Czasem trzeba coś z siebie dać

Dr Maciej Gruszczyński z Instytutu Inżynierii Środowiska pytany, co to znaczy być inżynierem,  bez wahania odpowiada: – Po studiach przez siedem lat byłem kierownikiem eksploatacji obiektu unieszkodliwienia odpadów wydobywczych Żelazny Most w KGHM. I wtedy rzeczywiście byłem inżynierem, zarządzałem procesem składowania, instalacją. Ale kiedy siedem lat temu zacząłem pracować na Uniwersytecie Przyrodniczym zostałem hydraulikiem.

Przeciętnemu człowiekowi hydraulik kojarzy się z fachowcem, który naprawi cieknący kran, wymieni syfon, słowem zna się na rurach i wodzie, która tymi rurami płynie. Ale dr Gruszczyński zajmuje się cieczami nienewtonowskimi, a dokładniej – matematycznym opisem przepływu co wcale nie oznacza, że cieknącego kranu czy szczelnego kolanka nie wymieni, do czego, z racji podobieństwa nazw zawodów, jest zmuszany przez rodzinę i znajomych. Tworzone przez niego modele matematyczne opisuję odkształcanie się płynów, które zachowują się inaczej niż woda. Takie ciecze wszyscy doskonale znamy. To keczup, majonez, bita śmietana i wiele innych substancji, które człowiek produkuje i chce je zmusić do tego, by płynęły w określony i przewidywalny sposób.

– Zająłem się takimi substancjami w swojej pracy doktorskiej. To płyny wykorzystywane w przemyśle i to w dużych ilościach, a ich transport czy przepływ związany jest ze zużyciem ogromnych ilości energii. Żeby jednak panować nad procesem, naukowiec musi skonstruować model matematyczny, z którego skorzysta inżynier budujący instalację z myślą o konkretnej cieczy – tłumaczy dr Gruszczyński, który takie modele matematyczne tworzy, budując pewną zależność matematyczną, w której istotne są średnia prędkość, średnica rurociągu, medium, koncentracja, a więc parametry, które opisują zarówno instalację, jak i płyn.

Te zależności matematyczne bada się podczas eksperymentów, często przeprowadzanych w terenie. Dr Maciej Gruszczyński i doktorant Jan Błotnicki wykorzystują w nich metodę anemometrii obrazowej PIV, która pozwala na wyznaczanie lokalnych pól prędkości cząstek. Ten drugi, jeszcze będąc studentem Wydziału, pracował z dr. Gruszczyńskim w laboratorium wodnym. Zaszczepiony pasją do empirycznego eksperymentu zdecydował się na rozpoczęcie studiów doktoranckich i dziś zajmuje się przepławkami, czyli urządzeniami umożliwiającymi rybom pokonanie wstawionych przez człowieka w koryto rzeki jazów.

– Metodę anemometrii obrazowej PIV można wykorzystać do badań rozkładu prędkości w rzece, ale jest jeden mankament – cząstki rzucane do wody, zatrzymują się na zwierciadle wody. Nie ma cząstki, którą moglibyśmy wsadzić do wody, zaprogramować ją tak, by  zostawała na głębokości np. 0,5 metra – mówi dr Gruszczyński i pokazuje zdjęcia z eksperymentu, jaki niedawno zrobili z Błotnickim. Wrzucili do rzeki chrupki, nad rzeką dron szybką kamerą rejestrował prędkość, z jaką się poruszały, ale…

– Byliśmy w terenie, na badaniach, nieopodal parku Grabiszyńskiego, który, niefortunnie dla nas, jest ulubionym terenem spacerów czworonogów.  W pobliżu bawiły się spuszone ze smyczy psy i jak tylko zobaczyły, jak Jasiu rzuca na zwierciadło wody w rzeczce bio-degradowalne znaczniki, to hyc, zaczęły nam te chrupki wyławiać – dr Gruszczyński wybucha śmiechem, ale po chwili poważnieje i tłumaczy: – Chrupka albo pozostaje na zwierciadle wody, albo opada. Nie ma stanu pośredniego, a nas jako hydraulików interesuje rozkład prędkości w pionie, bo woda płynie z różną prędkością na różnych głębokościach. Zwykle jesteśmy w stanie zmierzyć to, co płynie na zwierciadle wody, ale prędkość jest również funkcją głębokości. I te chrupki i łakome psy zmobilizowały nas do pracy.

Tak zrodził się pomysł zbudowania sztucznej cząstki, która będzie utrzymywać się na danej głębokości, a tym samym będzie można określić prędkość wody na tej głębokości. Gruszczyński zrobił więc projekt, kupiono hardware, a więc oprzyrządowanie, odlano z ołowiu balast.

– Napisałem program, który steruje całym urządzeniem – w środku nasza cząstka, która wygląda jak jajo strusia, ma mikrokontroler, mierniki ciśnienia, pompę, no i oczywiście balast, którego wagę też należało wyliczyć. Zbudujemy takich cząstek więcej, zaprogramujemy, wrzucimy do płynącej wody i będziemy z drona mierzyć prędkość, z jaką płyną – mówi dr Maciej Gruszczyński i po chwili dodaje: – To jest nasza praca naukowa, ale wychodzę z założenia, że człowiek musi coś z siebie dać innym, nie można tylko brać. I dlatego powstał nasz automatyczny dozownik płynów dezynfekcyjnych.

Dozownik po prawdzie powstał nie tylko z potrzeby dzielenia się, ale też trochę z… nudów. Kiedy ogłoszono lockdown i zamknięto wszystkie instytucje, w tym i uczelnie, przechodząc na zdalne nauczanie, dr Gruszczyński jednak do swojego Instytutu przychodził. Bo jest w nim na stażu studentka z Chin, Mengxue Zhang z Minzu w Pekinie, której pandemia uniemożliwiła powrót do domu.

– Nie było lotów, poza tym bilety osiągały astronomiczne ceny, więc przychodziłem na uczelnię i tutaj się spotykaliśmy i pracowaliśmy naukowo. Nie chciałem, żeby czuła się zupełnie samotna daleko od rodziny, w obcym kraju, w dodatku w tak ekstremalnej sytuacji jaką jest pandemia. I oczywiście za każdym razem, kiedy wchodziłem do budynku, dezynfekowałem ręce. Ale irytowało mnie, że te butelki z płynami mają pompki, które trzeba przecież nacisnąć… – opowiada dr Maciej Gruszczyński i dodaje, że po prostu któregoś dnia razem z Janem Błotnickim usiedli, przejrzeli wszystkie części, jakie kupili do budowy swoich cząstek i zdecydowali: co się da, trzeba wykorzystać. Tak z pompki, mikrokontrolera, rurek powstał automatyczny dozownik do płynu dezynfekcyjnego, który stanął przy wejściu do budynku Wydziału Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji.

– Odezwała się w nas natura inżyniera. Może to drobiazg, ale uważam, że praca naukowca musi mieć też wymiar pragmatyczny i praktyczne zastosowanie. I jak widać, od koncepcji do konkretnego obiektu droga była krótka. Oczywiście znaczenie miały okoliczności zewnętrzne, ale to też jest element pracy naukowca – zdolność reagowania na otoczenie i jego potrzeby – podkreśla dr Maciej Gruszczyński.

kbk