Maria Bruna (Sant Cugat del Vallès, 1984) acaba de rebre el Whitehead Prize 2020 concedit per la London Mathematical Society. Se li ha reconegut la seva recerca en el camp de l'homogeneïtzació asimptòtica en el desenvolupament sistemàtic de models continus de sistemes de partícules en interacció, una tasca que du a terme a la University of Cambridge. Titulada en Enginyeria Industrial i Matemàtiques a la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) en un programa conjunt del Centre de Formació Interdisciplinar Superior, Bruna reconeix que s'ha acabat dedicant a la recerca pràcticament per casualitat però que és ''molt addictiva.''
Què suposa haver estat reconeguda amb el Whitehead Prize 2020 per la teva carrera?
La veritat és que és un guardó bastant important i ben reconegut al Regne Unit. M'ha fet molta il·lusió perquè ve després d'un moment bastant dur per combinar família i feina, perquè tinc dos nens petits de 2 i 4 anys i des del mes de març que no he pogut pràcticament treballar. Així que rebre el premi ajuda a aixecar una mica els ànims, a banda del reconeixement professional.
No és però el primer premi que reps, et veurem d'aquí uns anys amb un Nobel?
Nooo! (riu) De matemàtiques només hi ha el Fields Medal, l'equivalent al Premi Nobel, i només te'l poden donar abans dels 40 anys, així que ja segur que no. Havia aconseguit altres reconeixements com ara una L'Oréal-Unesco For Woman in Science Fellowship, però el Whitehead Prize és el primer premi com a tal que rebo i que no havia demanat, i per tant, va venir de sorpresa.
En aquest cas, se't premia la recerca en homogeneïtzació asimptòtica i el desenvolupament sistemàtic de models continus de sistemes de partícules en interacció. En què consisteix?
Els sistemes de partícules en interacció apareixen en moltíssimes aplicacions, per exemple grups de cèl·lules en un tumor, un ramat d’animals o ions de liti en una bateria. Una pregunta clau en aquests sistemes és: podem preveure el comportament del grup coneixent el comportament dels seus components? Per exemple, com es mou un ramat segons les interaccions entre els animals? En la meva recerca, utilitzo models matemàtics per respondre aquestes preguntes. Estudio com obtenir models continus basats en equacions en derivades parcials per descriure l’evolució del grup a partir de models microscòpics estocàstics que inclouen l’evolució que cada partícula en el grup. L’avantatge dels models continus és que són molt més fàcils de resoldre i estudiar que no pas un gran nombre d’equacions microscòpiques. La part d’homogeneïtzació asimptòtica és propera a l’enginyeria. S’utilitza per obtenir equacions efectives o de medi continu de materials heterogenis, com per exemple descriure la mecànica de fluids en medis porosos o la conducció o difusió en materials compòsits. La idea és semblant a l’anterior: en comptes d’utilitzar un model molt detallat amb cada inclusió en un material compòsit, busquem un model efectiu que és molt més pràctic però que al mateix temps descriu acuradament el material.
Algun exemple en enginyeria?
Un exemple seria el formigó, que té diversos components: ciment, grava, sorra, etc. Si el volguessis descriure la microestructura del formigó acuradament seria molt complex i no pràctic a l’hora de calcular la resistència del material o com es comportarà amb combinació amb altres elements. Les bateries d’ió liti són un altre exemple on la tècnica d’homogeneïtzació s’utilitza per obtenir un model efectiu d’una microestructura complexa que combina partícules de l’elèctrode, l’electròlit i els ions de liti. Per últim, una aplicació amb la que vaig treballar amb l’empresa britànica Dyson és el cas de filtres purificadors d’aire. En aquest cas la microestructura consisteix en un teixit de fibres (sovint de diversos materials), i s’ha de descriure l’evolució de l’aire contaminat a través del filtre i com les partícules de pols hi queden atrapades. A Dyson volien saber com dissenyar un filtre per atrapar el màxim de pols i que duri el màxim de temps sense bloquejar-se. Si haguéssim de fer un model incloent cada fibra i particular de pols, seria gairebé impossible i no els hi seria útil per entendre com dissenyar el millor filtre. En canvi, els nostres models homogeneïtzats els hi permet simular la càrrega d’un filtre en menys d’un minut. Això et permet fer molts experiments canviant els paràmetres i detectar la zona d'interès i més adients.
És per tant, un sistema de predicció?
Si, exacte! Seguint amb l’analogia dels filtres, el resultat són models d'equacions diferencials amb derivades parcials que ens permeten dir a temps inicial tinc aquests filtres amb aquestes característiques i composició i deduir què passa al cap d'una hora d'aspirar. Amb models matemàtics podem decidir canviar les condicions inicials del filtre perquè sigui més porós i s'utilitzi en al seva totalitat. Això a Dyson, per exemple, els interessava per aconseguir que l'aparell no necessiti un canvi de filtre durant tota la seva vida útil.
És en un altre àmbit però els models matemàtics s'han fet populars durant la pandèmia del covid-19. Creus que són massa desconeguts per l'aplicabilitat que poden tenir?
Els models matemàtics que s’estan utilitzant per descriure i intentar preveure com evolucionarà amb el COVID-19 es basen en un model epidemiològic anomenat SIR, que escriure la interacció entre poblacions susceptible (S), infectada (I) i recuperada (R). Hi ha certa relació amb la meva àrea de recerca de models microscòpics estocàstics de partícules que interactuen. En el cas del COVID-19, els models miren com una persona es troba amb una altra persona, interactuen i quina probabilitat hi ha que es passaran el virus. És interessant. Al principi amb col·legues de Cambridge vam pensar que degut a la pandèmia es valoraria més el que fem, la modelització matemàtica i l’aplicabilitat del que fem. Ara comencem a patir del contrari... perquè mira on estem! Però sí, crec que això és una part bona de la pandèmia que ha arribat més al públic general sap què és una R0 i que cal estar sota d'1 perquè no creixi la pandèmia.
Vas fer matemàtiques però també enginyeria alhora, no?
Vaig començar amb enginyeria industrial perquè, com molta gent, se'm donaven bé les ciències i no em volia decidir. Em va agradar molt el primer any però a mesura que ens especialitzàvem em vaig adonar que el que m'interessava més era el pas de problema-model i que, degut a la gran quantitat de matèries que es cobrien, no hi havia prou temps per entendre aquest pas. Per això, quan es va obrir el Centre de Formació Interdisciplinar Superior (CFIS) de la UPC, que et permet cursar dues carreres, m'hi vaig afegir i vaig començar a estudiar matemàtiques.
Si haguessis de dedicar-te a l'enginyeria, en quina branca et veuries treballant?
Sempre m’han interessat les energies renovables, i potser a través de l’homogeneïtzació de bateries, un dia m’agradaria dedicar-hi més temps. Però ara mateix encara m’agrada pensar que tinc un peu a cada costat. Alhora de fer el projecte de final de carrera d'industrials, com que m'agradaven les dues vessants, vaig anar a l'Oxford Centre for Industrial and Applied Mathematics. De sobte va ser com si se m’obrís un univers paral·lel on fan realment podia utilitzar coneixement dels dos costats i fer recerca en matemàtiques aplicades. I això em va atreure molt. Tant que, tot i que només tenia previst anar-hi per un any i desprès buscar feina d’enginyera a Catalunya, vaig acabar quedant-me a fer el doctorat a Oxford. I d’això ja fa 12 anys!
Així que et dediques a la recerca per casualitat?
Totalment. Sempre explico als estudiants que em pregunten com he arribat fins aquí que va ser un seguit de coincidències o d’anar seguint el que m’ho feia passar bé. No sóc una acadèmica vocacional!
Què és el que més valores de fer recerca?
Crec que el poder aprendre coses noves cada dia i la independència. La recerca és molt addictiva: un dia que et surt alguna cosa val per deu dies dolents. Valoro molt també fer una feina que m'ho passo bé, és això sobretot.
I des de fora com veus la recerca a Catalunya?
És una bona pregunta, aquesta. Jo quan vaig anar a fer projecte de final de carrera que se'm va obrir un nou horitzó que no coneixia, veure un lloc on la recerca és el que tothom vol fer i hi ha molt finançament per fer el doctorat però també moltes opcions per fer postdocs. Al Departament no hi ha ningú que no faci recerca. Aquí veig que falta finançament i si no pots contractar gent jove o doctorands, trenca molt les perspectives. Hi ha gent bona que veu que si no se'n va fora no pot seguir, i molta no torna. Al Regne Unit hi ha molt més finançament a la recerca, sobretot pel que fa a les matemàtiques o projectes que combinin universitat i empresa, i a nivell de post-doctorands. No és inusual tenir contractes de postdoc durant molts anys, amb certa seguretat perquè saps que després et donaran continuïtat o bé a la universitat o en empreses. Aquí Catalunya veig que això no passa i que crea un cert ambient de resignació, toca la motivació. Per fer recerca has d'estar motivat.
Tu que vas estudiar alhora enginyeria i matemàtiques devies topar amb poques noies, és una assignatura pendent a Catalunya, entre les noies sobretot?
En la meva època, a Industrials, a vegades a una classe de cent era l'única noia i no ajudava sentir-te en minoria i sentir comentaris masclistes. En aquella època no m'importava massa perquè tenia el suport de la família, però si alguna noia està més insegura, al final, no ajuda. És un tema pendent... Crec que la feina s'ha de fer a casa i a les escoles, més que no pas en educació secundària, quan segons com ja és tard per inculcar la curiositat de com funcionen les coses o de la utilitat de les matemàtiques. També crec que és un problema que a l'escola no s'estudia 'enginyeria' i per tant, costa imaginar què és estudiar enginyeria o de què et servirà, si no tens un exemple proper en el teu entorn. És un tema molt complicat, a Cambridge hi estic posada i tenen un problema molt gran de diversitat, no només de gènere. La representació de noies a la carrera de matemàtiques a Cambridge es molt pitjor que a Barcelona. A Catalunya almenys vaig tenir moltes professores de matemàtiques, a Anglaterra és molt més estrany. Els referents o 'role models' ajuden molt.
Creus que és cultural?
Sí, crec que en bona part si. Jo tinc un fill i una filla i ho estic vivint de primera mà. Tot i estar pendent d'aquestes coses te n'adones que sense voler és l'entorn que va cap aquí: al nen li regalen el lego i a la nena, la nina. Comença així, sí.
