Prosím čekejte...
Nepřihlášený uživatel
iduzel: 52789
idvazba: 60795
šablona: api_html
čas: 16.9.2021 13:29:56
verze: 4927
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-web.vscht.cz/zaverecne-prace/program/
branch: trunk
Obnovit | RAW
Měření a zpracování signálů v chemii

Měření a zpracování signálů v chemii

Doktorský program, Fakulta chemicko-inženýrská
CHYBI CHARAKTERISTIKA PROGRAMU

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.

Uplatnění

Absolvent 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

Jazyk výuky Český
Standardní doba studia 4 roky
Forma studia Prezenční + kombinovaná
Garant studia prof. Dr. Ing. Martin Vrňata
Kód programu D405
Místo studia Praha
Kapacita 20 studentů
Počet vypsaných prací 18

Vypsané disertační práce

Hybridní nanostrukturní lithium - iontové baterie

Garantující pracoviště: Ústav fyziky a měřicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: RNDr. Pavel Galář, Ph.D.

Anotace

Současný dynamický rozvoj nositelné elektroniky, technologie výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, elektrických vozidel a dalších aplikací zvyšuje nároky na skladování elektrické energie. Jelikož standardní lithium-iontové baterie (LIB) začínají dosahovat maxima svých možností, je zapotřebí vytvářet nová strukturní řešení. Mezi jeden z nejslibnějších materiálů pro anody moderních LIB je považován křemík. Na rozdíl od běžně používaného grafitu má anoda na bázi křemíku potenciál zvýšit kapacitu baterií až desetinásobně. Bohužel křemík během nabíjení lithiem rozšiřuje svůj objem o více než 300%, což způsobuje významné strukturální poruchy, a tím omezuje použití objemového křemíku v technologii LIB. Cílem této práce je studovat použitelnost nanostrukturního křemíku jako součásti LIB anod a pokročilých flexibilních organických materiálů jako nosného elektrodového materiálu, který by byl elektrochemicky stabilní, vysoce vodivý a dostatečně silný a elastický, aby odolaly expanzi nanokrystalů.

Ochranné štíty autonomních systémů před elektromagnetickými interferencemi

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Prudký 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.

Pokročilé metody analýzy obličejových dat pro evaluaci rehabilitačního procesu

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Anotace

Analýza biomedicínských dat je v současné době velmi žádaná, zároveň však dosti obtížná úloha. Projekt vychází ze spolupráce s Klinikou ORL Fakultní nemocnice Královské Vinohrady a je zaměřen na snímání 3D obličejových dat pacientů po operaci hlabvy a analýzu těchto dat. Práce předpokládá (i) studium pokročilých metod analýzy obrazů, (ii) návrh konkrétní metodiky a algoritmu pro snímání dat s využitím rozličných HW prostředků: Kinect, mobilní telefon, atp.), (iii) zpracování těchto biomedicínských dat a (iv) implementace a verifikace v nemocničním prostředí.

Pokročilé statistické metody a jejich potenciál pro analýzu biomedicínských dat

Garantující pracoviště: Ústav matematiky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Biomedicínská data mají často velmi komplexní strukturu (mnoho korelovaných proměnných, autokorelace v čase a prostoru, mnohodimenzionální data, vysokofrekvenční data atp.). Jejich správná statistická analýza tedy není rutinní záležitost, vyžaduje tvůrčí přístup s použitím různých pokročilých statistických metod a technik. Cílem práce bude nastudovat pokročilé metody z různých oblastí statistiky (např. vícerozměrná statistika, analýza časových řad, analýza funkcionálních dat atp.) a zvolit jejich vhodné kombinace (popřípadě vyvinout jejich modifikace) za účelem získaní důležitých informací z vybraných biomedicínských dat. Důraz bude kladen na rigorózní přístup (specifikace a ověření předpokladů metod) a pečlivou intepretaci výsledků včetně ověření jejich spolehlivosti (za pomocí exaktních či simulačních metod).

Počítačové modelování nízkoteplotního plazmatu a elektrických výbojů

Garantující pracoviště: Ústav fyziky a měřicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Předmětem práce je počítačové modelování nízkoteplotního plazmatu, především v souvislosti s jeho generováním v elektrických výbojích, což by mělo přispět k objasnění chemických reakcí ve výbojích a jejich prostorového rozložení. Práce předpokládá seznámení se s problematikou fyziky plazmatu, počítačovým modelováním, výběr vhodné resp. vhodných metod k modelování vybraného problému a kontrolu s experimentem. Práci je možné spojit i s výzkumem baktericidních vlastností nízkoteplotního plazmatu a případně modelovat interakci plazmatu s organickými strukturami.

Příprava a analýza nanokrystalů křemíku získaných technologií využívající netermální plazma

Garantující pracoviště: Ústav fyziky a měřicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: RNDr. Pavel Galář, Ph.D.

Anotace

Od doby, kdy byla na křemíkových nanokrystalech (Si-NCs) pozorována efektivní fotoluminiscence (PL), požívají tyto nanostruktury významné pozornosti vědecké veřejnosti. Velké úsilí bylo věnováno především optimalizaci technik jejich přípravy a následné úpravy, tak, aby bylo možno připravovat dostatečné množství Si-NCs o vlastnostech vhodných pro specifické aplikace (solární panely, generace světla, biozobrazování, biologie a medicína). Jednou z nejvíce nadějných technik pro tento úkol se zdá být aplikace nízkoteplotního netermálního plazmatu (NTP, radiofekvenční technologie nebo využití dielektrického-bariérového výboje). Ve srovnání s jinými metodami, můžeme pomocí nízkoteplotního plazmatu vytvářet až řádově vyšší množství Si-NCs (až 1 mg/min). Takto vzniklé nanokrystaly navíc neobsahují artefakty pocházející z chemické nebo elektrochemické přípravy. V rámci práce bude student optimalizovat přípravu SI-NCs pomocí nízkoteplotního plazmatu ve skleněné trubuci a studovat vliv okolních podmínek na vlastnosti Si-NCs. Vlastnosti Si-NCs budou charakterizovány především pomocí časově integrované a rozlišené laserové spektroskopie a metodou EDS.

Příprava ekologicky nezávadných kompozitů pro stínění elektromagnetických interferencí

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Projekt se zabývá návrhem a vývojem ekologicky nezávadných kompozitů ve formě flexibilních, samonosných filmů pro stínění elektromagnetických interferencí (EMI). Kompozity budou připraveny z přírodní celulózy a účinných receptorů EMI (např. supramolekulárních vodivých polymerů, uhlíkových nanotrubek, grafenu, atd.). Budou navrženy nové přístupy ke kompatibilizaci matrice/receptoru. Kromě toho budou studovány základní aspekty chování kompozitů tak, aby bylo možné porozumět interakcím mezi fázemi kompozitů a vztahy mezi jejich strukturou a vlastnostmi. Kompozity a jejich dílčí materiály budou testovány pomocí stejnosměrného a střídavého elektrického signálu s cílem odhalit zákonitosti, které vedou k jejich výsledné stínící účinnosti. Nakonec bude studován synergický účinek obou receptorů vedoucí k nastavitelné účinnosti stínění EMI absorpcí nebo odrazem ve frekvenčním rozsahu 0,1 - 18 GHz.

Senzorová pole taktilních senzorů teploty a tlaku

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Taktilní 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.

Softwarové senzory pro monitorování bioprocesů

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Kvalita řízení biotechnologických výrobních procesů používaných ve farmacii a potravinářství je často limitována omezenou možností on-line měření hodnot klíčových procesních ukazatelů (např. koncentrace buněk, rychlost růstu, produkce, apod.). Jedním z možných řešení je použití softwarových senzorů pro průběžné odhadování hodnot klíčových procesních ukazatelů na základě on-line měřitelných procesních veličin. Práce je zaměřena na studium a aplikaci výše uvedených metod pro pokročilé monitorování vybraného biotechnologického procesu.

Syntéza a charakterizace kompozitních materiálů pro baterie na bázi křemíku

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Křemík je považován za slibný anodový materiál lithium-iontových baterií příští generace a to zejména kvůli své vysoké teoretické specifické kapacitě, hojnému zastoupení a nízkému vybíjecímu potenciálu. Stále však existuje příliš mnoho vážných překážek, které musí být odstraněny před tím, než může být křemík v bateriích využíván šířeji. Jedná se zejména o problém velké objemové expanze křemíku při lithiaci a tvorba povrchové vrstvy oxidu. Jedním z řešení, které se nabízí, je vyvinout nové flexibilní, vodivé matrice na bázi uhlíkových materiálů v kombinaci spolu s křemíkovými nanokrystaly (SiNC). Tento kompozit by v sobě spojoval vazebné, mechanické a elektrické vlastnosti. Součástí práce bude také výzkum a diskuze základních mechanismů souvisejících s počáteční a dlouhodobou degradací kapacity nanokřemíkových materiálů.

Transport nosičů náboje v nanostrukturovaných a nanokompozitních materiálech

Garantující pracoviště: Ústav fyziky a měřicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Dále nabízena v programu: Molekulární chemická fyzika a senzorika
Vedoucí práce: Ing. Přemysl Fitl, Ph.D.

Anotace

Tématem 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.

Využití metod informačního vytěžování experimentálních dat pro monitorování a řízení biotechnologických procesů

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Při výzkumu biotechnologických procesů jsou generována experimentální data různorodé struktury a kvality. V těchto značně heterogenních datech jsou však obsaženy významné informace o vlastnostech těchto procesů. Tato práce je zaměřena na studium a aplikaci vybraných metod z oblasti umělé inteligence a strojového učení při zpracování těchto dat. Získané znalosti budou následně použity k pokročilému monitorování a řízení vybraného modelového biotechnologického procesu.

Využití metod prostorové analýzy pro forenzní vědy

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Většina dat zpracovávaných v rámci forenzních věd zahrnuje i prostorovou složku udávající polohu popisovaných objektů (např. GPS data). Důležitou součástí počítačového zpracování tohoto typu dat tak zahrnuje i aplikaci pokročilých metod prostorové analýzy pro zjištění vybraných souvislostí obsažených v datech. Tato práce je konkrétně zaměřena na pokročilé zpracování a analýzu dat popisující nálezy různých typů projektilů v terénu.

Využití pokročilých metod adaptivní filtrace pro detekci novosti

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Anotace

Téma práce je zaměřené na vývoj a implementaci metodiky tzv. detekce novosti v procesních datech. Projekt je založen na analýze vybraných reálných (komplexních) procesních dat. Práce předpokládá (i) studium pokročilých metod analýzy signálů, (ii) návrh konkrétních metod a algoritmů pro adaptivní filtraci dat a detekci novosti s využitím metody Extrem Seeking Entropy (iii) implementaci a verifikaci.

Využití pokročilých metod zpracování signálů při návrhu virtuálního velínu

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Anotace

Téma práce je zaměřené na vývoj a realizaci tzv. virtuálního velínu vybraného reálného technologického procesu. Projekt je založen na analýze vybraných biomedicínských dat, 3D modelování a virtuální realitě v inženýrství. Práce předpokládá (i) studium pokročilých metod analýzy biomedicínských signálů a 3D modelování, (ii) návrh konkrétních metod a algoritmů pro virtualizaci a řízení procesu (iii) implementaci a verifikaci.

Vývoj moderních štítů elektromagnetického záření jako pasivní ochrany informací před odposloucháváním

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Rozšiřování 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.

Význam topologických indexů pro určování podobnosti molekul

Garantující pracoviště: Ústav počítačové a řídicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská
Vedoucí práce: doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Anotace

Molekulové deskriptory umožňují matematicky popsat molekuly, což je uplatňováno v mnoha oborech, kde je třeba hledat nové látky se specifickými vlastnostmi či predikovat ne-známé vlastnosti látek. Důležitým typem molekulových deskriptorů jsou tzv. topologické indexy, které charakterizují danou molekulu podle její velikosti, míry větvení a celkového tvaru. Práce předpokládá (i) studium různých typů molekulových deskriptorů, zejména topologických indexů (ii) studium korelací konkrétních topologických indexů s vlastnostmi molekul (iii) porovnání algoritmické složitosti pro výpočet konkrétních topologických indexů (iv) implementace vybraných algoritmů pro výpočet konkrétních topologických indexů.

Zpracování signálů chemických senzorů pomocí algoritmů umělé inteligence

Garantující pracoviště: Ústav fyziky a měřicí techniky, Fakulta chemicko-inženýrská

Anotace

Jednou 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.


VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

VŠCHT Praha
na sociálních sítích
zobrazit plnou verzi