Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Molekulární chemická fyzika a senzorika ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Tato práce se zaměřuje na návrh a vývoj biologických polymerních gelových elektrolytů pro plně pevné flexibilní superkondenzátory s cílem kombinovat vysoký elektrochemický výkon s mechanickou flexibilitou a environmentální udržitelností. Výzkum zkoumá obnovitelné polymerní matrice jako pevné elektrolyty a zkoumá jejich iontovou vodivost, mechanickou poddajnost a chemickou stabilitu při opakovaném ohýbání, skládání a protahování. Budou vyhodnoceny hybridní architektury elektrod a elektrolytů s cílem optimalizovat mezifázovou adhezi, transport náboje a celkovou životnost zařízení. Budou zvažovány jak vodné, tak organické elektrolytické systémy, aby se rozšířilo provozní okno a přizpůsobivost zařízení. Víceúrovňová charakterizace – včetně strukturální, chemické a elektrochemické analýzy – bude doplněna mechanickými testy, aby bylo možné pochopit vztah mezi složením elektrolytu, mechanickým chováním a elektrochemickým výkonem. Cílem této práce je vytvořit obecný rámec pro racionální návrh flexibilních, udržitelných a vysoce výkonných superkondenzátorů v pevném stavu, který připraví půdu pro jejich použití v nositelných, přenosných a měkkých elektronických zařízeních nové generace.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Jan Mareš, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Kombinovaná
Předpokládaný způsob financování:	Nefinancováno

Anotace

Disertační práce se zaměřuje na využití moderních metod strojového učení a umělé inteligence pro analýzu kvality obrazových dat pořízených mobilními kamerovými vozidly v reálném provozu za účelem optimalizace výběru nejvhodnějšího snímků pro následný přenos do nadřazených systémů dopravního dohledu, řízení a zpracování. Práce vychází z praktických provozních scénářů, v nichž jsou zpracovávány obrazové sekvence s proměnnými světelnými podmínkami, pohybovými artefakty vozidla i okolních objektů a kompresními omezeními přenosových kanálů. Cílem práce je navrhnout automatizovaný systém pro hodnocení a třídění kvality snímků zejména v oblasti predikce užitné informační hodnoty snímku zejména v oblastech predikce vhodnosti snímku pro automatizované čtení registračních značek a čtení dopravního značení.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Molekulární chemická fyzika a senzorika ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Rychlý růst nositelných, přenosných a měkkých elektronických zařízení vytvořil naléhavou potřebu systémů pro ukládání energie, které kombinují vysoký výkon s mechanickou flexibilitou a odolností. Tento projekt se zaměřuje na vývoj flexibilních superkondenzátorů schopných udržovat efektivní ukládání a dodávku energie při ohýbání, skládání a protahování. Prostřednictvím zkoumání řady hybridních architektur elektrod a elektrolytů, jak vodných, tak organických, si studie klade za cíl identifikovat obecné vztahy mezi návrhem materiálu, interakcemi na rozhraní a elektrochemickým výkonem. Práce klade důraz na univerzální, mechanicky odolná řešení pro ukládání energie, která se mohou přizpůsobit novým aplikacím v nositelných a přenosných technologiích a poskytují základ pro příští generaci flexibilních, vysoce výkonných superkondenzátorů.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Molekulární chemická fyzika a senzorika ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. et Ing. Štěpán Sršeň, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium

Anotace

Tato disertační práce se zaměřuje na rozvoj dynamických metod pro spektroskopické simulace prostřednictvím strojového učení. Tradiční statické přístupy často spoléhají na harmonické a jiné aproximace, čímž zanedbávají anarmonické a teplotní efekty nebo interferenční jevy. Naproti tomu dynamické metody využívají molekulární dynamiku a autokorelační funkce k výpočtu vibračních (IR, Raman) a elektronových (UV/Vis) spekter, čímž nabízí vyšší přesnost, avšak za cenu značných výpočetních nákladů. Tato práce integruje nejmodernějších architektury strojového učení, jako jsou ekvivariantní neuronové sítě a metody založené na jádrové transformaci, pro urychlení takových simulací při zachování nebo zlepšení přesnosti. Metodické inovace této práce zahrnují predikci sil, dipólových momentů, polarizovatelností a elektronově excitovaných stavů podél semiclassických trajektorií s použitím strojového učení. Tyto vylepšení by měla umožnit nasazení jinak neproveditelných nebo velmi nákladných spektroskopických metod, jako je například dephasing reprezentace. Navržené přístupy budou aplikovány na komplexní systémy, jako jsou rhodaminová barviva nebo uhlíkové materiály, což umožní vyjímečný vhled do anharmonických efektů a spektrálních vlastností při zlomku výpočetních nákladů.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemické a procesní inženýrství ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. Martin Isoz, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Disertační práce se zaměřuje na vývoj konzistentní víceškálové metodologie, která propojuje částicově rozlišené a semi-rozlišené simulace proudění s částicemi. Motivací jsou zásadní výpočetní omezení plně rozlišených přístupů CFD–DEM a nedostatečná fyzikální věrnost konvenčních semi-rozlišených modelů. Cílem práce je proto vytvořit metodiku zohledňující měřítko, která umožní přesné a výpočetně efektivní simulace v širokém rozsahu koncentrací částic, jejich velikostí a tvarů. Práce staví na již existujícím částicově rozlišeném CFD–DEM řešiči, který umožňuje práci s částicemi libovolného tvaru. Z tohoto řešiče budou systematicky extrahována fyzikálně konzistentní data pro uzavření vztahů semi-rozlišeného modelu, zejména hydrodynamické interakční síly, jako jsou odporová a vztlaková síla. Tato data jsou následně využita k vytvoření náhradních modelů založených na umělých neuronových sítích, které umožňují zahrnout klíčovou mikroskopickou fyziku do částečně rozlišených formulací bez nutnosti explicitního řešení proudění kolem každé částice. Důraz je kladen na numerickou konzistenci, robustnost a přenositelnost napříč proudovými režimy, morfologiemi částic a objemovými koncentracemi pevné fáze.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Očekává se, že anody na bázi křemíku budou hrát ústřední roli ve vývoji lithium-iontových baterií nové generace díky své mimořádně vysoké teoretické kapacitě (~4200 mAh g⁻¹), která výrazně převyšuje kapacitu konvenčního grafitu. Navzdory tomuto potenciálu bude praktické použití křemíku i nadále omezeno problémy, jako je velké zvětšení objemu během lithiace a delithiace, nestabilní tvorba mezifáze pevného elektrolytu (SEI) a rychlý pokles kapacity. Tato práce se zaměří na návrh a optimalizaci vysoce výkonných anod na bázi Si, aby tyto problémy vyřešila. Výzkum bude zkoumat strategie včetně nanostrukturování, tvorby kompozitů s vodivými matricemi, úpravy pojiv a modifikací povrchu/rozhraní, aby se přizpůsobily objemovým změnám při zachování strukturální a elektrické integrity. Zvláštní pozornost bude věnována vlivu složení elektrolytu a interakcí elektroda–elektrolyt na stabilizaci SEI a snížení parazitních reakcí. Prostřednictvím systematického elektrochemického testování, pokročilých charakterizačních technik a in situ analýz bude tato práce zkoumat, jak architektura elektrod a inženýrství elektrolytů mohou synergicky zlepšit reverzibilní kapacitu, životnost cyklu a výkonnost. Očekává se, že výsledky poskytnou rámec pro návrh odolných křemíkových anod s vysokou energetickou hustotou a nabídnou vodítko k realizaci komerčně životaschopných lithium-iontových baterií.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	Ing. et Ing. Štěpán Sršeň, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium

Anotace

Fotochemické procesy iniciované slunečním zářením hrají zásadní roli v atmosférické chemii, avšak jejich kvantitativní popis je limitován vysokými výpočetními náklady přesných kvantově-chemických metod a komplexitou atmosférických modelů. Tato dizertační práce si klade za cíl propojit kvantovou chemii s atmosférickým modelováním prostřednictvím pokročilých technik strojového učení. Integrací ab initio výpočtů elektronové struktury s datově orientovanými modely usiluje o efektivní predikci spektroskopických a fotochemických vlastností, jako jsou UV/Vis absorpční spektra a rychlostní konstanty fotolytických reakcí, nezbytných pro atmosférické modelování. Důraz bude kladen na vývoj přenositelných a fyzikálně informovaných metod strojového učení, které propojí výpočty excitovaných stavů na molekulární úrovni s veličinami relevantními pro atmosférické procesy. Využitím moderních metod strojového učení se projekt snaží překonat omezení tradičních kvantově-chemických výpočtů, které jsou často neúnosně nákladné pro rozsáhlejší aplikace. Tato práce je svou povahou interdisciplinární, nacházejíc se na rozhraní kvantové chemie, spektroskopie a strojového učení. Projekt přinese jak nové metodologické přístupy, tak praktické nástroje pro spektroskopické a atmosférické aplikace, které mohou být následně integrovány do atmosférických modelů za účelem zvýšení jejich úplnosti a spolehlivosti.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
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.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Projekt se zabývá návrhem ekologicky šetrných kompozitů ve formě pružných volně stojících fólií nebo aerogelů pro stínění elektromagnetického rušení (EMI). Kompozity budou připraveny z celulózových plniv z biologických zdrojů a účinných receptorů EMI (např. supramolekulárních vodivých polymerů, uhlíkových nanotrubiček, grafenu, kovových organických rámců, recyklovaného uhlíku atd.). Budou navrženy nové přístupy kompatibilizace matrice a receptoru. Kromě toho budou studovány základní aspekty určující chování kompozitů s cílem pochopit interakce probíhající mezi fázemi kompozitů a vztahy mezi strukturou a vlastnostmi. Budou provedeny důkladné experimenty ve stejnosměrném a střídavém elektrickém poli na kompozitech a jejich složkách, aby se odhalily zákonitosti určující výslednou účinnost stínění. Nakonec bude studován synergický efekt obou receptorů vedoucí k řízené účinnosti stínění EMI absorpcí nebo odrazem.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Jan Mareš, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium

Anotace

Disertační 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.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

Anotace

Elektronické kůže s hmatovým snímáním (e-skins), navržené tak, aby kopírovaly vlastnosti a funkce lidské kůže, se staly klíčovou technologií pro přenosnou elektroniku příští generace. Tyto elektronické kůže, které nabízejí zvýšenou flexibilitu a citlivost, poskytují uživatelům větší pohodlí a zároveň zajišťují přesné snímání dat. Rozšiřující se použití nositelných elektronických kůží v aplikacích, jako jsou zařízení s dotykovou obrazovkou a elektronický papír, navíc vyžaduje vynikající optickou průhlednost. Kromě faktorů, jako je pohodlí a průhlednost, však zůstávají zásadní, avšak často opomíjené, bezpečnostní a zdravotní důsledky elektronických kůží. Dlouhodobé používání elektronických kůží na lidském těle může vést k růstu bakterií, které způsobují záněty kůže a další zdravotní problémy. Proto je naléhavě zapotřebí vyvinout pružné elektronické kůže s antibakteriálními vlastnostmi, které by zabránily růstu bakterií a následným infekcím. dalším faktorem, který byl při vývoji elektronických kůží jen málo zkoumán, je obnovitelnost materiálu. Celulóza, hojný biopolymer a prakticky neomezený přírodní zdroj, má potenciál uspokojit rostoucí poptávku po obnovitelných materiálech. Celulóza může existovat v různých formách, například jako celulózová nanovlákna (CNF), která mají obvykle průměr od 50 do 60 nm. Z těchto vláken lze vytvářet nanostrukturované papírové listy, tenké filmy, multifunkční nanokompozity nebo průhledné filmy. Tyto materiály nabízejí několik výhod, včetně nízké plynopropustnosti. Použití přírodních, biologicky odbouratelných nanobiopolymerů může také snížit toxicitu a rozšířit rozsah jejich použití. celulóza ve své přírodní formě však postrádá vlastní antibakteriální aktivitu. Nicméně její bohatý výskyt funkčních skupin umožňuje chemickou modifikaci, která jí může propůjčit významné antimikrobiální vlastnosti. Výsledkem těchto modifikací mohou být antibakteriální materiály s dlouhotrvajícími, nevyplavujícími se antimikrobiálními účinky, což znamená, že bakterie musí být v přímém kontaktu s povrchem, aby se antimikrobiální účinek projevil. na základě těchto úvah je cílem tohoto projektu navrhnout obnovitelné, transparentní a antibakteriální elektronické kůže z CNF, které vykazují vynikající flexibilitu a vysokou citlivost pro aplikace hmatového snímání.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Měření a zpracování signálů v chemii ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. Jan Mareš, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium

Anotace

Rozvoj vibrační spektroskopie v klinickém výzkumu otevírá nové příležitosti pro tvorbu rychlých a spolehlivých diagnostických nástrojů. Disertační práce bude zaměřena na návrh, vývoj a validaci metod pro rapidní automatizované měření a zpracování spektrálních dat z biologických vzorků s cílem urychlit a zefektivnit využití těchto technik v klinickém prostředí. Klíčovou částí bude vývoj a optimalizace měřicích parametrů, volba a implementace algoritmických postupů pro předzpracování dat a vícerozměrnou statistickou analýzu s využitím moderních metod strojového a hlubokého učení. Výzkum bude reagovat na aktuální potřeby klinické praxe a směřovat k maximální přenositelnosti výsledků do reálného klinického provozu. Práce bude realizována ve spolupráci s Ústavem analytické chemie FCHI, VŠCHT Praha a partnerskými klinickými pracovišti, zejména FN Bulovka.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
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.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium

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.

Místo výkonu práce:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky, FCHI, VŠCHT Praha
Garantující pracoviště:	Ústav matematiky, informatiky a kybernetiky
Studijní program/specializace:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.
Předpokládaná forma studia:	Prezenční
Předpokládaný způsob financování:	Stipendium + mzda

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.