Când capsula Orion din cadrul misiunii Artemis II a pornit în jurul Lunii acum câteva săptămâni, la sute de mii de kilometri de Pământ fiecare sistem de la bord trebuia să funcționeze perfect. Printre cele mai importante erau bateriile, esențiale pentru alimentarea și funcționarea capsulei în diferite faze ale misiunii. Unul dintre cercetătorii care au lucrat la modele matematice pentru analiza bateriilor utilizate în capsula Orion este un profesor originar din Rădăuți, județul Suceava. Dr. Paul Coman împlinește 40 de ani anul acesta, este profesor cercetător la University of South Carolina și colaborează în proiecte de cercetare publice cu NASA de peste un deceniu. Expertiza lui în modelare matematică și comportamentul bateriilor a fost aplicată în domenii variate, de la aerospațial până la industria auto și dispozitive medicale. A colaborat și cu alte companii mari, precum General Motors, și a contribuit la cercetări privind extinderea duratei de viață a bateriilor pentru stimulatoare cardiace. A acceptat primul interviu personal din viața lui, iar noi suntem onorați să-i spunem povestea.
Interviul cu NASA: 15 oameni de știință de la NASA ascultă ce are de zis un doctorand
Prof. Paul Coman a ajuns în Statele Unite ale Americii în 2015. Era doctorand la o universitate din Danemarca și venise la University of South Carolina pentru un semestru ca cercetător invitat.
În America, profesorul coordonator l-a întrebat în ce proiect ar vrea să lucreze. Unul dintre ele era capsula Orion de la NASA, construită să ducă oameni în spațiu. Unul dintre proiectele asociate colaborării implica modelare matematică aplicată sistemelor de baterii pentru aplicații aerospațiale.
„Masteratul din Danemarca mă ajutase mult în modelare matematică. De fapt, toți anii de matematică m-au adus în momentul acela.”
Profesorul i-a spus că poate aranja o întâlnire cu o parte din echipa de la NASA, dar mai întâi l-a pus la treabă. Săptămâni întregi, zi și noapte, Paul a analizat modele privind propagarea termică și transferul energetic în sisteme de baterii.
Apoi, în ziua interviului, Paul s-a conectat online la o discuție cu aproximativ 15 cercetători și oameni de știință implicați în proiecte asociate NASA, care voiau să înțeleagă abordarea lui.
„La un moment dat cineva mi-a pus o întrebare și am înghețat. Pentru o clipă s-a umbrit totul în fața ochilor. Mi-am dat seama în câteva microsecunde că trebuie să răspund. Și să răspund bine.”
Și a răspuns atât de bine, încât colaborarea cu NASA a continuat în diferite proiecte de cercetare și continuă și în prezent. În 2018 s-a angajat full-time la University of South Carolina din Columbia ca cercetător postdoctoral. Astăzi este profesor cercetător la aceeași universitate, conduce propriul laborator și coordonează studenți și proiecte de cercetare.
Ce înseamnă să calculezi siguranța unei baterii spațiale
Când vorbești cu Prof. Paul Coman despre munca lui, primul lucru pe care îl face este să demonteze ideea că totul se rezumă la el.
„În spatele proiectelor de acest gen sunt foarte mulți oameni. Contribuția mea a fost în principal în zona modelării matematice.”
Dar ce înseamnă asta concret?
Imaginează-ți că vrei să construiești o baterie cu zeci, sute sau mii de celule puse împreună, ca niște baterii AA lipite unele de altele. Dacă una dintre ele se supraîncălzește și ia foc, căldura se poate propaga la cele din jur. Asta poate declanșa un lanț de reacții care devine foarte dificil de controlat și poate amplifica explozia. Fenomenul se numește „thermal runaway”.
„Thermal runaway e procesul în care o reacție chimică activată nu mai poate fi controlată. Odată ce se atinge un prag energetic, nu mai poți face nimic.”
Soluția clasică de proiectare ar fi să construiești sistemul fizic, să-l testezi, să vezi ce s-a întâmplat, să analizezi și apoi să îl reconstruiești cu noi parametri și tot așa. Timp, resurse și, mai ales, bani mulți, deoarece atunci când vorbești despre cercetare aerospațială, fiecare baterie costă enorm.
Paul Coman face însă altceva. Construiește baterii pe calculator, folosind modele matematice bazate pe legile fizicii, care simulează digital ce s-ar întâmpla în realitate. Poate schimba distanța dintre celule, materialele sau geometria pachetului fără să ardă sau să explodeze nimic fizic.
„Modelele matematice au ajutat la evaluarea modului în care diferite configurații influențează propagarea termică între celule. Astfel poți reduce numărul de teste fizice și poți înțelege mai bine comportamentul sistemului sau limitele lui”
În cadrul colaborărilor de cercetare, Paul a lucrat pe modele matematice pentru analiza comportamentului termic, electric și electrochimic al unor sisteme de baterii. Aceste modele au permis explorarea mai multor scenarii de proiectare și au sprijinit procesul de evaluare tehnică al echipelor implicate. Cercetările sale s-au intersectat cu proiecte și aplicații asociate programului Artemis/Orion, inclusiv sisteme de baterii dezvoltate pentru unele echipamente utilizate de astronauți. În loc să construiască fizic fiecare variantă, modelarea a permis testarea virtuală a mai multor opțiuni și reducerea numărului de iterații experimentale.
Lansarea Artemis II, văzută la televizor, cu sufletul la gură
Toți am urmărit pe YouTube sau la televizor misiunea Artemis II săptămânile trecute, însă Paul Coman a urmărit-o așa cum puțini oameni din lume pot spune că au făcut-o, știind că o parte mică, dar importantă, din ce se întâmpla acolo sus purta și amprenta muncii lui.
La lansare a organizat o petrecere la el acasă și a urmărit momentul la televizor, alături de prieteni și alături de o cutie de gogoși cu sigla Artemis pe ele. A stat în picioare, cu sufletul la gură, toată numărătoarea inversă.
„După numărătoarea inversă, în primele 20 de secunde nu îmi mai aduc aminte nimic. Atât de concentrat eram.”
Apoi racheta a continuat să urce, a venit relaxarea și după ea, mai multe momente pe care nu le va uita. Cel mai puternic moment a venit cateva zile mai târziu, atunci când capsula a trecut pe partea Lunii, acolo unde soarele nu mai era vizibil, iar misiunea depindea de baterii.
„Acela a fost momentul în care mi-am dat seama cât de importante sunt bateriile pentru astfel de misiuni.”
General Motors, stimulatoarele cardiace și bateriile viitorului
Colaborarea cu NASA este cea mai cunoscută parte din munca lui Paul, dar nu este singura.
A lucrat și cu mai multe firme mari, dar și cu General Motors pe o problemă pe care compania o avea: când apeși frâna unui vehicul electric sau hibrid, se activează un motor regenerativ care încarcă bateria. Motorul funcționează pe curent alternativ. Bateriile, pe curent continuu. Dacă sistemul nu e proiectat corect, curentul alternativ scapă în baterie și nimeni nu știe exact ce îi face pe termen lung.
„E posibil ca aceste efecte să contribuie la îmbătrânirea mai rapidă a bateriilor. E un domeniu care încă se încearcă a fi înțeles.”
Rolul lui Paul a fost să dezvolte modele matematice și simulări pentru a analiza aceste fenomene și comportamentul bateriilor în diferite condiții de funcționare. Rezultatele au fost publicate ulterior în literatura științifică, inclusiv în colaborare cu cercetători afiliați General Motors.
A lucrat și cu o companie care produce stimulatoare cardiace. Firma venise cu o nouă generație de baterii pentru stimulatoare și voia să estimeze ce durată de viață vor avea. Până atunci, bateriile se schimbau la fiecare 10 ani, iar pentru asta era nevoie de o nouă operație.
Simulările realizate au sugerat posibilitatea unei durate de viață extinse, în anumite condiții, până la aproximativ 14-15 ani.
„Nu puteau să aștepte cincisprezece ani ca să vadă experimental cât vor ține aceste baterii. Asta e una dintre marile puteri ale modelării matematice: poți înțelege și anticipa comportamentul unui sistem într-un timp mult mai scurt (și mult mai ieftin). Dar dincolo de partea tehnică, pentru mine a fost important și faptul că lucram la ceva care putea însemna mai puține operații pentru oameni cu probleme cardiace. Gândul că un pacient ar putea trece printr-o intervenție o dată la 14-15 ani în loc de o dată la 9-10 ani a avut o încărcătură umană foarte puternică.”
Ce urmează
Paul Coman lucrează acum la baterii structurale – sisteme care funcționează simultan ca element de structură și ca sursă de energie. Conceptul este studiat de mai mulți ani în cercetarea aerospațială și a materialelor avansate, însă implementarea practică rămâne dificilă. Paul și echipa lui explorează noi metode și materiale care ar putea face aceste sisteme mai eficiente și mai ușor de integrat în aplicații reale.
Descoperirea cheie este faptul că fibra de carbon, adică materialul din care e construit, printre altele, fuselajul Boeing Dreamliner, poate funcționa ca electrod. Asta înseamnă că o structură făcută din fibră de carbon poate fi, în același timp, și o baterie.
„În loc să ai un compartiment plin cu baterii, să ai bateria integrată direct în structură.”
Aplicația cea mai clară e în aerospațial, unde greutatea contează enorm și accidentele sunt rare, deci riscul de a deteriora o baterie structural integrată este destul de redus. Unul dintre studenții lui Paul a primit deja un grant de la NASA pentru a construi un mic fuselaj de avion care să funcționeze și ca baterie. Este o machetă, dar un pas concret spre implementare.
Însă până la o aripă de avion care se și încarcă mai e drum lung, ani de cercetare și companii dispuse să preia tehnologia și să investească în cercetare.
Dar înainte de NASA, a fost un cartier din Rădăuți
Rădăuțiul anilor ’90 nu era un loc în care copiii creșteau cu vise mărețe. Paul Coman a crescut într-un mediu familiar multor români: blocuri comuniste și părinți care plecau dimineața la fabrică sau la uzină și se întorceau seara. Între timp, copiii erau singuri la joacă și liberi să facă ce vor. Și asta, spune Paul acum, a fost poate prima lui „școală”.
„A fost un fel de creșă în aer liber, în care fiecare ne-am întreținut cum am putut. O copilărie care m-a învățat să mă descurc singur, să înțeleg oameni foarte diferiți și să găsesc soluții independent.”
Paul nu era deloc un elev-model în sensul clasic al cuvântului. În clasele I-IV lua premii, însă odată cu adolescența au apărut alte priorități. Școala nu mai ocupa primul loc, deși matematica a rămas una dintre puținele constante de-a lungul timpului.
Primii profesori care l-au format și pe care nu i-a uitat niciodată
Sunt cel puțin doi oameni din Rădăuți pe care Paul Coman îi menționează cu nume și prenume și despre care vorbește cu recunoștință sinceră.
Prima este profesoara Maria Grigore, care i-a predat matematică în clasele V-VIII. O descrie scurt: scundă, păr brunet, severă. Era genul de pedagog pe care îl înțelegi abia când devii adult.
„Era puțin dură, ceea ce era perfect. Nu îmi pot imagina perioada aia fără un profesor de genul acela.”
Merită menționat un lucru pe care Paul l-a adăugat aproape în treacăt, dar care spune multe despre el, ca om: s-a reîntâlnit cu profesoara Grigore cu câțiva ani în urmă, când s-a reîntors în Rădăuți pentru o perioadă scurtă:
„În momentul acela mi-am dat seama că sunt tot ca un elev. Oricât de mult ai urca în scara academică, un profesor care te-a format va fi mereu deasupra ta.”
Al doilea om care l-a format este Vasile Bouaru, profesorul de matematică din liceu.
„El pentru mine a fost ca un părinte, un mentor. Pe lângă matematică și știință, mergeam cu el pe munte, făceam speologie, documentam peșteri, monumente, ruine și uneori ne spunea de astronomie… Activități care m-au învățat disciplină muntenească și care m-au ținut mereu conectat la natură, la felul ei direct, sincer și indiferent față de oameni.”
L-am contactat pe profesorul Bouaru, care ne-a spus că de-a lungul anilor a văzut „mulți elevi foarte buni la matematică, dar cărora le lipsea ceva: nu erau înclinați spre cercetare, nu vedeau utilitatea matematicii în jurul nostru. Paul, în schimb, chiar dacă mai făcea greșeli, era un elev cam de nota 8, își punea mereu întrebări. Voia să știe la ce îl ajută practic ce învață. Sunt puțini copii care fac asta, dar exact această curiozitate te conduce, ulterior, la reușite și descoperiri.” Cei doi erau profesor-elev la școală, dar au dezvoltat o relație de prietenie pe munte și păstrează legătura și azi.
Restanța la informatică și cum a descoperit că îi place să învețe
În liceu, Paul Coman visa să fie cântăreț și făcea parte dintr-o trupă rock din Rădăuți – trupa Hybris. Pe atunci muzica era prioritatea numărul unu, iar școala undeva în plan secund, poate chiar terț. Lucrurile au continuat în același ritm când a ajuns la Facultatea de Informatică din Iași, unde majoritatea timpului era dedicat muzicii și repetițiilor – făcea parte din trupele „Fortuna” și „Vmbra”.
La finalul primului an, avea restanțe, inclusiv la matematică, singura materie care îl pasiona cu adevărat la vremea aceea. Văzând eșecul, s-a dus la un profesor de la universitate să-l întrebe ce să facă, cu speranța că va primi un răspuns blând. Nu l-a primit.
„Mi-a zis foarte clar: <<Tinere Coman, dacă nu te apuci de învățat, nu vei trece și te vei chinui. E foarte ușoară ecuația asta>>. Atunci mi s-a părut un răspuns dur și rece, dar în timp am ajuns să-l apreciez foarte mult.”
A fost primul eșec adevărat din viața lui, la vremea respectivă. Primul moment în care efortul minim cu care era obișnuit din adolescență nu a mai fost de ajuns. Toată școala generală și liceul trecuse prin sistem fără să se forțeze prea tare.
„Eșecul de la Informatică a fost grozav. A venit ca un ciocan în cap. Dar a fost momentul în care mi-am dat seama că lucrurile trebuie să se schimbe și să iau viața în serios.”
A renunțat la Facultatea de Informatică după primul an și s-a înscris la Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor din Iași. Iar acolo ceva s-a schimbat fundamental. Pentru prima oară în viața lui, Paul Coman a descoperit că îi place să învețe.
„Mă îndrăgostisem de știință, de felul în care erau construite materialele și faptul că aveau identitate unică. Am început să merg la biblioteci. Aveam abonament pentru prima oară în viața mea. Mergeam pe Lăpușneanu, la anticariate, și luam cărți de metalurgie, cărți comuniste, din acelea groase cu planșete care ieșeau din pagini. Pentru mine deveniseră o fascinație.”
Era prin 2006. Paul avea undeva la 20 de ani și tocmai intra în ce avea să numească mai târziu epoca lui intelectuală de aur. A terminat facultatea ca șef de promoție.
Italia, Danemarca și un nou profesor care i-a schimbat viața
În anul doi de facultate, o profesoară care i-a influențat enorm parcursul educațional și profesional de mai târziu, Alina Adriana Minea, mentorul pe care Paul îl menționează cu același respect cu care vorbește despre primii dascăli.
De la ea a învățat o perspectivă care i-a schimbat fundamental întreaga viață: prima lege a termodinamicii. Un principiu simplu din fizică care spune că energia nu se creează, nu se pierde, doar se transformă dintr-o formă în alta. Pentru Paul a devenit un filtru prin care a început să privească absolut tot. Mănânci – energia din mâncare nu dispare, se transformă în mișcare, în căldură, în gânduri. Nimic nu e irosit cu adevărat.
”A fost prima oară când toată viața mea a început să fie filtrată de ideea asta. Nimic nu se pierde, totul se transformă – o știm cu toții ca filosofie, dar atunci am înțeles că poate fi pusă matematic într-un fir logic, predictibil și verificabil. Cred că atunci am început să înțeleg fascinația pe care au avut-o oamenii de știință precum Isaac Newton când au realizat că natura poate fi descrisă matematic.”
Pentru un om care crescuse cu muzică, cu schițe de icoane în creion, cu filozofie și cu credință, întâlnirea cu această lege a însemnat o reorganizare completă a minții. De la o lume în care lucrurile se întâmplau emoțional și intuitiv, la una rațională în care aproape totul putea fi urmărit, calculat, explicat.
Profesoara Minea a avut încredere în el și l-a trimis cu o bursă Erasmus în Italia, la Departamentul de Inginerie Aerospațială și Mecanică din Napoli.
Acolo s-au întâmplat două lucruri importante.
Primul a fost un om. Un coleg de ale cărui idei Paul râde și azi, dar pe care nu l-a uitat: un tânăr care voia să trăiască viața lui Leonardo da Vinci – același program de somn, același ritm, același stil de a scrie în oglindă, aceeași abordare a lumii și aceeași pasiune de zbor.
„Oricât de ciudat ar părea acum, omul era extrem de pasionat și trăia cu o intensitate pe care rar o întâlnești. Pentru prima oară vedeam pe cineva care își construia viața în jurul unei idei mari, aproape renascentiste, și care făcea pași concreți în direcția aceea. Expunerea la astfel de oameni a fost o revelație.”
Al doilea a fost un examen din Italia. Un profesor l-a întrebat la examen cum crede că se răcește un satelit în spațiu. Paul a răspuns scurt: prin radiație. Profesorul a continuat: dar ce se întâmplă când se întoarce și nu mai bate soarele pe el? Și tot așa. Nu era un examen cu răspuns corect pe hârtie, era o dezbatere. Un alt fel de a face școală față de tot ce cunoscuse până atunci.
„Mi-am luat notițe la fiecare pas. Aveam o agendă plină de idei și schițe, inclusiv cu traduceri din Italiană. Voiam să mă întorc în România și să schimb sistemul. Ce naiv!”
Când s-a întors însă din Italia, contrastul cu mediul academic românesc l-a lovit rapid. Venise dintr-un spațiu în care discuțiile erau deschise și ideile contau mai mult decât ierarhiile, iar întoarcerea a însemnat și contactul cu tensiuni personale, orgolii și reguli nescrise care uneori aveau prea puțin de-a face cu meritul academic. O profesoara l-a chemat după ore să-i recomande că ar fi bine să se tundă și să-și taie barba, dacă vrea să fie luat în serios în sistem.
„A fost un moment în care am rămas dezamăgit de superficialitatea pe care o simțeam în jurul meu. În același timp, am apreciat sinceritatea și intenția persoanei respective de a-mi explica realitatea sistemului.”
A mers apoi la profesoara Minea și a întrebat-o dacă există vreo variantă să plece din țară pentru studii. Tocmai se lansase o bursă de la o companie daneză pentru un nou profil de masterat în Energie Termică (Thermal Energy), exact ce studiase în Italia. A aplicat și, după un scurt interviu, a fost admis.
Masteratul din Danemarca, la Universitatea Southern Denmark în Sønderborg, a fost tranziția dintre student și profesionist. Nu mai era vorba despre a învăța despre termodinamică, cât despre a lucra la proiecte reale. Îndrumătorul lui de teză i-a dat o idee: În 2013, un Boeing Dreamliner parcat pe aeroportul din Tokyo luase foc din cauza unei baterii. Un incident care speriase o industrie întreagă.
„A fost un punct care a schimbat lumea bateriilor. Profesorul meu mi-a spus că siguranța bateriilor ar fi un domeniu foarte interesant de studiat și că e unul de viitor. Așa am ajuns să fac un doctorat în domeniu.”
Sistemul de învățământ danez obligă doctoranzii să petreacă cel puțin câteva săptămâni într-o altă țară. Paul visa la America de mult timp, de pe vremea bâtei de baseball și a șepcii cu Chicago Bulls din copilărie. A trimis e-mailuri la zeci de profesori din universități americane. Cei mai mulți nu au răspuns.
Unul dintre profesori a făcut-o. Era de la University of South Carolina.
„M-a întrebat direct: când vrei să vii? Așa am ajuns în 2015 în Carolina de Sud ca cercetător invitat, pentru un semestru. Apoi, în 2018, după terminarea doctoratului în Danemarca, m-am întors în SUA și m-am alăturat Universității South Carolina în calitate de cercetător postdoctoral.”
Colaborarea cu Rădăuțiul Civic
Deși este stabilit peste granițe de mulți ani, Paul a rămas conectat la problemele orașului natal, motivat de o experiență personală din 2012, când a început să investigheze calitatea aerului din Rădăuți după ce s-a confruntat cu probleme de sănătate în timpul unei vizite. Dezamăgit de lipsa de transparență a autorităților, și-a construit singur senzori și, ulterior, a colaborat cu Asociația Rădăuțiul Civic pentru a pune bazele primei rețele de monitorizare a calității aerului din Rădăuți.
Paul a coordonat instalarea aparatelor și a scris codul pentru harta dinamică vizibilă pe site-ul asociației, contribuția lui venind, ca de obicei, de la distanță. Cu timpul, rețeaua a crescut la cinci aparate, plasate în aproape toate punctele cardinale ale orașului și funcționează și azi.
Cercul care se închide
După toate experiențele prin care a trecut – de la profesorii mentori din Rădăuți și eșecurile din facultate până la laboratoarele din SUA și colaborările internaționale – Paul spune că astăzi încearcă să dea mai departe studenților lui tot ce a învățat din oamenii, transformările și mediile care l-au format.
Recent, unul dintre studenții lui a fost acceptat la doctorat la Oxford, iar un altul, Giulio Siciliano, care era de abia în anul II de facultate a obținut un grant NASA pentru dezvoltarea unui fuselaj experimental care să funcționeze și ca baterie. Are și studenți care urmează să plece în Suedia în programe de schimb academic și cercetare – un lucru care îi amintește inevitabil de momentul în care profesoara Minea l-a trimis pe el în Italia, experiență care avea să-i schimbe complet direcția vieții. Pentru Paul, astfel de momente au ajuns să aibă o greutate aparte.
„Cred că la un moment dat începi să înțelegi că tot ce ai primit de la profesorii, mentorii și experiențele prin care ai trecut trebuie dat mai departe. Muntele, muzica, filosofia, oamenii pe care i-am întâlnit, eșecurile prin care am trecut, toate m-au schimbat puțin câte puțin. Transformările adevărate nu se întâmplă dintr-odată, ci lent, aproape insesizabil, până când într-o zi îți dai seama că ai devenit alt om.
Am trecut prin medii foarte diferite – unele care m-au ajutat enorm și altele care m-au făcut să înțeleg foarte clar ce nu vreau să reproduc mai departe. Astăzi încerc să construiesc pentru studenții mei un mediu în care să poată pune întrebări, să greșească fără frică și să își găsească direcția. De multe ori, diferența dintre stagnare și evoluție nu ține mereu de inteligență, ci de contextul în care ajungi. Uneori trebuie să treci prin mai multe eșecuri și prin mai multe medii până îl găsești pe cel în care poți cu adevărat să crești.
Cred că asta au făcut și profesorii mei pentru mine, chiar și atunci când nu realizam. Iar acum încerc, la rândul meu, să creez același lucru pentru cei care vin după mine.”
Mesajul pentru copilul din Rădăuți care (se) visează la NASA
Spre finalul discuției, l-am întrebat ce i-ar spune unui elev de liceu din Rădăuți care visează să ajungă la NASA. A tăcut preț de câteva secunde, dar apoi a venit cu un răspuns pe măsura așteptărilor.
„Pentru cei care au vise mari și realizabile, important e ca direcția să fie mereu alimentată de tot ce se întâmplă în viața lor. Nu am făcut lucruri aleatorii. Când am avut ocazia să vin în America, am profitat de ea, pentru că asta îmi doream. Să nu le scape oportunități care contribuie la direcția lor. Dar, dincolo de oportunități și direcție, e nevoie și de foarte multă muncă. De multe ori, oamenii văd doar rezultatul final și nu anii din spate. Și niciodată să nu se prăbușească în eșecuri. Eșecurile sunt (sau ar trebui să fie) de fapt momente de corecție și clarificare. Uneori trebuie să treci prin mai multe medii, prin mai multe încercări, până ajungi în locul în care poți cu adevărat să crești și să excelezi. Prea mulți renunță după primul eșec.”
Și mai e ceva, adaugă el, ceva pe care l-a învățat nu din cărți, ci din propria poveste: fiecare lucru aparent fără legătură ajunge, la un moment dat, să conteze. Copilăria din spatele blocului. Trupa de rock. Muntele cu profesorul Boaru. Toate au apărut și l-au ajutat, la un moment dat, exact când era nevoie de ele.
„Orice lucru pe care îl faci, leagă-l de direcția ta. Pentru că în final toate se leagă.”
