olika ämnen. Jag utgår alltid från en fysisk och matematisk beskrivning av extremt väder, men arbetar också med samhällseffekter av extremväderhändelser. Min forskargrupp och jag har exempelvis studerat hur storskaliga rörelser i atmosfären kan orsaka sammanträffande extremväderhändelser i olika delar av världen – i det nuvarande och i framtida klimat. Vi har även arbetat med att ta fram en databas över samhällskostnader av olika extremväderhändelser, samt studerat hur en och samma extremväderhändelse kan påverka på helt olika sätt i olika delar av samhället.

Mitt långsiktiga mål är att vidareutveckla en tvärvetenskaplig förståelse av extremt väder, som drar fördel av fysikaliska och matematiska analyser för att belysa hur vårt samhälle påverkas av extremt väder i dag och i framtiden.

Min forskning ligger i gränslandet mellan partikelfysik och astrofysik. Jag är medlem i IceCube-samarbetet, en internationell forskargrupp som byggde det första och största neutrinoteleskopet i världen. Neutriner är elementarpartiklar som produceras i täta och våldsamma objekt i universum, som miljön runt svarta hål eller sammanslagningar av neutronstjärnor. Tanken bakom ett neutrinoteleskop är att öppna ett nytt fönster mot universum med en ny budbärare som inte är elektromagnetisk till sin natur, i motsats till traditionella teleskop. IceCube upptäckte för första gången neutriner av astrofysiskt ursprung 2013. Men neutriner är intressanta partiklar i sig själva, och min forskning är inriktad på att utforska partikelfysikens gränser med neutriner som når jorden från långt bort i kosmos, med energier som är miljontals gånger högre än de som kan uppnås i acceleratorer tillverkade av människor.

I min forskning använder jag neutriner för att söka efter fysik som inte beskrivs av den så kallade Standardmodellen – vår nuvarande teori om elementarpartiklarna och deras växelverkan. Astrofysiska neutriner kan användas för att söka efter mörk materia, för att testa giltigheten hos grundläggande fysikaliska lagar bortom nuvarande precision och för att söka efter nya partiklar som förutses i teorier som utvidgar Standardmodellen. Dessa sökningar efter avvikelser i vår nuvarande förståelse av grundläggande fysik kan hjälpa oss att fastställa den mörka materiens natur och hjälpa oss att förstå universums tidiga utveckling.

Simulering brukar vid sidan om teori och experiment kallas den tredje pelaren inom vetenskap. Genom att simulera förlopp inom exempelvis fysik, geologi och medicin kan tidskrävande, kostsamma och kanske oetiska experiment minimeras. Dessutom kan fenomen som ligger i framtiden prognostiseras för att ge en uppfattning om framtida scenarion utifrån olika antaganden.

För att simuleringar ska fungera som ett användbart verktyg krävs robusta beräkningsmetoder som programmeras och körs på kraftfulla datorer. Det innebär att metoderna behöver vara noggranna, effektiva och stabila, det vill säga de ska på kort tid räkna ut ett resultat som ligger nära det exakta. Att utveckla, implementera och analysera sådana metoder utgör centrala delar inom forskningsämnet beräkningsvetenskap.

De tillämpningsområden jag främst har studerat är optionsprissättningsproblem inom finans samt glaciologi, läran om glaciärers och inlandsisars rörelse. I båda fallen handlar min forskning om hur man konstruerar en metod som lägger beräkningskraften där den bäst behövs för att på kort tid erhålla så noggranna resultat som möjligt. Inom glaciologi handlar mycket om att ta hänsyn till att de fysikaliska processerna ser olika ut i olika delar av isen och för optionsprissättningsproblem gäller det att utnyttja att man är mest intresserad av en noggrann lösning i en del av området.

Jag studerar hur ekologi och evolution går samman för att ge upphov till växternas reproduktiva mångfald. Jag har två huvudlinjer för forskning. För det första studerar jag anpassning och arternas ursprung med hjälp av icke-inhemska växter som modellsystem. Vi har visat att dessa icke-inhemska växter kan utvecklas snabbt som svar på naturligt urval och till och med ge upphov till nya arter. En av mina stoltaste vetenskapliga landvinningar är upptäckten av en ny art av apblomma i Skottland som har utvecklats under de senaste 150 åren.

För det andra studerar jag så kallad surrpollinering, där bin använder kraftfulla vibrationer i sina bröstmuskler för att skaka pollen från blommor. Surrpollinering involverar tusentals arter av växter och bin, inklusive grödor som tomat, men vi vet fortfarande relativt lite om hur det fungerar och varför det utvecklas. Jag använder ett multidisciplinärt tillvägagångssätt från beteende till biomekanik och fältexpeditioner runt om i världen för att ta reda på hur och varför bin surrpollinerar blommor.

Keramik, med en historia som sträcker sig över tusentals år, hör till de äldsta materialen. Deras särskilda egenskaper har väsentligt bidragit till framsteg inom vardagstillämpningar och en mängd teknologiskt avancerade områden, inklusive elektronik, fordonsindustri, energi och medicin. Utmaningar och intressen kvarstår när det gäller att uppnå kontrollerad mångfunktionalitet och mekanik inom keramik, trots oro för medfödd skörhet.

Min forskning fokuserar på biokeramik och så kallad glasmatrisk keramik, drivet av kliniska behov. Den innefattar syntes och mekanisk analys av nanostrukturerad keramik och utforskning av deras fysikalisk-kemiska och biologiska egenskaper. Till exempel fungerar keramik som en läkemedelsfri plattform för benvävnadsregenerering, behandling av tandkänslighet och bekämpning av patogener. Dessutom framträder en ny generation glaskeramik med hög genomskinlighet, böjstyrka och minskad skörhet som ett lovande val för tandrekonstruktioner och implantat.

Det övergripande målet är att fördjupa vår förståelse för den klassiska samverkan mellan syntes, struktur och egenskaper. Denna kunskap ligger till grund för utformning och framsteg av överlägsna keramikbaserade biomaterial. Slutligen strävar forskningen efter att tillgodose patienternas krav och presentera lösningar på kliniska komplexiteter.