|
Měření a zpracování signálů v chemii
Doktorský program,
Fakulta chemicko-inženýrská
Studijní program je zaměřen na oblasti moderní senzorové techniky, chemických senzorů, modelování, simulace, identifikace a klasifikace (bio)chemických dějů, sběru a zpracování dat z chemických, biochemických a biologických vzorků. Teoretický základ programu tvoří principy funkce senzorů fyzikálních i chemických veličin, metody číslicového zpracování signálů a vybrané kapitoly z aplikované matematiky. Cílem studia tohoto programu je výchova doktoranda k samostatné vědecké práci v oblastech (i) moderních chemických senzorů, (ii) modelování, simulace a analýzy komplexních chemických procesů a (iii) moderních metod zpracování dat primárně z chemických, biochemických a biologických vzorků. Cílem je vybavit studenty pokročilými teoretickými znalostmi i praktickými dovednostmi a vychovat z nich samostatné vědecké osobnosti, schopné dále rozvíjet oblasti teoretického i aplikovaného výzkumu. Program navazuje na magisterský studijní program Senzorika a kybernetika v chemii a vhodně doplňuje nabídku ostatních doktorských programů na Fakultě chemicko-inženýrské. Program se svou náplní nepřekrývá s žádným programem na VŠCHT. Specifický rys studijního programu spočívá v tom, že navazuje na hluboké chemické znalosti studentů VŠCHT Praha a rozšiřuje je směrem k senzorové technice, sběru a zpracování dat z experimentu a k vytváření matematických modelů složitých průmyslových procesů. UplatněníAbsolvent je vzdělán multioborově a disponuje hlubokými znalostmi z různých odvětví měřicí a senzorové techniky, modelování chemických dějů, sběru a zpracování signálů. Má přehled v tématech spojených s: (i) konstrukcí a principy fungování senzorů i měřicích systémů a (ii) matematickými a statistickými metodami při zpracování signálů a obrazů. Je veden ke schopnosti pracovat samostatně i v týmu, formulace vědeckého problému, vytvoření koncepce jeho řešení a realizace výzkumu ve všech fázích tohoto procesu. Absolvent bude připraven navrhovat vlastní výzkumné či průmyslové projekty. Získá vědomosti a dovednosti, které mu umožní profesní adaptabilitu v konkrétních podmínkách v oblasti základního a aplikovaného výzkumu, v akademické sféře i v technologické praxi spojené zejména s chemickým a potravinářským průmyslem. Detaily programu
Vypsané disertační práce pro rok 2025/26Dynamické modely chromatografie
AnotaceHluboké učení v analýze biomedicínských dat
AnotaceDisertační práce se zabývá návrhem a implementací komplexního systému pro analýzu biomedicínských dat. Tato data budou získána ve Fakultní nemocnici Královské Vinohrady v Praze a v Nemocnici Pardubického kraje. Systém bude sloužit jako podpůrný nástroj pro lékaře, umožňující objektivní hodnocení zdravotního stavu pacientů, a současně nabídne možnosti analýzy jedno- i vícerozměrných dat, jako jsou EKG, srdeční frekvence, pohybové záznamy či obrazová data z CT a NMR. K analýze budou využity jak klasické statistické metody (např. OLR, RF), tak moderní přístupy hlubokého učení. Měření fyzikálních a chemických charakteristik netermálního plazmatu pro modifikace pevných látek
AnotaceCílem práce je studium, charakterizace a návrh vybraných zdrojů netermálního plazmatu pro účely modifikace pevných látek a jejich porvchů. Plazma jako zdroj mnoha reaktivních částic je vhodné pro cílenou modifikaci materiálů citlivých i inertních k chemickému působení. Modifikace může představovat cheickou změnu celého obejmu materiálů anebo pouze jeho povrchových vlastností. Typickými změnami jsou cílené terminace povrchových vazeb vhodnou funkční skupinou. Poslední možnost zahrnuje například dodatečné přivádění proudícího plynu do prostoru mezi elektrodami, působení elektromagnetického pole či ultrazvuku na plazma, atd. Modifikovaný zdroj bude poté testován z hlediska různých aplikací. Metody hlubokého učení v diagnostice hlasové patologie
AnotaceDisertační práce se zaměřuje na aplikaci hlubokého učení v oblasti diagnostiky hlasové patologie prostřednictvím analýzy hlasových nahrávek. Část dat pro analýzu bude naměřena ve Fakultní nemocnici Královské Vinohrady Praha. Metodologická část práce zahrnuje výzkum metod pro výběr příznaků a možností pro syntézu nových příznaků. Dalším aspektem práce je využití Kolmogovor-Arnold sítí pro klasifikaci hlasových nahrávek. Předpokládá se, že výsledný klasifikátor a extraktor příznaků budou implementovány v rámci SW, který je v současné době ve FNKV používán k nahrávání hlasových nahrávek a jejich analýze. Výsledný SW umožní automatickou klasifikaci patologie v rámci vyšetření pacienta. Modelování, simulace a optimalizace raketového motoru na tuhé palivo
AnotaceOchranné štíty autonomních systémů před elektromagnetickými interferencemi
AnotacePrudký nástup autonomních systémů typu robotických pomocníků, dronů či samořiditelných vozidel sebou nevyhnutelně přinesl nárůst využití zařízení pro určování polohy, jako jsou například mikrovlnné senzory, či pokročilá lidarová, radarová či rádiová technika. Díky tomu také narůstá pravděpodobnost existence nežádoucích interferencí tohoto elektromagnetického vlnění s integrovanými obvody autonomního zařízení, což může ve svém důsledku vést ke zvýšené pravděpodobnosti výskytu nebezpečných jevů, včetně havárií a ztrát na lidských životech. Cílem této práce je proto vyvinout nové materiály pro útlum elektromagnetických interferencí a aplikovat je jako ochranné štíty v provozní oblasti elektromagnetického spektra stávajících systémů pro určování polohy. Práce bude zaměřena na vyhledání, syntézu a charakterizaci vhodných elektrických a magnetických materiálů a jejich nanostrukturovaných analogů a následný design, výroba a testování nových lehkých a flexibilních ochranných štítů. Součástí práce také bude modelování a vyhodnocování stínící účinnosti ochranných štítů v simulovaných i reálných podmínkách provozu autonomních systémů. Optimalizace statistických modelů a modelů strojového učení pro zpracování vícedimenzionálních dat v chemii
AnotaceTato práce se zaměřuje na zpracování, rekonstrukci a analýzu vícedimenzionálních signálů, zejména signálů s významnými rušivými složkami. Analýza smíšených chemických vzorků, využívající techniky jako je hmotnostní spektrometrie a kapilární elektroforéza, generuje obrovské množství dat, která jsou často ovlivněna mnoha nežádoucími fyzikálními faktory. Cílem je zaměřit se na identifikaci a optimalizaci vhodných statistických modelů a modelů strojového učení, což také zahrnuje porovnávání různých modelů a jejich zdokonalení s důrazem na filtrování nechtěných složek, rekonstrukci optimálních signálů a přímou extrakci důležitých hodnot. Práce rovněž zahrnuje spolupráci s ústavem biochemie a mikrobiologie a využívá jejich rozsáhlé zkušenosti s analýzou proteinů pomocí hmotnostní spektrometrie. Senzorová pole taktilních senzorů teploty a tlaku
AnotaceTaktilní senzory teploty či tlaku jsou zařízení použitá v robotice při vyhodnocování interakce robota s jinými objekty. Jedná se například o manipulaci s objektem, měření prokluzu uchopeného objektu, zjišťování souřadnic polohy objektu či měření velikosti síly působící na objekt. Krajním případem jsou složité taktilní systémy, jejichž účelem je simulace a nahrazování lidského hmatu. Senzory, které se pro uvedené účely používají, musí být dostatečně miniaturní, citlivé na malé změny tlaku, musí mít příznivé dynamické vlastnosti a časovou i operační stálost parametrů. Vzhledem k očekávané vysoké hustotě taktilních senzorů zapojených i v jednoduchých aplikacích, musí existovat možnost jejich provozu ve formě senzorových polí a zpracování dat pomocí pokročilých matematicko-statistických algoritmů. V neposlední řadě musí být náklady na jejich výrobu přiměřené, aby bylo možné je snadno nahrazovat v případě opotřebení. Cílem této práce je proto vyvinout nové typy taktilních senzorů teploty a tlaku na bázi moderních nanomateriálů, které bude možné používat v experimentech s měřením časově a prostorově rozložené síly působící na matici senzorů. Součástí práce bude příprava, charakterizace a zpracování termoeletrických a piezorezistivních materiálů na bázi organických nanostrukturovaných polovodičů a uhlíkových nanostruktur. Testování těchto látek bude mimo jiné zahrnovat strukturní, chemickou a mechanickou analýzu a měření elektrických vlastností ve stejnosměrném i střídavém elektrickém poli. Vybrané materiály pak budou zpracovány do formy citlivých senzorů. Součástí této práce bude také návrh senzorových polí a dále jejich testování a zpracování signálu pomocí pokročilých algoritmů. Transport nosičů náboje v nanostrukturovaných a nanokompozitních materiálech
AnotaceTématem práce je teoretické i praktické studium mechanismů přenosu náboje v nano-strukturovaných a nano-kompozitních materiálech připravených ve formě tenkých vrstev, povlaků, aerogelů. Cílem práce je návrh modelů popisující přenos náboje v reálných materiálech používaných pro chemické senzory. Vlastnosti nanostrukturovaných vzorků budou v závislosti na teplotě a intenzitě magnetického pole měřeny v systému Quantum Design - PPMS. Práce předpokládá (i) modelování a simulaci transportu nosičů náboje pomocí metody konečných prvků, (ii) návrh a realizaci software pro řízení, sběr a zpracování dat ze systému PPMS (iii) hledání analytického modelu popisujícího reálné (naměřené) vlastnosti vzorků v závislosti na jejich nanostruktuře. Vývoj moderních štítů elektromagnetického záření jako pasivní ochrany informací před odposloucháváním
AnotaceRozšiřování moderní elektroniky, integrovaných obvodů, mikroprocesorů a obecně komunikační a výpočetní techniky s sebou přináší i vysoké riziko vyzrazení kritických informací o infrastruktuře, ve kterých jsou tyto prvky využívány. V krajním případě může dojít i k úniku či převzetí administrátorských oprávnění, což může být zneužito k digitálnímu vandalismu, vyzrazení důležitých informací či útokům na infrastrukturu samotnou. Jednou z velice efektivních a obtížně odhalitelných metod těchto útoků je i vzdálené odposlouchávání informací, jež jsou emanovány z elektronických zařízení ve formě elektrického či magnetického pole. S rozvojem levné rádiové techniky a v důsledků snadno dostupných knihoven a algoritmů pro zpracování signálu již nemusí být podobný útok pouze doménou bohatých, státy sponzorovaných, organizací, ale postupně může být osvojován běžnou hackerskou komunitou a zneužíván ke kriminálním účelům. Cílem této práce je tedy prozkoumat možnosti a vyvinout a otestovat lehké a flexibilní ochranné štíty na bázi moderních nanomateriálů, které budou sloužit jako účinná pasivní ochrana elektronických zařízení před vzdáleným odposloucháváním informací. Za tímto účelem budou připraveny nové kompozitní materiály na bázi elektricky vodivých nanočástic s magnetickými vlastnostmi. Budou studovány možnosti jejich kompatibilizace s nosičem, chemická struktura a morfologie, mechanické, elektrické a magnetické vlastnosti a metody a možnosti jejich zpracování do požadovaného tvaru a formy vhodné k využití v miniaturní elektronice. Součástí experimentů bude i testování pasivních štítů v simulovaných i reálných podmínkách a vyhodnocování jejich schopnosti tlumit elektromagnetické vlnění vyzařované elektronickými zařízeními. Zpracování signálů chemických senzorů pomocí algoritmů umělé inteligence
AnotaceJednou z možností jak zlepšit selektivitu a detekční vlastnosti moderních chemických senzorů je využití algoritmů umělé inteligence. Tématem práce je na základě rešerše a vlastních nápadů navrhnout, připravit a testovat nové přístupy pro zpracování a těžení dat z multi komponentních zdrojů jako je například GC/IMS spektrometr, senzory a senzorová pole s odezvou ve vizuálním, infračerveném a radiofrekvenčním poli elektromagnetického spektra. Při řešení práce se předpokládá využití hardwarové akcelerace zpracování dat a softwarově definovaného radia. |
Aktualizováno: 25.8.2022 15:42, Autor: Jan Kříž