Materiály pro fotovoltaické neurostimulátory na bázi křemíkových fotodiod
Kunovský, Ondřej; Weiter, Martin; Glowacki, Eric Daniel
2024 - English Tato práce je zaměřena na možnosti neurostimulátorů s bezdrátovým přenosem energie, konkrétně se zabývá přenosem energie pomocí světla. Běžně používané neurostimulátory zahrnují bateriově napájené implantovatelné pulzní generátory a trpí problémem objemných baterií, které vyžadují invazivnější operace a nutnost periodické výměny. V této práci je zkoumána alternativa přenosu energie s využitím fotovoltaických diod. Monokrystalické křemíkové fotovoltaické diody jsou modifikovány a používány pro přeměnu energie ze světelné na elektrickou. Tyto diody byly rozřezány na různé velikosti aktivních ploch a byly zapojeny do sériových nebo paralelních zapojení. Tyto fotovoltaické články byly spojeny s elektrodami vyrobenými z osmi různých materiálů a se čtyřmi různými velikostmi fotovoltaických diod, aby pokryly širokou škálu možných neurostimulačních aplikací. Dále byl vyroben prototyp fotovoltaického stimulátoru skládající se z flexibilních elektrod a fotovoltaické diody. Tento prototyp byl úspěšně testován na modelech malých zvířat, kterými byli Hirudo verbena a Locusta migratoria. Tato práce charakterizuje řadu kombinací jednotlivých velikostí a materiálů elektrod s fotovoltaickými diodami pro různé intenzity a frekvence světla a vytváří mapu relevantních parametrů, z nichž lze navrhnout prototyp stimulátoru pro konkrétní aplikaci. Tato práce pokládá základ pro další vývoj fotovoltaických neurostimulátorů, které umožní nové experimenty a jednoho dne možná méně invazivní klinická zařízení. This thesis is focused on the possibilities of neurostimulators with wireless energy transfer, specifically it explores optical power transfer. Commonly used neurostimulators comprise battery-powered implantable pulse generators, and suffer from the problem of bulky batteries, accounting for more invasive surgery and requirement of periodic replacement. In this work, the alternative of photovoltaic power transfer is explored. Monocrystalline silicon photovoltaic diodes are modified and used as energy transducers. These diodes were cut into different sizes of active surface area, and they were connected into series or parallel connections. These photovoltaic cells were coupled with electrodes made from eight different materials and four different sizes to cover a wide range of possible neurostimulation applications. Next, a prototype photovoltaic stimulator consisting of flexible electrodes and a photovoltaic driver was fabricated. This prototype was successfully tested on small animal models, which they were Hirudo verbena and Locusta migratoria. This work characterizes a range of combinations of individual electrode sizes and materials with photovoltaic diodes for different light intensities and frequencies, creating a map of relevant parameters which can be used to design a prototype stimulator for a specific application. This work lays a foundation for further development of photovoltaic powered neurostimulators to enable novel experiments and one day maybe less invasive clinical devices. Keywords: bioelectronics; neurostimulation; photovoltaics; wireless power transfer; microelectrodes; materials for stimulation electrodes; bioelektronika; neurostimulace; fotovoltaika; bezdrátový přenos energie; mikroelektrody; materiály pro stimulační elektrody Available in a digital repository NRGL Materiály pro fotovoltaické neurostimulátory na bázi křemíkových fotodiod

Tato práce je zaměřena na možnosti neurostimulátorů s bezdrátovým přenosem energie, konkrétně se zabývá přenosem energie pomocí světla. Běžně používané neurostimulátory zahrnují bateriově napájené ...

Kunovský, Ondřej; Weiter, Martin; Glowacki, Eric Daniel
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Zlaté nanosystémy pro molekulární detekci biologických vzorků v povrchově zesílené Ramanově spektroskopii
Kebabová, Mona; Bernátová,, Silva; Samek, Ota
2024 - English Citlivá a přesná detekce analytů nebo bakterií je klíčovým krokem při identifikaci nebezpečných sloučenin či patogenů, ať už v oblasti medicíny nebo bezpečnosti potravin. Využití pokročilých metod, jako je povrchově zesílená Ramanova spektroskopie (SERS), by pomohlo identifikovat bakterie nebo analyty s vysokou citlivostí a přesností. Tato diplomová práce zaměřuje na syntézu a charakterizaci kovových nanočástic (NČ) pro citlivou detekci bakterií pomocí SERS, přičemž NČ zvyšují Ramanův signál lokalizovanou plazmonovou rezonancí. Nejdříve jsou diskutovány nejnovější přístupy k syntéze plazmonických nanostruktur. Hlavní část experimentální práce tvoří syntéza zlatých (Au) a stříbrných (Ag) NČ, jejich charakterizace a využití pro analýzu chemických a biologických vzorků pomocí SERS. Nanočástice byly použity pro detekci molekul barviv (rhodamin 6G a methylenová modř), a patogenních bakterií Staphylococcus aureus a Escherichia coli, adsorbovaných na povrch syntetizovaných NČ. Dále byl replikován vysoce specifický sendvičový imunotest detekovatelný pomocí SERS. Tato metoda umožňuje rychlou a přesnou detekci patogenů. Na povrch nanočástic se pomocí interakce avidin-biotin vážou protilátky, které slouží k zachycení bakterií (E. coli a S. aureus). Ačkoli dílčí kroky protokolu byly úspešné, ověření funkce sendvičového imunotestu se doposud nezdařilo, pravděpodobně kvůli změnám v použitých chemikáliích a protilátkách. Kroky nezbytné k replikaci protokolu budou provedeny v budoucnu. Sensitive and accurate detection of analytes or bacteria is a crucial step in identifying dangerous compounds or pathogens, whether in the medical field or food safety. Utilizing advanced methods such as Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) would help with identifying bacteria or analytes with high sensitivity and accuracy. To optimize the method, the proposed master thesis concentrates on the synthesis and characterization of metal nanoparticles (NPs) that enhance Raman signal by localized plasmon resonance in SERS. Firstly, the recent approaches to the synthesis of plasmonic nanostructures are discussed. The main part of the experimental work consists of the synthesis of gold (Au) and silver (Ag) NPs and their characterization and use for analysis of chemical and biological samples by SERS. The NPs were used for the detection of dye molecules (rhodamine 6G and methylene blue), as well as the pathogenic bacteria Staphylococcus aureus and Escherichia coli, adsorbed on the surface of the synthesized NPs. Furthermore, a highly specific label-based sandwich immunoassay based on SERS signal of Raman reported linked to bacteria and NPs was replicated. This label-based method is a technique for the detection of a specific bacterial strain with the purpose of identifying the bacteria quickly and accurately. In principle, antibodies against specific bacteria were bound to the nanoparticle surface via an avidin-biotin affinity, allowing the bacteria (E. coli and S. aureus) to be captured. The prepared sandwich immunoassay is a precursor to highly accurate and rapid detection of bacteria, which I believe will be achieved in future steps. Keywords: Surface-enhanced Raman spectroscopy; gold nanoparticles; silver nanoparticles; Raman spectroscopy; bacterial detection; Povrchově zesílená Ramanova spektroskopie; zlaté nanočástice; stříbrné nanočástice; Ramanova spektroskopie; detekce bakterií Available in a digital repository NRGL Zlaté nanosystémy pro molekulární detekci biologických vzorků v povrchově zesílené Ramanově spektroskopii

Citlivá a přesná detekce analytů nebo bakterií je klíčovým krokem při identifikaci nebezpečných sloučenin či patogenů, ať už v oblasti medicíny nebo bezpečnosti potravin. Využití pokročilých metod, ...

Kebabová, Mona; Bernátová,, Silva; Samek, Ota
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Návrh 3D tištěné CubeSat struktury pro misi KOSTKA
Picka, Marek; Götthans, Jakub; Götthans, Tomáš
2024 - English Tato diplomová práce zkoumá inovativní návrh a implementaci 3D struktury pro CubeSat misi KOSTKA, kterou aktuálně vyvíjí univerzitní tým YSpace. S využitím pokročilých technologií aditivní výroby - selektivního laserového tavení (SLM) a přímého laserového spékání kovů (DMLS) - si tato práce klade za cíl optimalizovat strukturu CubeSatu zvý- šením strukturální integrity, snížení hmotnosti a vyhovění standardům a požadavkům. Proces návrhu zahrnoval iterativní vylepšení na základě analýz, které identifikovaly kritické body napětí a vedly k úpravám pro zlepšení rozložení zatížení a minimálního využití materiálu. Výsledné simulace potvrdily strukturální integritu rámu v simulovaných podmínkách startu, což dokazuje, že rám splňuje požadavky poskytovatele startu a cíle mise. Tato práce nejen dokazuje proveditelnost 3D tisku pro výrobu struktur cubesatů, ale také bude složit jako inspirace pro budoucí designy. 3D print, CubeSat, structure, additive manufacturing, design, random vibration, Quasi static loads, sinusoidal. Keywords: This thesis explores the innovative design and implementation of a 3D-printed structural frame for the Mission KOSTKA CubeSat; developed by the YSpace university team. Utilizing advanced additive manufacturing technologies—Selective Laser Melting (SLM) and Direct Metal Laser Sintering (DMLS)—this research aims to optimize the CubeSat frame for enhanced structural integrity; reduced mass; and compliance with stringent aerospace standards. The design process involved iterative enhancements informed by simulation analyses; which identified critical stress points and guided modifications to improve load distribution and material efficiency. Experimental validation confirmed the structural integrity of the frame under simulated launch conditions; demonstrating the frame’s compliance with the requirements of the launch provider and mission objectives. This work not only validates the feasibility of 3D printing for satellite structure manufacturing but also sets inspiration for future similar designs.; 3D tisk; CubeSat; struktura; aditivní výroba; design; náhodné vibrace; Quasi static loads; sinusoidal Available in a digital repository NRGL Návrh 3D tištěné CubeSat struktury pro misi KOSTKA

Tato diplomová práce zkoumá inovativní návrh a implementaci 3D struktury pro CubeSat misi KOSTKA, kterou aktuálně vyvíjí univerzitní tým YSpace. S využitím pokročilých technologií aditivní výroby - ...

Picka, Marek; Götthans, Jakub; Götthans, Tomáš
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Podrobná analýza kyberbezpečnosti fotovoltaických systémů
Turek, Adam; Bohačík, Antonín; Mikulášek, Michal
2024 - English Cílem diplomové práce je seznámení se s metodami útoků na fotovoltaické systémy a jejich komponenty. Dále analyzování jednotlivých typů fotovoltaických systémů, jednotlivých komponent a možných bezpečnostních nedostatků. Dále navržení a sestavení testovacího pracoviště umožnující sledování fotovoltaických prvku a síťového provozu s implementovaním několika kybernetických útoků. Práce popisuje teoretickou část fotovoltaických systémů a jejich komponent, kybernetickou bezpečnost a možné útoky. Krom toho také analýzu konkrétních zranitelností na fotovoltaické systémy, která byla provedena prostřednictvím veřejně známých databází jako je Vulners nebo Národní Databáze Zranitelností. Dále popis testovacího prostředí střídačů Solax a Solinteg, implementační nástroje a úspěšně provedenou síťovou, Modbus a kybernetickou analýzu na fotovoltaické střídače s odsimulováním útoků. The thesis aims to learn about the methods of attacks on photovoltaic systems and their components. Furthermore, it analyses the different types of photovoltaic systems, individual components, and possible security weaknesses. Furthermore, designing and building a testing workplace that allows monitoring of PV components and network traffic with the implementation of several cyber attacks. The thesis describes the theoretical part of PV systems and their components, as well as cyber security and possible attacks. It also includes an analysis of specific vulnerabilities in PV systems, which was performed through publicly known databases such as Vulners or the National Vulnerability Database. In addition, a description of the Solax and Solinteg inverter test environment, implementation tools, and successfully performed network, Modbus, and cyber analysis on PV inverters with attack simulations. Keywords: Photovoltaic systems; Photovoltaics; PV vulnerabilities; Analysis; Solax; Solinteg; Cyber attacks; Kali; DoS; DDoS; Modbus; QmodMaster; Network configuration; Wireshark; Fotovoltaické systémy; Fotovoltaika; Zranitelnosti FV; Analýza; Solax; Solinteg; Kybernetické útoky; Kali; DoS; DDoS; Modbus; QmodMaster; Síťová konfigurace; Wireshark Available in a digital repository NRGL Podrobná analýza kyberbezpečnosti fotovoltaických systémů

Cílem diplomové práce je seznámení se s metodami útoků na fotovoltaické systémy a jejich komponenty. Dále analyzování jednotlivých typů fotovoltaických systémů, jednotlivých komponent a možných ...

Turek, Adam; Bohačík, Antonín; Mikulášek, Michal
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Návrh kybernetického polygonu ve virtuální realitě
Nguyen, Van Phuc; STODOLA,, Jiří; Číka, Petr
2024 - English Diplomová práce představuje návrh a implementaci kybernetické tělocvičny pro virtuální realitu, která integruje imerzivní technologie pro modelování sítě. Na základě teorií z oblasti kybernetické bezpečnosti a sítí, virtuální reality, studie vytváří teoretický rámec. Je uvedena analýza SOTA, která přezkoumává použití VR v oblasti kybernetické bezpečnosti. Metodicky práce využívá Unreal Engine 5 pro vytvoření syntetického 3D prostředí a návrh interaktivních principů objektů ve virtuálním světě. V rámci praktické části práce je podrobně popsána architektura systému, interakce mezi IT komponentami, simulující podmínky reálného světa, přenesené do virtuální reality. Implementace zahrnuje programování platformy s důrazem na problémy a jejich řešení. Výsledky a diskuse analyzují efektivitu simulátorů pro výcvik v kybernetické bezpečnosti, rámovanou stanoveným teoretickým rámcem. V závěru studie jsou uvedena doporučení pro budoucí zlepšení a praktické využití. The master’s thesis presents the design and implementation of a Virtual Reality Cyber Gym, integrating immersive technologies for modelling a network. Drawing on theories from cybersecurity, networking, and virtual reality, the study establishes a theoretical framework. A SOTA analysis is provided to review the application of VR in the field of cyber security. Methodologically, the thesis employs Unreal Engine 5 for creating a synthetic 3D environment and design the interactive principles of objects in virtual world. As part of the practical work, the system architecture details interactions among IT components, simulating the conditions of the real world, transferred to virtual reality. Implementation involves programming the platform, emphasizing challenges and solutions. Results and discussions analyze the effectiveness of simulators for cybersecurity training, framed by the established theoretical framework. The study concludes with recommendations for future improvement and practical applications. Keywords: Unreal Engine; VR; virtual reality; networking; cybersecurity; network simulator; Unreal Engine; VR; virtuální realita; počítačová síť; kybernetická bezpečnost; síťový simulátor Available in a digital repository NRGL Návrh kybernetického polygonu ve virtuální realitě

Diplomová práce představuje návrh a implementaci kybernetické tělocvičny pro virtuální realitu, která integruje imerzivní technologie pro modelování sítě. Na základě teorií z oblasti kybernetické ...

Nguyen, Van Phuc; STODOLA,, Jiří; Číka, Petr
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Optimizing of cyber security of Precision Time Protocol (PTP) on Ethernet for ARM based CPU
Latinovič, Borivoje; Ištvánek, Matěj; Smékal, Zdeněk
2024 - English This thesis provides the selection and implementation of different security protocols to be used with Precision Time Protocol (PTP). The thesis further tests the behavior of PTP under different security protocols, using an automatized measurement tool, and analyses the effect on PTP in order to determine the most optimal security protocol. This thesis provides the selection and implementation of different security protocols to be used with Precision Time Protocol (PTP). The thesis further tests the behavior of PTP under different security protocols, using an automatized measurement tool, and analyses the effect on PTP in order to determine the most optimal security protocol. Keywords: Precision Time Protocol (PTP); Synchronization; Timing; Encryption; Encapsulation; Linux; Precision Time Protocol (PTP); Synchronization; Timing; Encryption; Encapsulation; Linux Available in a digital repository NRGL Optimizing of cyber security of Precision Time Protocol (PTP) on Ethernet for ARM based CPU

This thesis provides the selection and implementation of different security protocols to be used with Precision Time Protocol (PTP). The thesis further tests the behavior of PTP under different ...

Latinovič, Borivoje; Ištvánek, Matěj; Smékal, Zdeněk
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Time Series Forecasting Using Machine Learning
Elrefaei, Islam; Galáž, Zoltán; Hošek, Jiří
2024 - English The aim of this thesis is to explore the application of various artificial intelligence (AI) techniques for the prediction of time series data, which is prevalent in fields such as finance, economics, and engineering. Accurate time series prediction is essential for effective decision-making and planning. This thesis reviews several traditional and state-of-the-art AI techniques used for time series prediction, including linear regression, ARIMA, support vector regression, random forests, and deep learning. These techniques are applied to different time series datasets, encompassing both univariate and multivariate data. The performance of the predictive models is evaluated using various scalar metrics. The performance of the models was different depending on the type of the dataset. Additionally, this thesis includes the development of a user interface application that allows users to change parameters and forecast new results based on their entries. Furthermore, the thesis discusses the challenges and limitations of using AI techniques for time series prediction and provides suggestions for future research directions. The aim of this thesis is to explore the application of various artificial intelligence (AI) techniques for the prediction of time series data, which is prevalent in fields such as finance, economics, and engineering. Accurate time series prediction is essential for effective decision-making and planning. This thesis reviews several traditional and state-of-the-art AI techniques used for time series prediction, including linear regression, ARIMA, support vector regression, random forests, and deep learning. These techniques are applied to different time series datasets, encompassing both univariate and multivariate data. The performance of the predictive models is evaluated using various scalar metrics. The performance of the models was different depending on the type of the dataset. Additionally, this thesis includes the development of a user interface application that allows users to change parameters and forecast new results based on their entries. Furthermore, the thesis discusses the challenges and limitations of using AI techniques for time series prediction and provides suggestions for future research directions. Keywords: Time Series; Forecasting; Python; Machine Learning; Time Series; Forecasting; Python; Machine Learning Available in a digital repository NRGL Time Series Forecasting Using Machine Learning

The aim of this thesis is to explore the application of various artificial intelligence (AI) techniques for the prediction of time series data, which is prevalent in fields such as finance, economics, ...

Elrefaei, Islam; Galáž, Zoltán; Hošek, Jiří
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Klasifikace RF signálů pomocí umělé inteligenci
Turák, Samuel; Ulovec, Karel; Polák, Ladislav
2024 - English Táto práca sa zameriava na klasifikáciu rádiofrekvenčných (RF) signálov založenú na hlbokom učení. Pre tento účeľ, tri neuronové siete sú vybrané a prezentované: Konvolučná Neurónová Sieť (CNN), Sieť s Bránovými Rekurentnými Jednotkami (GRU), Konvolučná Hlboká Neurónová Sieť s Bránami (CGDNN). Všetky sú trénované a vyhodnotené na viacerých datasetoch, ovplyvnené rôznymi RF rušeniami, pre klasifikáciu rôznych bezdrátových štandardov. Signály v jednotlivých datasetoch boli vytvorené pomocou aplikácie Wireless Waveform Generator v programu MATLAB. Jeden verejne dostupný dataset na klasifikáciu modulácie je takisto testovaný na modeloch. Použité prístupy k predspracovaniu dát, tréningu modelov a vyhodnoteniu modelov sú implementované v programovacom prostredí Python s využitím knižníc ako Scikit-learn a Keras. \mbox{Získané výsledky} sú prehľadne prezentované a diskutované. This thesis focuses on Deep learning-based radio frequency (RF) signal classification. For this purpose, three neural networks are selected and introduced: Convolutional Neural Network (CNN), Gated Recurrent Unit Network (GRU) and Convolutional Gated Deep Neural Network (CGDNN). All are trained and evaluated on multiple datasets, influenced by different RF impairments, for wireless standard classification. The waveforms in these datasets have been created by the Wireless Waveform Generator app in MATLAB. One publicly available modulation classification dataset is also being tested on the models. The performed approaches of data preprocessing, model training and model evaluation are implemented in the programming environment Python, utilizing libraries such as Scikit-learn and Keras. The obtained results are evaluated and discussed. Keywords: Radiofrequency (RF) signals; deep learning; neural network; dataset; RF impairments; Python; MATLAB; Rádiofrekvenčné (RF) signály; hlboké učenie; neurónová sieť; dataset; RF rušenia; Python; MATLAB Available in a digital repository NRGL Klasifikace RF signálů pomocí umělé inteligenci

Táto práca sa zameriava na klasifikáciu rádiofrekvenčných (RF) signálov založenú na hlbokom učení. Pre tento účeľ, tri neuronové siete sú vybrané a prezentované: Konvolučná Neurónová Sieť (CNN), Sieť ...

Turák, Samuel; Ulovec, Karel; Polák, Ladislav
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Výukový satelit formátu PocketQube
Veverka, Jiří; Zamazal, Michal; Povalač, Aleš
2024 - English Tato diplomová práce je zaměřena na návrh výukového satelitu typu PocketQube 2P (50x50x100mm) a pozemní stanice, které budou využívány ve výuce STEM laboratoří. Navržený systém byl navržen s důrazem na modularitu, snadnou výměnu za použití komerčních volně dostupných součástek a snadné pochopení subsystémů, které lze v družici tohoto typu nalézt, tedy palubní počítač, komunikační modul, napájecí systém a payload. Mimo vnitřních modulů byla vyvinuta i vnější konstrukce, která je celá vyrobena z desek plošných spojů a dohromady tvoří základ družice. Vyvinutá družice a pozemní stanice využívají ke komunikaci rádiový modul RFM98W s modulací LoRa. This diploma thesis is focused on the design of a 2P (50$\times$50$\times$100mm) PocketQube type educational satellite and Ground station, which will be used in STEM laboratory classes. The proposed system was designed with emphasis on modularity, ease of replacement using commercial off-the-shelf components, and easy understanding of the subsystems one can find in a satellite of this type - On-Board Computer, Communication module, Electric Power System module, and Payload. Among these modules was developed an external structure, made entirely out of PCBs and together form the basis of the satellite. The developed satellite and Ground station utilize RFM98W radio module with LoRa modulation for communication. Keywords: On-board Computer (OBC); Electrical Power System (EPS); Communication system (COM); PocketQube; satellite; STM32; LoRa; RFM98W; Ground station; Payload; Palubní počítač; Napájecí systém; Komunikační systém; PocketQube; satelit; STM32; LoRa; RFM98W; Pozemní stanice; Payload Available in a digital repository NRGL Výukový satelit formátu PocketQube

Tato diplomová práce je zaměřena na návrh výukového satelitu typu PocketQube 2P (50x50x100mm) a pozemní stanice, které budou využívány ve výuce STEM laboratoří. Navržený systém byl navržen s důrazem ...

Veverka, Jiří; Zamazal, Michal; Povalač, Aleš
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Polyfunkční budova
Almeida, Adérito Cláudio Lopes de; Jelínek, Petr; Struhala, Karel
2023 - English Available in a digital repository NRGL Polyfunkční budova

Almeida, Adérito Cláudio Lopes de; Jelínek, Petr; Struhala, Karel
Vysoké učení technické v Brně, 2023