Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Multiscale phenomena play an important role in our current society. In biological contexts, we can model cellular motion and more specific, we can model the evolution of tumors. In a similar way, the behavior of people can be modeled, which is useful within the context of evacuations. Those multiscale systems are characterized by the fact that they contain both slow and fast evolving elements. Simulating those systems over a long time in an accurate way requires a lot of computational power. Multiscale systems can be modeled and simulated in many ways. On the one hand, we can simulate each single cell individually (agent-based model) what we call the microscopic level. This is characterized by a high level of detail, which implies a high computational cost. Therefore, one often considers the evolution of the density (macroscopic level) rather than the set of individual cells. Finally, there are also so-called kinetic equations containing more detail than a continuum model, but less than an agent-based model. A first goal of the thesis is to accelerate the simulation of multiscale kinetic equations. Due to the multiscale character, simulating such a system can be computationally expensive when using classical techniques. By using projective integration, we can circumvent the stiffness related to the multiscale character. In the thesis we developed a higher order version of projective integration, leading to an additional increase in efficiency compared to the existing projective integration methods. Moreover, multiscale systems often contain uncertain factors, because the systems are not fully understood. Therefore, we choose to not model just one specific scenario, but instead the evolution of the probability distribution. In this thesis, we have chosen to specifically develop algorithms to lower the impact of the uncertainties (noise) without a large additional cost. In the tumor growth model, proposed in the thesis, the noise is mainly caused by random motion on the one hand and cell divisions on the other hand. At first, we developed an algorithm to filter caused by random motion. This is done by means of an simple approximate model (control process) which covers the evolution of the random motion. Moreover, the control process can be simulated deterministically. The complete model can then be used to incorporate the influence of cell divisions. In general using more cells yields a more accurate result. However, simulating a high number of particles during the whole simulation time would imply a high computational cost. To achieve accurate results at a limited cost, we add (clone) extra particles locally to determine the locations of cell divisions more accurately.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het Vliegend hert (Lucanus cervus: Lucanidae) is de grootste kever van Midden-Europa. Kenmerkend zijn de opvallende kaken (mandibels) van de mannetjes. Het Vliegend hert wordt bedreigd als typische bewoner van kleine landschapselementen. Daarom is kennis van zijn vliegvermogen en leefwijze belangrijk in het kader van bescherming. De temperatuur, voedselkwaliteit en –kwantiteit tijdens het larvaal stadium zijn belangrijke factoren voor de morfologische ontwikkeling bij de mannetjes van het Vliegend hert. Op basis van onderzoek bij Aziatische soorten van Lucanidae (Goyens, Dirckx & Aerts, 2015a; Goyens, Van Wassenbergh, Dirckx & Aerts, 2015c; Inoue & Hasegawa, 2013; Kawano, 1997, 2000; Mills et al., 2016) en onderzoek specifiek gericht op het Vliegend hert (Lagarde, Corbin, Goujon & Poisbleau, 2005; Romiti et al., 2015), vermoeden we bij de mannetjes van Lucanus cervus een trade-off tussen de investering in vliegen en bewapening. De hypothese is: goede voedselkwaliteit en –kwantiteit en/of een voldoende hoge temperatuur leidt tot majors die proportioneel meer investeren in bewapening (kop en mandibels) en een voedselbron verdedigen als paarstrategie (vechtstrategie). Slechte voedselkwaliteit en –kwantiteit en/of een te lage temperatuur leidt tot hongervormen of minors die meer investeren in vliegen (vleugeloppervlakte) en al vliegend vrouwtjes zoeken (actieve zoekstrategie van ‘sneaky males’). Om de hypothese te onderzoeken, werden 235 mannetjes en 76 vrouwtjes van het Vliegend hert morfologisch opgemeten. Naast het opmeten van verschillende lichaamsdelen werd ook de vleugeloppervlakte en de wing load (gewicht/vleugeloppervlakte) bepaald. Vervolgens werd de investeringsgraad van de lichaamsdelen per geslacht (mannetjes en vrouwtjes) en per morfotype (minors en majors) nagegaan. De investering in lichaamsdelen van de morfotypes werd vergeleken per gebied (België en Oost-Europa) en per locatie in Overijse (Solheide, Speelberg en Drogenberg). Ons onderzoek toont aan dat bij mannetjes van het Vliegend hert dimorfisme (twee morfotypes) voorkomt. Majors investeren meer in bewapening en in vleugeloppervlakte dan minors. De voortplantingsstrategie van maj voedselplaatsen (sapbomen), waar de vrouwtjes naartoe komen. Minors investeren minder in bewapening en in vleugeloppervlakte dan majors. Minors kunnen vermoedelijk wel beter vliegen dan majors door grotere vliegspieren (Mills et al., 2016) en lager mandibelgewicht (Goyens et al., 2015c). Naast de conclusies van Mills et al. (2016) en Goyens et al. (2015c) konden we vaststellen dat minors een lagere wing load hebben dan majors. Minors planten zich succesvol voort door al vliegend vrouwtjes te zoeken en door de leefwijze van de vrouwtjes deels over te nemen (verborgen bestaan). Op die manier kunnen ze de vrouwtjes beter volgen en vallen ze minder snel ten prooi aan predators (Hardersen, Macagno, Sacchi & Toni, 2011). Het is van belang om in de toekomst verder onderzoek te doen naar de invloed van de omgeving op de morfotypes van het Vliegend hert. Bijkomend onderzoek naar het verschil in vliegspieren en vliegcapaciteit tussen de minor en major kevers is tevens aangewezen. Alleen zo kan de leefwijze en voortplantingsstrategie van de morfotypes volledig doorgrond worden. Beschermingsmaatregelen kunnen vervolgens aangepast worden aan de morfotypes.