Кіріспе

Американдық материалдар ғалымы және инженер Маркус Бюлер – Массачусетс технология институтының (MIT) американдық материалдар ғалымы және инженері, ол McAfee профессорлік қызметінің иесі. Ол MIT-тің азаматтық және экологиялық инженерлік факультетінің мүшесі, онда ол атомдық және молекулалық механика зертханасын (LAMM) басқарады, сондай-ақ Schwarzman College of Computing-те MIT-тің есептеу ғылымдары және инженерлік орталығының (CCSE) мүшесі. Оның ғылыми қызметі ғылымнан өнерге дейін жетеді, сонымен қатар ол тәжірибелік, классикалық және электрондық музыканың композиторы, оны дыбыстау қызықтырады. Ол өз жұмысы туралы бірнеше TED баяндама жасады. 2013 және 2020 жылдар аралығында MIT-де азаматтық және экологиялық инженерлік факультеттің меңгерушісі болды. Оның ғылыми-зерттеу және оқыту қызметі биологиялық және синтетикалық материалдардың функционалдық қасиеттерін түсіну үшін есептеу материалтану ғылымын қолдануды қамтиды, әсіресе механикалық қасиеттер мен көп деңгейлі материалдардың наноинженериясына баса назар аударады. Оның жұмысында материалтану, инженерлік, математика және категориялар теориясын қолдану арқылы өнермен табиғи материалдардың арасындағы байланыстарды орнату көрінеді. Өнер мен ғылымның тоғысқан жерінде жұмыс істейтін ол сондай-ақ музыка композиторы, ол дыбыстаумен қызығушылық танытады, ол материал құрылымын музыкалық формаға аудару әдісін жасады және керісінше, биоматериалдардың белок дизайнында дыбыстық ақпаратты іске асырады. Ол материомузыкалық композициялық техниканы дамытты. 2020 жылы ол COVID-19 қоздырғышын музыкаға айналдырды, бұл өнер мен ғылым арасындағы байланыстың мысалы.

Білім және мансап

2005 жылы MIT-ге түсуге дейін ол Калтехтің химия және химиялық инженерия бөліміндегі Материалдар мен процестерді модельдеу орталығында көп масштабты модельдеу және бағдарламалық қамтамасыз ету интеграциясының директоры қызметін атқарды. Ол Штутгарт университетінен және Макс Планк металдарды зерттеу институтынан химия ғылымдарының докторы (Ph.D.) дәрежесін алды, бұрын Мичиган Технологиялық университетінен инженерлік механика бойынша магистр дәрежесін және Штутгарт университетінде химиялық және процестік инженерия бакалавр дәрежесін бітірген.

Зерттеу

Бюлер материалтану, инженериялық ғылымдар және қолданбалы механика саласында білім алған. Бюлердің зерттеулері биологиялық, биошабытталған және синтетикалық материалдардың құрылымдық және механикалық қасиеттерін төменнен жоғарыға қарай модельдеуге бағытталған. Бұл зерттеулер бірнеше масштабта жүргізіледі, нано және молекулалық деңгейде материалдардың бұзылуына ерекше назар аударылады, сондай-ақ табиғи, биологиялық және синтетикалық материалдарда функционалдық қасиеттердің қалай қалыптасатынын түсіну мақсатында жүзеге асырылады. Ол биология және инженериядағы күрделі материалдық құбылыстарды төменнен жоғарыға қарай түсіндіру үшін қарапайым есептеу модельдерін қолданғаны үшін танымал. Оның 3D-басылымдағы жұмысы жаңа материалдардың интеграцияланған есептеулік-эксперименттік дизайнын зерттейді, оның ішінде жасанды интеллект (AI) және кеңейтілген шындық (AR/VR) технологияларын, сонымен қатар иммерсивті модельдеуді пайдалану қарастырылады. Оның соңғы жұмысы биологиялық жүйелерде материалдардың бұзылуын зерттеуге арналған есептеу материалтану ғылымын қолдануға бағытталған, оның ішінде әртүрлі аурулар мен басқа да экстремалды жағдайларда материалдың ыдырауын зерттеуге арналған. Оның маңызды үлесі коллаген және жібек сияқты құрылымдық белок материалдарының деформациясы мен бұзылуы саласында жатыр. Оның жұмысы белок материалдарына шектеулі ресурстарға қарамастан (энергия, материал көлемі, H байланысы сияқты әлсіз құрылымдық элементтер және т.б.) жақсартылған және әртүрлі функционалдылықты қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін әмбебап материалдық дизайн парадигмаларын ашты, сондай-ақ осы механизмдердің экстремалды жағдайлар мен аурулар кезінде қалай бұзылатынын көрсетті (соққы, жарақат, мутациялар, ақаулар және т.б.). Оның жұмысының нәтижесінде универсалдылық-әртүрлілік парадигмасы құрылды, ол биологиядағы материалдық қасиеттердің көпфункционалдылығына (әртүрлілігіне) жаңа құрылымдық элементтерді ойлап табудың орнына, аз ғана (әмбебап) құрамдас бөліктердің құрылымдық орналасуын өзгерту арқылы немесе құрылымдық элементтердің сапасына сенім арту арқылы қол жеткізілетінін түсіндіреді. Бюлердің қазіргі жұмыстарының бірі – иерархиялық материалдарға тән құрылым-функционалдық қатынастарды кодтау үшін білімді бейнелеудің категориялық теориялық аясы – ологтарды пайдалануды қамтиды. Бюлер түрлі модельдеу әдістерін қолдана отырып, материалдарды теориялық және есептеулік модельдеу бойынша 450-ден астам мақала жариялаған, 30 000-нан астам сілтеме алған, атомдық модельдеу туралы монография, биоматериомика туралы кітап, бірнеше кітап тарауларын жариялаған, сонымен қатар әлемнің түкпір-түкпірінде жүздеген шақырылған лекциялар, негізгі баяндамалар мен пленарлық баяндамалар жасаған. Оның еңбектері Nature, Nature Materials, PNAS, Science Advances, Advanced Materials, Royal Society Interface және тағы да көптеген ғылыми журналдарда жарияланған. Ол АҚШ, Еуропа және Азиядағы эксперименталды зерттеушілермен кеңінен ынтымақтастық жасайды. Ол көптеген ғылыми гранттар бойынша жетекші және қосымша жетекші ретінде қызмет етеді, оның ішінде Ұлттық ғылым қоры, Қорғаныс министрлігі, Ұлттық денсаулық сақтау институттары (NIH) және көптеген басқа ұйымдар, сондай-ақ өнеркәсіптік серіктестер қаржыландыратын бірнеше пәнаралық ғылыми жобалар бар.

Оқыту

MIT-дегі оқытуы инженерлік механика, модельдеу және симуляциялауға, сондай-ақ бакалавриат және магистратура студенттерін есептеу зерттеулерімен таныстыруға бағытталған. Ол материалдарды жобалау, машиналық оқыту және қосымша өндіріс салаларында кәсіби білім беру курстарын оқытады. Ол MIT пәндерін оқытуға қатысады: 3.021J Модельдеу және симуляциялауға кіріспе, 1.978 Нанодан макроға дейін: атомдық модельдеу әдістеріне кіріспе, 1.545 Материалдар мен құрылымдардың атомдық модельдеуі және 1.050 Инженерлік механика I. Бюлер MIT-тің ИС&Т бөлімімен «Зерттеу құралдарын оқу залына енгізу» жобасы аясында ынтымақтаса жұмыс істейді, онда бакалавриат және магистратура студенттерін оқыту мен білім беруде көп масштабты симуляция құралдарын оңай пайдалануға мүмкіндік беретін құралдар жасалып жатыр. Сонымен қатар, ол MIT-тің Бакалавриаттық зерттеу мүмкіндіктері бағдарламасына (UROP) белсенді қатысады және онда факультеттік жетекші ретінде қызмет етеді. Ол MIT Жазғы зерттеу бағдарламасының академиялық кеңесшісі және Эверетт Мур Бейкер мемориалдық қорының академиялық кеңесшісі болды. Ол «Материалдардың бұзылуын атомдық модельдеу» және «Биоматериалогия» оқулықтарының авторы. Біріншісі материалдардың механикалық қасиеттері мен атомдық және үздіксіз теориялар арасындағы байланысқа назар аударса, екіншісі биологиялық материалдардың иерархиялық және мотивтік құрылымдарын талқылауға арналған.

Қызмет

Бюлер PLoS ONE, International Journal of Applied Mechanics, Biophysical Journal, Acta Mechanica Sinica, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Journal of Engineering Mechanics, Journal of Nanomechanics and Micromechanics және Journal of Computational and Theoretical Nanoscience сияқты бірнеше халықаралық журналдардың редакторы немесе редакциялық алқа мүшесі болып қызмет етеді. 2011 жылдан бері ол өзі құрған BioNanoScience журналының бас редакторының бірі болып табылады. 2012 жылы ол "Journal of the Royal Society Interface" журналының редакциялық алқасына сайланды. Ол ASCE Инженерлік механика институтының Биомеханика комитетінің бұрынғы төрағасы, ASME-де Медицина және биологиядағы наноинженерлікті басқару комитетінің тең төрағасы, АҚШ-тың Биомеханика жөніндегі ұлттық комитетінің мүшесі және ASME-дегі, соның ішінде Биология мен медицинадағы механика комитеті сияқты бірнеше комитеттерде қатысады. Ол сондай-ақ Материалдар зерттеу қоғамында (MRS) МРС Бюллетені үшін ерікті жазушы, МРС симпозиумдарын ұйымдастырушы және МРС студенттік сыйлық бағдарламасына қатысу арқылы да белсенді. 2010 жылдан бері ол MIT Германия бағдарламасының (MISTI Germany) директоры қызметін атқарады. Ол Биомедициналық материалдардың механикалық қасиеттері журналының бас редакторы.

Марапаттар мен мадақтамалар

Бюлер Ұлттық Ғылым Қорының КАРИЕРА СЫЙЛЫҒЫН, АҚШ Әуе күштерінің жас зерттеуші сыйлығын, Әскери-теңіз күштерінің жас зерттеуші сыйлығын және DARPA жас оқытушы сыйлығын алды. Бюлер Ұлттық Инженерлік Академиясының «Frontiers in Engineering» симпозиумына шақырылды. 2023 жылы ол Ұлттық Инженерлік Академиясының мүшесі болып сайланды. 2009 жылы оның еңбегі Президенттік Ерте Мансап Сыйлығымен (PECASE) марапатталды. Ол 2010 жылғы Гарольд Э. Эджертон Факультетінің жетістіктері сыйлығын, 2010 жылғы ASME Sia Nemat Nasser сыйлығын, 2011 жылғы Томас Дж.Р. Хьюз жас зерттеуші сыйлығын және 2011 жылғы Росситер У. Реймонд естелік сыйлығын алды. 2011 жылы ол EMI-ден алғашқы Леонардо да Винчи сыйлығын алды. Оның еңбегі Альфред Нобель сыйлығы сияқты бірнеше басқа да сыйлықтармен мойындалды. 2021 жылы ол ASME Друкер медалін алды.