Andrzej Wawrzyczek, Redaktor Naczelny Magazynu „eImperium”: Został Pan jednym z pięciu laureatów Nagrody Naukowej „Polityki” dla młodych, ambitnych – jak podkreśla redakcja – naukowców w Polsce. To jest bardzo duże wyróżnienie.

Prof. Andrzej Katunin: Tak, jest to niewątpliwie bardzo prestiżowa nagroda, która wiąże się też ze skomplikowanym konkursem. Cały proces wyłaniania laureatów był trudny, ale tym bardziej się cieszę, że udało mi się taką nagrodę uzyskać. Jest to niewątpliwie docenienie moich badań i starań, zmotywowanie, że warto je kontynuować. Doceniły mnie obie kapituły, zarówno profesorska, jak i obywatelska, i jest mi bardzo miło z tego powodu.

Bez wchodzenia w bardzo naukowe szczegóły można powiedzieć, że w swojej pracy naukowej zajmuje się Pan badaniem materiałów. Tworzeniem nowych materiałów, które będą miały zastosowanie między innymi w lotnictwie.

Nie tylko. Nowoczesne materiały wielofunkcyjne to tylko jeden z kierunków, którym się zajmuję. Ich wielofunkcyjność polega na tym, że oprócz właściwości mechanicznych, mają też inne zalety – mogą na przykład przewodzić prąd i ciepło, co może być wykorzystane potencjalnie właśnie w lotnictwie. Czynimy już po temu pewne kroki, żeby ten materiał komercjalizować i wprowadzać na rynek. Natomiast oprócz tej najnowszej, materiałowej gałęzi badań, zajmuję się również mechaniką kompozytów, czyli nowoczesnych materiałów dla lotnictwa i badaniami nieniszczącymi takich materiałów.

Co przesądziło o takim profilu zainteresowania naukowego u Pana?

Już w trakcie studiów pierwszy mój mentor zaraził mnie pasją do nauki. To było jeszcze w Suwałkach, gdzie kończyłem studia inżynierskie na Zamiejscowym Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Po drodze spotkałem też wielu innych wybitnych naukowców, dzięki którym udało mi się rozwinąć tę pasję i odnaleźć jakiś swój własny pomysł na tę naukę.

A gdybyśmy cofnęli się jeszcze bardziej w czasie, żeby odnaleźć ten moment, gdy podjął Pan decyzję, żeby wybrać studia techniczne właśnie na kierunku związanym z inżynierią materiałową?

W szkole generalnie dobrze mi szło zarówno w przedmiotach ścisłych, jak i humanistycznych, więc miałem dylemat, co robić dalej. Odejście w kierunku technicznym zaczęło się od zainteresowania komputerami, więc pierwsze pomysły na studia wiązałem z branżą IT. Później przyszło natomiast zaproszenie na studia właśnie do Suwałk na Politechnikę Białostocką, gdzie była zbieżna z moimi zainteresowaniami specjalność – Komputerowe Wspomaganie Projektowania realizowana na kierunku Mechanika i Budowa Maszyn. Stwierdziłem, że zaryzykuję i zobaczę “z czym to się je”. Z każdym kolejnym dniem nauki ten kierunek podobał mi się jednak coraz bardziej. Na drugim albo trzecim roku studiów powstała zresztą moja pierwsza publikacja, którą napisałem wspólnie z moim ówczesnym mentorem i tak zaczęła się ta przygoda z nauką.

Pochodzi Pan ze Lwowa, jakie to było dla Pana przeżycie, gdy przeprowadzał się Pan do innego kraju, w którym trzeba było sobie ułożyć życie na nowo?

Z pewnością nie było łatwo. Mimo tego, że skończyłem polską szkołę we Lwowie, gdzie język polski był językiem wykładowym, a co za tym idzie, językowo nie miałem w Polsce żadnych trudności, to jednak spotkałem się z problemami natury prawnej. Na Ukrainie po 10 latach szkoły szło się wtedy od razu na studia, więc ja również trafiłem na uczelnię w wieku zaledwie 16 lat, więc jako nieletni nie miałem pełnej swobody w nowym kraju. Musiałem mieć opiekuna prawnego, żeby w ogóle podjąć studia. Więc było tutaj trochę takich prawnych przeciwności, na jakie natrafiłem.

Do Polski przyjechał Pan kilkanaście lat temu. Jeszcze zanim zaczęła się ta masowa imigracja z Ukrainy, jaką obserwujemy obecnie. Obecnie nawet w samych Gliwicach Ukraińców mieszka już stosunkowo dużo. Wtedy jednak te szlaki nie były jeszcze tak przetarte.

Zgadza się. Wówczas w Polsce nie było tak wiele osób z Ukrainy, jak obecnie. Jeśli chodzi o pozyskiwanie studentów, to wówczas – nie wiem, jak jest obecnie – nawet przedstawiciele Ministerstwa Edukacji Narodowej przyjeżdżali do polskich szkół na terenie zachodniej Ukrainy i tam były przeprowadzane egzaminy wstępne na studia i w ten sposób – zdając taki egzamin jeszcze na Ukrainie – można było kwalifikować się na studia w Polsce. Oczywiście osoby, które w ten sposób trafiały z Ukrainy na polskie uczelnie to były pojedyncze przypadki. To była niewielka skala w porównaniu z tym, co obserwujemy obecnie. Zdarzało się jednak, że z jednej klasy nawet połowa osób wyjeżdżała do Polski. Z różnym skutkiem – niektórzy poddawali się w trakcie, inni kończyli studia i zostawali, tak jak ja, a jeszcze inni wracali po tych studiach. Te losy były więc bardzo różne.

Podejrzewam, że początkowa faza pobytu w Polsce, czyli studia w Suwałkach były jeszcze o tyle prostsze, że wschód Polski ma długą tradycję kontaktów i przyjmowania imigrantów z krajów dawnego ZSRR, więc pewnie łatwiej było się tam zaaklimatyzować. Co więc sprawiło, że nie został Pan tam, ale zdecydował się przyjechać na południe Polski, czyli do Gliwic?

Przede wszystkim w Suwałkach nie było studiów magisterskich na kierunku, który studiowałem. Były takie studia w Białymstoku na macierzystej uczelni, ale gdy miałem do nich przystąpić, akurat w tamtym roku nie zostały uruchomione. Zaproponowano mi jedynie naukę w trybie zaocznym. Zdecydowałem jednak, że chcę studiować dziennie w związku z czym zacząłem poszukiwania innej uczelni Polsce, która oferowałaby kontynuację nauki na interesującym mnie kierunku. No i padło na Gliwice.

A co doprowadziło do takiego właśnie wyboru? Zadecydowały zalety miasta czy renoma uczelni?

Byłem wtedy na pewnym rozdrożu, gdyż rozważałem trzy uczelnie, które w tamtym czasie najbardziej mi pasowały swoją ofertą edukacyjną. Były to Politechnika Opolska, Politechnika Śląska i Akademia Górniczo-Hutnicza. AGH musiałem jednak szybko skreślić, gdyż przeprowadzka do Krakowa byłaby dla mnie bardzo kłopotliwa. Nie ukrywam, że swoją rolę odegrał tu również czynnik finansowy. A że Politechnikę Śląską, pod względem poziomu uczelni, oceniałem na drugim miejscu, ostatecznie trafiłem właśnie do Gliwic.

Dalsza Pana kariera naukowa potoczyła się wręcz błyskawicznie. Ma Pan w tej chwili niecałe 32 lata i stanowisko profesora nadzwyczajnego.

Na Politechnice Śląskiej trafiłem na specjalność „Komputerowe wspomaganie projektowania i eksploatacji maszyn”, a więc kierunek ściśle związany z tym, co robiłem w Suwałkach. Po dwóch latach studiów magisterskich dostałem natomiast propozycję pracy w charakterze asystenta naukowo-dydaktycznego. Przy okazji, , zabrałem się za pisanie doktoratu. Tematyka, którą podjąłem w swojej pracy magisterskiej to pewne zjawiska cieplne zachodzące w kompozytach w pewnych specyficznych warunkach pracy i wpływ tych warunków na żywotność badanych struktur. Bardzo mnie ta tematyka zaintrygowała, dlatego kontynuowałem ten wątek badawczy również później.

Kolejnym etapem był właśnie doktorat z tej tematyki. Dodam, iż było to bardzo niszowe zagadnienie, którym zajmowało się w całym kraju zaledwie kilka osób. Być może właśnie to stało się takim moim znakiem rozpoznawczym, że chętnie zajmuję się tematami mało do tej pory zbadanymi. Poszukuję takich tematów, gdyż uważam, że w takich tematach – bardzo niszowych, a często także interdyscyplinarnych i złożonych – jest sedno i przyszłość pracy badawczej. Ostatecznie w roku 2012 szczęśliwie z wyróżnieniem obroniłem mój doktorat tutaj na Wydziale Mechanicznym-Technologicznym. Cały przewód zajął mi w sumie trzy lata.

Wielu naukowców bardzo długo pracuje nad uzyskaniem habilitacji. Panu udało się to niemal z marszu już w kilka lat po obronieniu doktoratu.

Zgadza się. Sekret tkwi w tym, że ja nie zacząłem zajmować się habilitacją po obronieniu doktoratu, ale prowadziłem moje badania habilitacyjne równolegle z doktorskimi. Cały proces zaczął się więc już w roku 2009. W sumie habilitacja kosztowała mnie więc około siedmiu lat intensywnej pracy. Bodźcem, który skłonił mnie, żeby ruszyć z tymi badaniami był projekt z Narodowego Centrum Nauki, który udało mi się pozyskać. To był bezcenny zastrzyk finansowy, który bardzo przyspieszył te badania. Oczywiście kosztowało mnie to wiele wysiłku i poświęceń, żeby wszystko dopiąć w taki sposób, jak to wygląda obecnie i żeby sprostać niełatwym wymaganiom, które są stawiane teraz przez ustawę o stopniach i tytułach. Najważniejsze jednak, że się udało i to z bardzo pozytywnym wynikiem. W efekcie dwa lata temu szczęśliwie zakończyłem postępowanie habilitacyjne nadaniem stopnia doktora habilitowanego, a od marca tego roku zostałem zatrudniony na stanowisku profesora nadzwyczajnego.

Mamy tu przed sobą kilka płytek tego supernowoczesnego materiału polimerowego, który niedawno Pan. Ile to jest pracy i wysiłku, żeby powstało coś takiego? Coś co jest nowe, przełomowe, czego nikt inny wcześniej nie dokonał.

Rozgłos medialny wokół tego projektu zaczął się jakieś dwa lata temu. Natomiast pracujemy intensywnie nad tym materiałem już od około czterech lat. Pomysł zrodził się w sumie zupełnym przypadkiem z bliskiej współpracy, jaką prowadzę z zespołem naukowców z Wydziału Chemicznego. Prowadziliśmy wtedy zupełnie inne badania, ale w ich toku pojawiła się koncepcja wykorzystania tzw. teorii perkolacji – to teoria, dzięki której bada się pewne właściwości skokowe – w tym konkretnym przypadku naszym przysłowiowym orzechem do zgryzienia było zmieszanie ze sobą polimerów, z których jeden przewodzi prąd, a drugi nie. Pierwszy z nich cechował się jednak dosyć słabymi właściwościami mechanicznymi, natomiast ten nieprzewodzący był materiałem znacznie bardziej wytrzymałym. Obliczenia w ramach tej teorii pozwoliły nam uzyskać najwłaściwszy stosunek udziałów obu materiałów w taki sposób, żeby powstały z ich połączenia wynikowy materiał jednocześnie przewodził prąd i był wytrzymały. Czyli, żeby dzięki odpowiedniej koncentracji materiału przewodzącego w nieporzewodzącym powstały ścieżki przewodzenia umożliwiające swobodny przepływ prądu w takim materiale. Początkowo to były prace czysto teoretyczne skupiające się na modelowaniu zjawisk perkolacyjnych, do czego wykorzystywaliśmy superkomputery w Cyfronecie na Akademii Górniczo-Hutniczej. Nasze obliczenia musieliśmy przenieść do Krakowa z uwagi na to, że do ich realizacji potrzebowaliśmy naprawdę dużych mocy obliczeniowych.

Jak to się stało, że teoria zmieniła się w praktykę?

Udało mi się zdobyć program stażowy z Fundacji Nauki Polskiej, dzięki któremu trafiłem na Uniwersytet w Porto. Odbyłem tam staż, którego celem było głównie podniesienie moich kompetencji miękkich, ale przy okazji z moim mentorem realizowałem zagadnienie naukowe. Tak się złożyło, że mój mentor był bardzo mocno związany z zagadnieniami lotnictwa i przemysłu aerokomsicznego, więc gdzieś podczas naszych dyskusji wykiełkował pomysł na taki właśnie materiał, który będzie chronić przed wyładowaniami atmosferycznymi minimalizując uszkodzenia spowodowane przez uderzenie pioruna. Był to relatywnie mały projekt również z Fundacji Nauki Polskiej. Aplikacja miała tutaj formę konkursu, którego regulamin wymagał ode mnie przygotowania prezentacji na temat projektu interdyscyplinarnego, a następnie przedstawienia jej przed kapitułą konkursu. Miałem zaledwie pięć minut na to, żeby zarazić moim pomysłem jurorów zasiadających w kapitule i to mi się udało. Ostatecznie zająłem w tym konkursie trzecie miejsce, dzięki czemu uzyskałem roczne finansowanie moich dalszych badań. Wielkich pieniędzy z tego nie było, ale uważam, że był to przełomowy grant, który dał nam kolejny impuls do dalszych badań. Mogliśmy w końcu wejść do laboratorium i nasze teoretyczne symulacje wypróbować w praktyce.

Efekty tych prac możemy już obecnie namacalnie dotknąć. To ta czarna płytka, którą trzymam w ręku.

 Dzięki środkom z projektu zakupiliśmy między innymi niezbędne odczynniki, dzięki którym możliwe stało się zsyntezowanie polimeru, który stanowi osnowę tego kompozytu. Polimer, który ma zdolność przewodzenia prądu elektrycznego na bardzo dobrym poziomie porównywalnym z możliwościami półprzewodników. Następnie już własnym sumptem dalej rozwijaliśmy ten polimer do formy kompozytu poprzez dodanie do niego tkaniny węglowej, mającej na celu nadać mu właściwą sztywność i trwałość. Przeprowadziliśmy również próby piorunowe. Jak widać po tych płytkach, które mamy przed sobą, uszkodzenia wywołane aplikowanymi przez nas w laboratorium sztucznymi piorunami nie są zbyt rozległe. W kilku miejscach materiał odparował, ale jeśli przyjmiemy, że normalnie temperatura w miejscu uderzenia pioruna wynosi od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy stopni, to nie może to szczególnie dziwić. Natomiast dzięki temu, że nasz materiał nie działa jak izolator, ale odbiera ładunek elektryczny, ta temperatura jest znacznie niższa. Z naszych obliczeń wynika, że strumień cieplny w tej sytuacji jest mniejszy o trzy rzędy wartości. W efekcie piorun nie jest w stanie przebić tej struktury na wylot, co ma w lotnictwie kluczowe znaczenie. Najgorszy efekt uderzenia pioruna to bowiem uziemienie maszyny i wymuszenie przeprowadzenia naprawy, co jest nie tylko kosztowne, ale powoduje też, że samolot, który nie lata przynosi dalsze straty.

Nieco upraszczając, mamy tutaj do czynienia z plastikiem. Plastik co do zasady nie przewodzi prądu, więc już w tym momencie ten polimer, o którym rozmawiamy jest unikalny. A jak wygląda sytuacja z jego wytrzymałością? Czy ona była testowana?

Wytrzymałość tego elementu jest bardzo wysoka, porównywalna do kompozytów konstrukcyjnych obecnie stosowanych w lotnictwie. Badaliśmy to w laboratorium i wyniki były nawet kilkunastokrotnie lepsze, niż w przypadku tradycyjnego materiału, jakim jest stal i to przy dużo niższej masie.

Nie samymi materiałami człowiek jednak żyje. A Pana pasją, taką nieco poboczną, jest również matematyka.

Zgadza się. Nawet nie do końca sama matematyka co jej dość specyficzny, żeby nie powiedzieć, że egzotyczny dział jakim jest geometria fraktalna. Nawet sami matematycy często dość niechętnie zaliczają ten dział do swojej dziedziny. Jako pojęcie geometria fraktalna rozwinęła się zresztą całkiem niedawno, bo niespełna 40 lat temu za sprawą uczonego z Francji, polskiego pochodzenia, Benoit Mandelbrota, który jako pierwszy zdefiniował termin fraktal.

Dla mnie osobiście fraktale to rodzaj gimnastyki dla umysłu. Są to niezwykle ciekawe zagadnienia, często bardzo skomplikowane i mocno teoretyczne. Jest to więc dla mnie taka odskocznia od codziennej pracy w laboratorium, od rzeczy bardzo namacalnych i dużo bardziej rzeczywistych.

Mimo swojej teoretyczności, fraktale – czyli takie niepowtarzalne, jedyne w swoim rodzaju formy – mają też swoje zastosowanie praktyczne.

Oczywiście. Dlatego też stale próbuję łączyć obie dziedziny moich zainteresowań. Fraktale oprócz tego, że są piękne mają też zastosowanie w bardzo wielu dziedzinach nauki i techniki. Osobiście wykorzystuje je w zagadnieniach badań nieniszczących. Istnieje bowiem pojęcie wymiaru fraktalnego, dzięki któremu możliwe jest wykrywanie uszkodzeń w materiałach kompozytowych. Odbywa się to w ten sposób, że badając strukturę, która jest w jakiś sposób uszkodzona – nawet jeśli jest to uszkodzenie niewidoczne, podpowierzchniowe – wykorzystując bardzo precyzyjną aparaturę do pomiaru drgań np. wibrometr laserowy jesteśmy w stanie uzyskać charakterystyczne postacie drgań takiego elementu. Następny element badań polega na analizowaniu rezonansów, w jaki wchodzi pobudzana w ten sposób struktura. Wiedząc w jaki sposób wygina się ten element, przy zastosowaniu wyrafinowanego aparatu matematycznego, jesteśmy w stanie odszukać takie uszkodzenie w postaci własnej drgań. Właśnie tego typu kwestie były przedmiotem mojej habilitacji, chociaż wtedy stosowałem do badań nieco inne narzędzia.

Jakie jeszcze zastosowania mają fraktale?

Zastosowania geometrii fraktalnej wykraczają daleko poza inżynierię materiałową. Można ją stosować również w innych naukach: od biologii molekularnej, poprzez chemię – tutaj mamy niezwykle ciekawe zagadnienie rozrostu dendrytów, które tworzą charakterystyczny wzór będący fraktalem, a kończąc na takich “odlotowych” zagadnieniach, jak kosmos – astronomowie również próbują opisywać to, co obserwują językiem geometrii fraktalnej. Możemy mówić między innymi o fraktalnej teorii wszechświata, która zakłada, że cały wszechświat jest jednym, wielkim fraktalem. Nawet teoria perkolacji, o której już mówiliśmy, ma wiele wspólnego z geometrią fraktalną. Tzw. klaster perkolacyjny, czyli zbiór ścieżek przewodzenia w materiale również ma właściwości fraktalne.

Mamy często w głowie obraz naukowca jako kogoś, kto skupia się tylko na badaniach, niechętnie wychodzi z laboratorium, zajęcia dydaktyczne ze studentami prowadzi bardziej z obowiązku, zresztą i tak nie umie dobrze przekazać swojej wiedzy, bo posługuje się bardzo hermetycznym językiem. Pan jest zupełnym przeciwieństwem tego stereotypu. Często można spotkać Pana podczas wydarzeń służących popularyzacji nauki. Widać, że przekazywanie wiedzy również jest Pana pasją.

Jeśli chodzi o coś, co można nazwać popularyzacją nauki, to zawsze widziałem w tym dla siebie pewną przyjemność, ale również praktykę. Dzięki wydarzeniom popularnonaukowym, nawet tak specyficznym, jak wykłady dla dzieci w ramach Uniwersytetów Dziecięcych, które prowadzę od kilku lat, nie tylko czuję satysfakcję, ale też uczę się opowiadać o moich badaniach, często bardzo skomplikowanych, prostym i przystępnym językiem. Szczególnie dzieci stanowią tutaj bardzo duże wyzwanie. O ile bowiem studenci akademiccy muszą mnie słuchać, bo od tego zależy ich wiedza oraz szansa na zaliczenie, o tyle o uwagę dzieci, często kilkulatków, to ja muszę specjalnie zabiegać. Takie wykłady muszą być więc bardzo interaktywne, przewidywać jakieś zjawiskowe symulacje oraz być opowiadane łatwo przyswajalnym językiem, żeby dziecko nie tylko wysłuchało wykładu, ale też zrozumiało sens zagadnień, o których jest mowa. Oczywiście zawsze jest też wówczas mnóstwo pytań, często bardzo zaskakujących. Nie brakuje również kuriozalnych sytuacji. Podczas jednego z moich sztandarowych wykładów na temat czarnych dziur opowiadałem na przykład, że za pięć miliardów lat nasze słońce może przekształcić się w czerwonego olbrzyma i pochłonąć Ziemię. Wywołało to płacz i przerażenie jednej z dziewczynek, która nie do końca zdawała sobie sprawę, ile to jest pięć miliardów lat. Trzeba było ją następnie uspokajać, bo bardzo ją zmartwiła ta przedstawiona przeze mnie perspektywa.

Jak się pracuje z dziećmi? Czy łatwo jest im te skomplikowane teorie opowiedzieć w taki sposób, żeby zrozumiały o co w nich chodzi? Wiadomo, że postrzeganie świata przez dzieci jest inne, niż przez osoby dorosłe. Wyjaśnianie im takich bardziej abstrakcyjnych pojęć, jak na przykład istnienie kosmosu wydaje się być zadaniem skrajnie trudnym.

Dzisiejsze młode pokolenie – mówię tu o obecnych kilku- czy kilkunastolatkach – to już nie są te same dzieci, co kilkanaście czy kilkadziesiąt lat temu. Oni są wychowani na takich portalach jak YouTube i na kanałach w rodzaju Discovery, więc gdy przychodzą na mój wykład to mają już pewną wiedzę na omawiany przeze mnie temat. Dwulatek, który często jeszcze poprawnie nie mówi, ale już potrafi obsłużyć smartfon czy tablet ma dostęp do niebywałej bazy wiedzy. Gdy jest starszy potrafi nie tylko z tej bazy czerpać, ale wyrabiać sobie własne zdanie na temat zagadnień naukowych. Dla mnie to również bywa zaskakujące, gdy prowadząc moje wykłady i zadając dzieciom pytania otrzymuję często bardzo dojrzałe odpowiedzi. Jestem wręcz zszokowany, ile te dzieci wiedzą i z jakimi pojęciami są zaznajomione. Zagadnienia, o których opowiadam nie są więc proste, ale jednocześnie trafiają na bardzo podatny grunt, przygotowany zawczasu właśnie dzięki powszechnie dostępnym programom popularnonaukowym. A warto zauważyć, że powstają też specjalne centra popularyzacyjne – sztandarowym przykładem jest tutaj Centrum Nauki “Kopernik” w Warszawie – które też odgrywają swoją rolę w przekazywaniu wiedzy naukowej najmłodszym. A i sama popularyzacja wiedzy jest dziś obecnie w Polsce czymś modnym, więc również rodzice pilnują tego, żeby ich dzieci miały z nauką styczność od najmłodszych lat. Dzięki temu również mnie jest później dużo łatwiej przekazywać młodym słuchaczom kolejne porcje wiedzy.