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:	prof. Ing. Jan Mareš, Ph.D.

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.

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.

Anotace

Disertační 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.

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

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:	Measurement and Signal Processing in Chemistry ( výuka v anglickém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.

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.

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.

Anotace

Uhlíkové materiály hrají zásadní roli v elektrochemickém skladování energie díky svým atraktivním vlastnostem, mezi které patří mimo jiné nízká cena, vysoká dostupnost, nízký dopad na životní prostředí, povrchové funkční skupiny, vysoká elektrická vodivost a tepelná, mechanická a chemická stabilita. V současné době lze uhlíkové materiály považovat za nejrozsáhleji prozkoumanou skupinu v oblasti superkondenzátorů a baterií (např. Li-ion baterií (LIB)), což jsou zařízení pokrývající širokou škálu aplikací vyžadujících vysoký výkon a vysokou energii. Uhlíkové materiály se v bateriích používají ke zlepšení jejich vlastností, pokud jde o elektrickou vodivost, a také k ukládání iontů zapojených do chemických reakcí a ke zlepšení jejich celkových elektrochemických vlastností. V kov-iontových bateriích, jako jsou LIB, se jako anoda běžně používá uhlík (např. grafit). Jedním z hlavních problémů spojených s použitím uhlíkových materiálů v LIB je jejich mírná teoretická kapacita. Kombinace kovů s uhlíkem v anodě LIB nabízí několik výhod, včetně zvýšené elektrické vodivosti, lepší specifické kapacity a lepší strukturální integrity. Tato kombinace také zlepšuje rychlost nabíjení/vybíjení baterií, snižuje vnitřní odpor a pomáhá vytvářet stabilní vrstvu pevné mezifáze elektrolytu, čímž optimalizuje celkový výkon. Kombinace kovu a uhlíku v LIB anodách tedy využívá silných stránek obou materiálů, což z ní činí slibný přístup pro ukládání energie příští generace. V této souvislosti lze kompozitní odpad uhlíku a kovu znovu zhodnotit jako aktivní materiál pro elektrody v zařízeních pro ukládání energie včetně LIB, což podporuje udržitelné využívání zdrojů recyklací cenných materiálů, snižuje množství odpadu a dopad na životní prostředí a zároveň zvyšuje výkonnost a nákladovou efektivitu technologií pro ukládání energie. Hlavním cílem tohoto projektu je navrhnout a vyvinout vysoce výkonné, přizpůsobitelné, vodivé a flexibilní anody založené na uhlíkovém/kovovém nanokompozitním odpadu, konkrétně pro aplikace LIB.

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.

Anotace

Uhlíkové materiály hrají zásadní roli v elektrochemickém skladování energie díky svým atraktivním vlastnostem, mezi které patří mimo jiné nízká cena, vysoká dostupnost, nízký dopad na životní prostředí, povrchové funkční skupiny, vysoká elektrická vodivost a tepelná, mechanická a chemická stabilita. V současné době lze uhlíkové materiály považovat za nejrozsáhleji zkoumanou skupinu v oblasti superkondenzátorů a baterií, což jsou zařízení pokrývající širokou škálu aplikací vyžadujících vysoký výkon a vysokou energii. Uhlíkové materiály, které se obvykle používají pro superkondenzátory, zahrnují mimo jiné aktivní uhlík, uhlíkové nanotrubičky, grafen, fullereny. Je to proto, že tato rodina uhlíku vykazuje vynikající vlastnosti pro ukládání energie, jako je vysoká elektrická vodivost, přizpůsobená struktura pórů a povrchová plocha, povrchové funkční skupiny a elektrochemická stabilita. Pro zvýšení energetické hustoty superkondenzátorů se uhlíkové materiály spojují s faradickými materiály (pseudokapacitními materiály), jako jsou oxidy kovů a elektricky vodivé polymery. Synergie mezi těmito dvěma materiály může vést k rychlejšímu nabíjení/vybíjení, větší hustotě energie a lepší dlouhodobé stabilitě, což je ideální pro vysoce výkonné superkondenzátory. Stručně řečeno, kombinace kovu a uhlíku v elektrodách superkondenzátorů využívá silných stránek obou materiálů, což z ní činí slibný přístup pro ukládání energie příští generace. V tomto kontextu lze kompozitní odpad uhlíku a kovu znovu zhodnotit jako aktivní materiál pro elektrody v zařízeních pro ukládání energie včetně superkondenzátorů, což podporuje udržitelné využívání zdrojů recyklací cenných materiálů, snižuje množství odpadu a dopad na životní prostředí a zároveň zvyšuje výkonnost a nákladovou efektivitu technologií pro ukládání energie. Hlavním cílem tohoto projektu je navrhnout a vyvinout vysoce výkonné vodivé a flexibilní elektrody na míru na bázi vedlejšího nanokompozitu uhlíku a kovu. Tyto elektrody budou navrženy tak, aby kombinovaly vazebné, elastické a vodivé vlastnosti. Za použití nejslibnějších elektrod a kvazi-pevných elektrolytů budou zkonstruovány symetrické a asymetrické superkondenzátory.

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:	Chemie ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D.

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.

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

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:	Molekulární chemická fyzika a senzorika ( 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.