Een wiskundige in het milieuonderzoek - Essay Marketplace

Een wiskundige in het milieuonderzoek

De wiskunde wordt gebruikt voor het invoeren van een beslissingsondersteunend systeem in milieuonderzoek. Het doel van het systeem is het ondersteunen van beslissingsproblemen. Een beslissingsprobleem wordt beschreven door drie karakteristieken: de doelstellingen van het probleem, de alternatieven die het probleem zouden kunnen oplossen en de prioriteiten die gesteld worden aan de diverse doelstellingen. Een bekend voorbeeld van een beslissingsprobleem is de Betuwelijn. Hier is de belangrijkste doelstelling de verbetering van het goederentransport per trein. Als mogelijke oplossingen zijn diverse trajecten in combinatie met ondergrondse of diepliggende gedeelten vergeleken. Enkele andere doelstellingen van het probleem zijn: zo veel mogelijk de natuur ontzien, zo min mogelijk overlast voor omwonenden en zo goedkoop mogelijk. Deze doelstellingen zijn niet allemaal even belangrijk. Daarom kan er aan elke doelstelling een gewicht gekoppeld worden, zodat de prioriteiten vastgesteld worden en dit meegenomen kan worden in het vergelijken van de alternatieven. Met behulp van één of meerdere criteria wordt gemeten in hoeverre aan een doelstelling voldaan wordt. Deze criteria spannen samen met de alternatieven een effectentabel op. In deze effectentabel staat het effect van elk beleidsalternatief voor de van belang zijnde criteria. Vaak wordt zo’n effect uitgedrukt in een getal, maar ook plussen en minnen en ordinale of binaire waarden zijn mogelijk. Er bestaan verschillende methoden die een effectentabel kunnen omzetten in een rangschikking van alternatieven. Deze methoden worden multicriteria-analyses (MCA’s) genoemd, waarvan de meest complexe gebruik maakt van grafentheorie.

Het bouwen van zo’n systeem heeft geresulteerd in het BOSDA-systeem (BeslissingsOndersteunend Systeem voor Discrete Alternatieven).

Bron: https://staff.fnwi.uva.nl/t.h.koornwinder/pastkdvi/alumni/00-09/00-09_vanHerwijnen.pdf

Keuzes in containerlogistiek

De containermarkt groei nog altijd razendsnel. Om aanmeertijden van schepen zo laag mogelijk te houden moeten containerterminals alle complexe logistieke processen goed organiseren.

De containermarkt overtreft op dit moment de groei van de wereldeconomie. In 2006 werden er in totaal 440 miljoen TEU (Twenty Foot Equivalent Unit, een standaardmaat voor containers van 6 meter) containers overgeslagen.

De 20 grootste havens in de wereld, waaronder Rotterdam, zorgen voor de overslag van bijna 220 miljoen TEU. Om deze razendsnelle groei bij te kunnen houden, worden er steeds meer schepen bijgebouwd, met een steeds grotere capaciteit. In 2007 voeren 3904 schepen rond met een totale capaciteit van 9,4 miljoen TEU. De grootste schepen vervoeren nu tot 12.000 TEU.

Tijdsfactor

De tijdsfactor is van het grootste belang bij containertransporten. Omdat er geen waarde aan de vracht wordt toegevoegd terwijl het schip stil ligt, is het overslagproces van containers in een haven het duurste onderdeel. Daarom willen de havens de aanmeertijden dus zo kort mogelijk houden om de concurrentie voor te blijven en de rederijen tevreden te stellen. Het terminalmanagement moet vele keuzes maken om dit doel te bereiken. Bij het bedenken van oplossingen voor dit probleem en het maken van beslissingen hierover speelt de wiskunde een belangrijke rol. Omdat de logistieke processen erg complex zijn, worden onderzoekers constant uitgedaagd om nieuwe wiskundige technieken te ontwikkelen die razendsnel een goede en liefst optimale oplossing produceren.

Logistieke processen

De logistieke processen kunnen als volgt worden beschreven:

Bij aankomst in de haven worden schepen aangemeerd in een insteekhaven of aan een kademuur. Nadat het schip is aangemeerd, worden de containers één voor één door bemande kadekranen gelost van het dek en uit het ruim volgens een losplan, waarin beschreven staat hoe het schip gelost moet worden om stabiel te blijven liggen. De kadekraan zet een container van het schip op de grond. Een straddle carrier pakt de container vervolgens van de grond op om deze naar het opslaggebied te vervoeren.

In het opslaggebied, ook wel stack genoemd, worden containers tijdelijk opgeslagen. Zo’n stack is opgebouwd uit parallel gelegen rijen waar containers gestapeld worden opgeslagen. Bovenloopkranen zorgen voor de in- en uitslag van de containers. Een container die de stack binnengekomen is, wordt door de bovenloopkraan opgeslagen in de stack, hierbij wordt nauwkeurig geregistreerd welke container waar staat, zodat deze gemakkelijk teruggevonden kan worden. Op het moment dat de vrachtwagen die de container verder gaat vervoeren naar zijn eindbestemming, is gearriveerd zal de bovenloopkraan de container uit de stack halen.

Om export containers op een schip te laden worden de hiervoor genoemde stappen in omgekeerde volgorde uitgevoerd. Om zorg te dragen voor een stabiel schip en een snelle en efficiënte overslag van containers in de volgende haven worden containers volgens een precies laadplan op het schip geplaatst door de kadekranen.

Bron: http://www.logistiek.nl/distributie/blog/2009/4/keuzes-in-containerlogistiek-101133218

Wiskunde gaat de strijd met kanker aan

Iedere dag zijn er wel momenten waarop je net even wat zwakker bent. Bijvoorbeeld wanneer je slaperig wakker wordt, of wanneer je al slingerend naar huis fietst na een biertje te veel. Op deze momenten reageer je trager. Wat nou als zulke momenten van zwakte ook bij een kankergezwel voorkomen? Het is in de strijd tegen kanker enorm belangrijk om te weten wanneer dit gebeurd. Volgens onderzoekers in de VS zijn die momenten met behulp van wiskundige modellen te bepalen.

Speltheorie

De modellen die de onderzoekers gebruiken zijn afkomstig uit de speltheorie, een vakgebied dat al tijden veelvuldig gebruikt wordt door economen, pokerspelers en politici. Dit is een tak van de wiskunde waarin het draait om het nemen van beslissingen. Hierin worden de verschillende strategieën die gebruikt worden om zoveel mogelijk van iets te krijgen, zoals geld of stemmen, geanalyseerd. Een aantal jaar geleden is gebleken dat de speltheorie ook in de biologie gebruikt kan worden. De speltheorie bleek ook nuttig te zijn bij het bestrijden van één van de meest vervelende eigenschappen van tumoren: de tumorcellen kunnen zich verspreiden naar de rest van het lichaam. Op het moment dat de tumoren zijn uitgezaaid, zijn deze namelijk veel lastiger te bestrijden, dus de behandeling moet hiervoor al plaatsvinden.

Zuurstofarme en zuurstofrijke cellen

Tumorcellen zijn cellen die door een fout in het DNA teveel en ongecontroleerd delen waardoor er een ophoping van cellen ontstaat, de tumor. Dit gezwel bestaat uit cellen die zuurstofarm óf zuurstofrijk zijn, dit is afhankelijk van de afstand tot het dichtstbijzijnde bloedvat. De twee soorten cellen werken met elkaar samen om zoveel mogelijk energie te produceren. Het ongecontroleerd delen van de tumorcellen, waardoor de tumor groeit en zich door het lichaam verspreid, kost de cellen namelijk enorm veel energie. Omdat het tumorweefsel een groot deel van de energie gebruikt, is het lastig voor het lichaam om tegen een tumor te vechten.

Energie produceren

Cellen produceren energie door het afbreken van glucose, een proces dat uit twee delen bestaat. Bij het eerste deel, waarbij geen zuurstof nodig is, wordt glucose omgezet naar pyrodruivenzuur. Bij het tweede deel, waarbij wel zuurstof nodig is, wordt het gevormde pyrodruivenzuur omgezet naar adenosinetrifosfaat. Omdat voor deel twee zuurstof nodig is, kan de zuurstofarme cel alleen deel één uitvoeren, dus de zuurstofrijke cel moet deel twee uitvoeren.

Nieuwe behandelmethoden

In werkelijkheid ligt de samenwerking tussen tumorcellen ingewikkelder dan hier wordt uitgelegd. De samenwerking kan beschreven worden met dynamische modellen uit de speltheorie. In een aantal gevallen is er sprake van een zwakkere samenwerking tussen de cellen. Hier neemt minder dan de helft van de tumorcellen deel aan de samenwerking, wat de tumor kwetsbaar maakt. Zo’n moment is uitermate geschikt om de samenwerking tussen de cellen te verstoren. Zo wordt de tumor de energie ontnomen die nodig is om groter te worden.

Als onderzoekers de samenwerking tussen tumorcellen kunnen begrijpen en manipuleren, dan ontstaan er compleet nieuwe methoden om kanker te bestrijden. Een methode kan zijn om tijdens een kwetsbaar moment van de tumor het transport van pyrodruivenzuur tussen de zuurstofarme en zuurstofrijke cellen te onderbreken. Dit brengt de tumor in een positie waarbij de cellen niet meer met elkaar kunnen samenwerken. En dan kan de tumor waarschijnlijk niet verder groeien.

Bronnen: http://www.scientias.nl/wiskunde-gaat-de-strijd-met-kanker-aan/ en Binas 5de druk

Review this essay:

Name
Rating
Your review: (optional)

Latest reviews:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.