Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Hrnčiřík, Ph.D.

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 vývoj hybridních softwarových senzorů a datově řízených softwarových senzorů s dynamicky přepínanou strukturou, které budou schopny vyhodnocovat kvalitu svého odhadu v průběhu procesu odhadu a průběžně upravovat skladbu svých datových vstupů, tedy využívat pro každou jednotlivou fázi procesu jinou on-line měřenou veličinu nebo sadu proměnných.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

Anotace

Cílem disertační práce je návrh a implementace komplexního systému pro analýzu biomedicínských dat. Data pro analýzu budou poskytnuta/naměřena ve Fakultní nemocnici Královské Vinohrady Praha a Nemocnice Pardubického kraje. Systém bude (i) sloužit jako pomocný nástroj specialisty (lékaře) při objektivním posouzení aktuálního stavu pacienta, (ii) umožňovat analýzu jedno- i vícerozměrových dat (především EKG, tepová frekvence, pohybová data, případně CT a NMR). Metodika využitá pro analýzu bude postavená na klasických statistických metodách (OLR, RF, atp.) zároveň bude využívat metody hlubokého učení.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.

Anotace

Zvyšující se odolnost bakterií vůči stávajícím antibiotikům představuje významné globální ohrožení veřejného zdraví. Stávající antibiotické léčby často čelí výzvám při efektivní dodávce léčiv na místo infekce, což vede k nechtěným mimo-cílovým účinkům a rozvoji a šíření rezistence na léky. Proto je naléhavá potřeba rozvoje přístupů, které mohou efektivně dodávat antimikrobiální náklady na místo infekce. Systémy pro dodávání léků založené na mikro/nano-robotech s antimikrobiálními vlastnostmi se nedávno objevily, a získaly značný zájem jako potenciální terapeutické řešení proti bakteriální rezistenci. Mikro a nanoroboti jsou zmenšené ovladatelné zařízení navržené pro provoz na mikrometrové a nanometrové úrovni. Projevují schopnost autonomního nebo polem řízeného pohybu, aktivní přepravy terapeutických nákladů, provedení přesné mikromanipulace, použití robustních mechanických sil během pohybu a reakci na interní faktory (jako je pH, chemické gradienty atd.) nebo vnější podněty (včetně magnetického pole, světla, ultrazvuku atd.). Tyto vlastnosti umožňují cílené dodání antimikrobiálních látek na infikovaná místa a zvyšují průnik skrz bakteriální biofilmy. Navzdory dosavadním úsilím je tato oblast výzkumu teprve v plenkách. Například k řešení složitých podmínek infekce je nezbytné vyvinout multifunkční antimikrobiální mikro/nanoroboty. Navíc při jejich návrhu je třeba zvážit i biokompatibilitu a biodegradabilitu/obnovitelnost antimikrobiálních mikro/nanorobotů. Tento projekt se zaměří na návrh, vývoj a charakterizaci nových biodegradovatelných multifunkčních mikro/nanorobotů k boji proti rezistenci bakterií. Experimentální vývoj antimikrobiálních mikro/nanorobotů bude podporován výpočetním návrhem.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

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.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	RNDr. Mgr. Pavel Cejnar, Ph.D.

Anotace

Tato práce se zaměřuje na zpracování, rekonstrukci a analýzu vícedimenzionálních signálů, zejména těch 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 a strojových učebních modelů. To zahrnuje porovnávání různých modelů a jejich zdokonalení s důrazem na filtrování nechtěných složek, rekonstrukci optimálních signálů a přímou extrakci důležitých hodnot. Práce zahrnuje spolupráci s ústavem biochemie a mikrobiologie a využívá jejich rozsáhlé zkušenosti s analýzou proteinů pomocí hmotnostní spektrometrie.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Measurement and Signal Processing in Chemistry ( výuka v anglickém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.

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.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

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.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Hrnčiřík, Ph.D.

Anotace

V uplynulém desetiletí došlo k dynamickému rozvoji leteckého laserového skenování výškopisu území většiny evropských zemí včetně České republiky. Digitální modely reliéfu, které jsou jedním z výsledků tohoto laserového skenování poskytují mimořádně velké množství detailních informací o charakteru zemského povrchu v rámci daného území. Manuální analýza těchto datových sad je velmi pracná a zdlouhavá a v případě zkoumání větších území tedy poměrně neefektivní i z pohledu nákladů na lidskou práci. Metody strojového učení v této souvislosti nabízejí perspektivní alternativu pro řešení tohoto velmi aktuálního problému. Tato práce je konkrétně zaměřena na analytické zpracování digitálních modelů reliéfu pomocí metod strojového učení za účelem identifikace a klasifikace reliktů terénních objektů vytvořených lidskou činností (využití např. v archeologii, ochraně přírody, apod.).

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Molekulární chemická fyzika a senzorika ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Dušan Kopecký, Ph.D.

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.

Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.

Anotace

Pro napájení nositelných elektronických zařízení byly vyvinuty různé flexibilní systémy pro ukládání energie, které fungují v podmínkách postupného ohýbání, natahování a dokonce i kroucení. Superkondenzátory a baterie jsou považovány za nejslibnější zdroje energie/napájení pro nositelnou elektroniku, avšak zajištění jejich elektrochemické udržitelnosti a mechanické odolnosti je klíčové. Elektricky vodivé obnovitelné hydrogely, které spojují elektrické vlastnosti vodivých materiálů s jedinečnými vlastnostmi obnovitelných hydrogelů, poskytují ideální rámec pro návrh a konstrukci flexibilních superkondenzátorů a baterií. Tento projekt se zaměří na vývoj nových funkčních hydrogelů z obnovitelných zdrojů s kontrolovatelnou velikostí, složením, morfologií a vlastnostmi rozhraní. Bude provedeno základní pochopení vztahů mezi chemickým složením, strukturou, vlastnostmi rozhraní, napětím, elektrickou vodivostí a elektrochemickými vlastnostmi vodivých hydrogelů. Bude posouzeno účinné použití těchto vodivých hydrogelů v pružných systémech pro ukládání energie.