Ne (1509)
Počet nalezených dokumentů:
1509
Publikováno od
do
Automatizace návrhu systémů odolných proti poruchám
Lojda, Jakub; Plíva, Zdeněk; Steininger, Andreas; Sekanina, Lukáš
2023 - anglický
Pokud je požadováno, aby digitální systém dosáhl vysoké úrovně spolehlivosti, musí zachovat funkčnost i v případě přítomnosti přirozeně se objevujících poruch. Mnoho takových systémů využívá hradlová pole FPGA (z angl. Field Programmable Gate Array). Jedním z přístupů ke zvýšení spolehlivosti systému je začlenění mechanismů odolnosti proti poruchám (OPP; angl. Fault Tolerance). Není však snadné navrhovat systémy tak, aby byly OPP. V této disertační práci je navržen, prozkoumán a popsán automatický způsob transformace popisu systému do jeho podoby zvyšující OPP. Prezentovaný výzkum klade důraz na obecnost tohoto procesu, který umožňuje znovupoužitelnost metod mezi odlišnými formáty popisu, různými jazyky a úrovněmi abstrakce. Tato práce zkoumá navrhovanou metodu a její hlavní aspekty: metody úpravy zdrojového kódu, strategie návrhu OPP a akceleraci měření dosažené úrovně OPP. V neposlední řadě práce prezentuje postup návrhu, který cílí na minimalizaci požadovaných měření parametrů, což výrazně urychluje automatický návrh systému OPP. Během výzkumu prezentovaného v této práci bylo experimentálně studováno několik případů. Různé obvody popsané v odlišných jazycích byly optimalizovány dle rozdílných metrik spolehlivosti tak, aby během výzkumu bylo pokryto více scénářů. První kroky ve výzkumu využívají řídicí jednotku robota napsanou v C++ jako cíl pro vyhodnocení manipulace se zdrojovým kódem. Optimalizace se zaměřuje na procentuální zastoupení tzv. kritických bitů (z angl. critical bits) na FPGA. Následně byly místo řídicí jednotky robota použity naše testovací obvody, rovněž popsané v C++. K automatickému přiřazení nejvhodnějších mechanismů OPP (např. třímodulové redundance, z angl. Triple Modular Redundancy - TMR; nebo N-modular Redundancy - NMR) byla nejprve použita strategie založená na Multiple-choice Knapsack Problem (MCKP). Navrhovaná strategie nalezla řešení snižující počet kritických bitů o 18 % a zároveň snížila velikost obvodu (obojí ve srovnání s předchozím přístupem se statickou alokací mechanismů OPP). Poté byly implementovány prostředky pro vkládání mechanismů OPP do VHDL kódů. Testovací obvody popsané ve VHDL byly použity rovněž se strategií MCKP k nalezení řešení s nejlepším mediánem času do selhání (též známým jako t50). Pro tuto případovou studii bylo dosaženo cca 25% úspory velikosti obvodu ve srovnání s referenčním návrhem, ve kterém byly mechanismy OPP přiřazeny staticky a ručně. Prezentovaná metoda totiž umožňuje uživateli omezit oblast na čipu, která je pro daný systém dostupná a získat výsledek o optimální spolehlivosti pro tuto danou oblast (za předpokladů blíže specifikovaných v této práci). Rovněž byla testována obnova systému, která dále zlepšila výsledky t50 o 70 %. Nakonec byla provedena komplexní případová studie na reálném obvodu - řadiči rekonfigurace FPGA. V této případové studii se v praxi představuje způsob nalezení Paretovy fronty optimálních obvodů zohledňujících více kritérií, tj. spotřeba energie, velikost a střední doba do poruchy (z angl. Mean Time to Failure - MTTF). Metoda také umí využít principů dynamické částečné rekonfigurace FPGA pro obnovu systémů. If a digital system is required to maintain a high level of reliability, it must withstand the presence of naturally-emerging failures. Many of such systems utilize Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). One of the approaches to increase the system's reliability is the insertion of the so-called Fault Tolerance (FT) mechanisms. It is, however, a significant challenge to design systems to be FT. In this thesis, an approach is designed and researched, capable of automatically transforming an unhardened design into its FT version. The thesis emphasizes the generality of such a process, which allows for the reusability of the methods among various description formats, languages, and abstraction levels. This thesis describes the proposed method and its main aspects: the source code modification approaches, design strategies, and acceleration of FT parameters measurement. Last but not least, design flows that target the minimization of required measurements are proposed, which significantly accelerates the complete automated design of the FT system. Several cases were experimentally studied during the research presented in this thesis. Multiple circuits described in different languages were targeted with various reliability metrics to cover multiple scenarios. The first steps use a robot controller written in C++ as a target for evaluating the source code manipulations and the so-called critical bits representation of an FPGA design. After that, our C++ benchmark circuits were used instead of the robot controller. At first, a strategy based on the Multiple-choice Knapsack Problem (MCKP) was used to automatically select the most suitable hardening from available hardening schemes (e.g., Triple Modular Redundancy, or N-modular Redundancy). The proposed design strategy found a solution with 18% fewer critical bits while even lowering the design size overhead compared to the previous approach with the static allocation of FT mechanisms. After that, means of FT mechanism insertion were implemented for VHDL. VHDL benchmarks were also used with the MCKP strategy to find solutions with the best Median Time to Failure (a.k.a. t50). For the actual case study, circa 25% savings in the area were achieved compared to the reference design to which the FT mechanisms were assigned statically and manually. The method allows the user to constrain the available chip area and obtain the result optimal on reliability for this given area (under assumptions specified in the thesis). Also, system recovery was tested, which further improved the t50 results by 70%. Finally, a comprehensive case was studied on a real circuit, the FPGA reconfiguration controller. This presents a method of finding a Pareto-frontier of optimal designs considering multiple criteria (i.e., power consumption, size, and Mean Time to Failure - MTTF). The method exploits the principles of dynamic partial reconfiguration.
Klíčová slova:
Fault-tolerant System Design Automation; Electronic Design Automation; Fault-tolerant System Design Flow; Redundancy Allocation and Insertion; FPGA; VHDL; C++; Automatizace návrhu systémů odolných proti poruchám; automatizace návrhu elektronických systémů; postup návrhu systémů odolných proti poruchám; alokace a vkládání redundance; FPGA; VHDL; C++
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Automatizace návrhu systémů odolných proti poruchám
Pokud je požadováno, aby digitální systém dosáhl vysoké úrovně spolehlivosti, musí zachovat funkčnost i v případě přítomnosti přirozeně se objevujících poruch. Mnoho takových systémů využívá hradlová ...
Spojení algoritmů pro odstranění vlivu kožních onemocnění na proces rozpoznávání otisků prstů
Heidari, Mona; Derawi, Mohammad; Gomez-Barrero, Marta; Drahanský, Martin
2023 - anglický
Tato práce se zaměřuje na datové struktury, zpracování obrazu a metody počítačového vidění pro detekci a rozpoznávání nemocí ve snímcích otisků prstů. Počet vyvinutých biometrických systémů a dokonce i používaných biometrických charakteristik se zvyšuje. Všeobecně platí, že otisk prstu jednotlivce je jedinečný a zůstává relativně neměnný po celý život. Struktura papilárních linií se však může měnit nemocemi a může být poškozena kožními chorobami. Vzhledem k tomu, že jsou systémy do značné míry závislé na struktuře papilárních linií jednotlivce, která pozitivně ovlivňuje jejich identitu, lidé trpící kožními nemocemi mohou být diskriminováni, protože jejich papilární linie mohou být narušeny. Vliv kožních onemocnění je důležitým, ale často opomíjeným faktorem v biometrických systémech založených na otiscích prstů. Jedinec trpící kožním onemocněním, které postihuje konečky prstů nemusí být schopen používat určité biometrické systémy. Shromáždění databáze otisků prstů, ovlivněných kožními nemocemi, je náročný úkol. Je nákladný a časově náročný, vyžaduje také pomoc lékařských odborníků a ochotné účastníky trpící různými kožními nemocemi na bříšcíeh prstů. Surová databáze otisků prstů s onemocnénímí byla nejprve analyzována, aby poskytla pevný základ pro budoucí výzkum. Pro každé konkrétní onemocnění jsou nalezeny společné znaky mezi všemi snímky otisků prstů postižených nemocí a je definován obecný popis každého onemocnění a jeho vlivů. Poté automaticky přiřadíme označení na základě kombinace známého stavu obrazu otisku prstu. Navrhované řešení je integrováno s různými algoritmy zaměřenými na knihovny pro zpracování obrazu a metody počítačového vidění pro detekci objektů. Je vyhodnoceno na poškozených souborech dat otisků prstů a popisuje současný stav implementace pomocí navržených technik. Současný stav techniky pro implementaci detekce onemocnění využívá analýzu textury a detekci prvků porovnáváním hodnot intenzity pixelů v malém okolí v obraze. Vzhledem ke složitosti jednotlivých vzorů nemocí vede kombinace algoritmů analýzy textury k lepším výsledkům detekce. Kombinace Gray Level Co-occurrence Matrix (GLCM), Local Binary Pattern (LBP), pole orientací a matematické morfologie může detekovat poškození v obrazech otisků prstů. Kombinace těchto funkcí umožňuje identifikovat změny v textuře a tvaru toku papilárních linií otisků prstů způsobené nemocemi. Tyto techniky zachycují různé aspekty textury a tvaru poškození v obrazech otisků prstů a vedou k identifikaci změn v textuře způsobených nemocemi. V průběhu detekčního procesu jsou použity matematické morfologické operace pro zlepšení strukturálních detailů tím, že odstraňují malé nesrovnalosti v obraze a zjednodušují tvar objektů, což usnadňuje jejich identifikaci a izolaci, rozšiřováním hranic objektů v obraze nebo vyplněním mezer a propojením rozlomených částí objektů. To vede k lepší detekci a rozpoznání objektů.Na konci procesu detekce je použita koherence, která ukazuje hodnocení kvality polí obrazu otisku prstu na tři typy: zdravý, poškozený a pozadí. This thesis focuses on data structures, image processing, and computer vision methods for detecting and recognizing diseases in fingerprint images. The number of developed biometric systems and even used biometric characteristics is increasing. It is widely accepted that an individual's fingerprint is unique and remains relatively unchanged throughout life. However, the structure of these ridges can be changed and damaged by skin diseases. As these systems depend heavily on the structure of an individual's fingertip ridge pattern that positively determines their identity, people suffering from skin diseases might be discriminated against as their ridge patterns may be impaired. Likely, fingerprint devices have not been designed to deal with damaged fingerprints; therefore, after scanning the fingerprint, they usually reject it. The influence of skin disease is an important but often neglected factor in biometric fingerprint systems. An individual might be prevented from using specific biometric systems when suffering from a skin disease that affects the fingertips. Collecting a database of fingerprints influenced by skin diseases is a challenging task. It is expensive and time-consuming, but it also requires the assistance of medical experts and the ability to find willing participants suffering from various skin conditions on fingertips. The raw diseased fingerprint database is first analyzed to provide a solid foundation for future research. Common signs among all fingerprint images affected by the disease are found for every particular disease, and a general description of each disease and its influences is defined. Then we automatically assign the label based on a combination of the known state of the fingerprint image. The proposed solution is integrated with different algorithms focused on image processing libraries and computer vision methods for object detection. The solution has been evaluated on damaged fingerprint datasets and highlights the state of the art implementations using proposed techniques. The state of the art technique for disease detection implementations uses texture analysis and feature detection by comparing the intensity values of pixels in a small neighborhood in an image. Due to the complexity of each disease pattern, the combination of texture analysis algorithms leads to better detection results. The combination of GLCM, LBP, orientation field, and mathematical morphology can detect damage (artifacts) in fingerprint images. Combining these features makes it possible to identify changes in the texture and shape of the fingerprint flow caused by diseases. These techniques capture different aspects of the texture and shape of the damage in fingerprint images and lead to identifying changes in the texture caused by diseases. In the stages of the detection process, mathematical morphology operations are applied to improve the structural details by removing small irregularities in the image and simplify the shape of objects, making it easier to identify and isolate them expanding the boundaries of objects in an image or filling gaps and connect broken parts of objects, leading to better object detection and recognition. At the end of the detection process, coherence is applied to show the quality evaluation of fingerprint image patches into three types healthy, damaged, and background. Overall, the proposed solution showcases the effectiveness of integrating multiple image processing and computer vision algorithms for disease detection in fingerprint images.\ The combination of these algorithms can accurately detect and localize disease patterns in damaged fingerprint datasets, thus providing a reliable solution for disease detection in forensic applications.
Klíčová slova:
Diseased fingerprint detection; biometrics; computer vision methods; signal processing; pattern recognition; fingerprint database.; Detekce onemocnění otisků prstů; biometrie; metody počítačového vidění; zpracování signálu; rozpoznávání vzorů; databáze otisků prstů.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Spojení algoritmů pro odstranění vlivu kožních onemocnění na proces rozpoznávání otisků prstů
Tato práce se zaměřuje na datové struktury, zpracování obrazu a metody počítačového vidění pro detekci a rozpoznávání nemocí ve snímcích otisků prstů. Počet vyvinutých biometrických systémů a dokonce ...
Rozpoznávání řeči do textu s částečným dohledem a kritikem založeným na převodu z textu do řeči
Baskar, Murali Karthick; Manohar, Vimal; Trmal, Jan; Burget, Lukáš
2023 - anglický
Modely pro automatické rozpoznávání řeči (ASR) vyžadují pro dosažení přijatelné přesnosti velké množství trénovacích dat. Z tohoto důvodu se v poslední době zvýšil zájem o trénování seq2seq modelů bez dohledu a s částečným dohledem. Tato práce vychází z nedávných výsledků, které ukázaly výrazné zlepšení trénování s částečným dohledem pomocí cyklické konzistence a souvisejících technik. Ty využívají trénovací postupy a kritéria schopná pomocí kombinace ASR s modely převodu textu na řeč (TTS) zužitkovat nesouvisející řečová a/nebo textová data. Tato práce nejprve navrhuje nový rámec pro modelování kombinující diferencovatelné end-to-end kritérium ASR->TTS s kritériem TTS->ASR. Tato metoda dokáže využít nesouvisející řečová a textová data a překonat související techniky ve slovní chybovosti (WER). Práce obsahuje rozsáhlou sadu výsledků analyzujících vliv množství dat i vliv podílu řeči a textu na opravách chyb. Výsledky dokládají konzistentní zlepšení na korpusech WSJ a LibriSpeech. Práce se rovněž zabývá omezeními modelu ASR<->TTS v podmínkách mimo doménu trénovacích dat (out-of-domain). Navrhujeme vylepšený model ASR<->TTS (EAT), zahrnující dva klíčové komponenty: 1) směr ASR->TTS je doplněn jazykovým model, který penalizuje hypotézy ASR před jejich vstupem do TTS; a 2) ve směru TTS->ASR je zavedena regularizace trénovaná bez dohledu tak, aby opravovala syntetizovanou řeč před vstupem do modelu ASR. Zkoumáme strategie trénování a účinnost modelu EAT a porovnáme jej s přístupy umělého zvyšování množství (augmentace) dat. Výsledky ukazují, že model EAT snižuje rozdíl v úspěšnosti mezi trénováním bez dohledu a trénováním s částečným dohledem absolutně o 2,6% WER na LibriSpeech datech a o 2,7% WER na BABEL datech. Sequence-to-sequence automatic speech recognition (ASR) models require large quantities of training data to attain good performance. For this reason, unsupervised and semi-supervised training in seq2seq models have recently witnessed a surge in interest. This work builds upon recent results showing notable improvements in semi-supervised training using cycle-consistency and related techniques. Such techniques derive training procedures and losses able to leverage unpaired speech and/or text data by combining ASR with text-to-speech (TTS) models. This thesis first proposes a new semi-supervised modelling framework combining an end-to-end differentiable ASR->TTS loss with TTS->ASR loss. The method is able to leverage unpaired speech and text data to outperform recently proposed related techniques in terms of word error rate (WER). We provide extensive results analysing the impact of data quantity as well as the contribution of speech and text modalities in recovering errors and show consistent gains across WSJ and LibriSpeech corpora. The thesis also discusses the limitations of the ASR<->TTS model in out-of-domain data conditions. We propose an enhanced ASR<->TTS (EAT) model incorporating two main features: 1) the ASR->TTS pipeline is equipped with a language model reward to penalize the ASR hypotheses before forwarding them to TTS; and 2) speech regularizer trained in unsupervised fashion is introduced in TTS->ASR to correct the synthesized speech before sending it to the ASR model. Training strategies and the effectiveness of the EAT model are explored and compared with augmentation approaches. The results show that EAT reduces the performance gap between supervised and semi-supervised training by absolute WER improvement of 2.6% and 2.7% on LibriSpeech and BABEL respectively.
Klíčová slova:
Automatic speech recognition; text to speech; semi-supervised training; cycle-consistency; unpaired speech and text data; regularization.; Automatické rozpoznávání řeči; převod textu na řeč; trénování s částečným dohledem; cyklická konzistence; nesouvisející řeč a textová data; regularizace.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Rozpoznávání řeči do textu s částečným dohledem a kritikem založeným na převodu z textu do řeči
Modely pro automatické rozpoznávání řeči (ASR) vyžadují pro dosažení přijatelné přesnosti velké množství trénovacích dat. Z tohoto důvodu se v poslední době zvýšil zájem o trénování seq2seq modelů bez ...
Magneto-optické studie pevných látek
Solodovnyk, Artur; Malissa, Hans; Tol, Johan van; Neugebauer, Petr
2023 - anglický
Elektricky detekovaná magnetická resonance (EDMR) je citlivá a užitečná technika pro výzkum základních vlastností polovodičů a pevných látek. Tato práce popisuje teorii elektronové paramagnetické resonance a spektroskopie EDMR v jejímž rámci je nastíněno několik modelů spinově závislé rekombinace. Instrumentační a softwarové části jsou ředstaveny spolu s vývojem nového držáku vzorku přímo pro EDMR. Plánujeme pozvednout výzkum na poli EDMR na vyšší úroveň pomocí vývoje zařízení, které bude pracovat při frekvencích až do 1.1 THz a externím magnetickém poli do 16 T. Vezmeme-li v potaz možnosti námi postaveného THz Frequency-Domain Rapid Scan (THz FraScan) spektrometru nacházejícího se na CEITEC VUT, vzorky budeme charakterizovat pomocí obou měřicích módu, tedy zvyšování magnetického pole nebo frekvence. V porovnání s konvenční kontinuální vlnou (CW) EDMR nám tato měření umožní získat nejen závislost změny napětí na externím magnetické poli při dané frekvenci, ale také akvizici map znázorňující závislost frekvence na magnetickém poli. Electrically detected magnetic resonance (EDMR) is a sensitive and powerful technique for the determination of fundamental intrinsic properties of semiconductive solid-state materials. This work describes the fundamental theory of electron paramagnetic resonance and EDMR spectroscopy, in particular, several models of spin-dependent recombination are reviewed. The instrumental and software parts are presented, as well as the development of a new sample holder specific for EDMR. We intend to bring EDMR investigations to a new level, by developing a setup, which will operate at frequencies up to 1.1 THz and external magnetic field up to 16 T. Taking into account the possibilities of a home-built THz Frequency-Domain Rapid Scan (THz FraScan) spectrometer located in CEITEC BUT, samples will be characterized using both magnetic field and frequency sweeps. Thus, compared to the conventional continuous wave (CW) EDMR, this will allow obtaining not only the dependence of the voltage change on the external magnetic field at a given microwave frequency but also measuring frequency-field maps.
Klíčová slova:
Electron paramagnetic resonance; electrically detected magnetic resonance; spectroscopy; THz; SiC; Elektronová paramagnetická rezonance; elektricky detekovaná magnetická rezonance; spektroskopie; THz; SiC
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Magneto-optické studie pevných látek
Elektricky detekovaná magnetická resonance (EDMR) je citlivá a užitečná technika pro výzkum základních vlastností polovodičů a pevných látek. Tato práce popisuje teorii elektronové paramagnetické ...
Kvantitativní počítačová tomografie
Šalplachta, Jakub; Keckes, Jozef; Batenburg, Joost; Kaiser, Jozef
2023 - anglický
Hlavním cílem této práce je prostudovat, prozkoumat a případně posunout dále oblast kvantitativní počítačové tomografie (QCT) se specifickým zaměřením na laboratorní submikronový CT systém Rigaku nano3DX. Tato práce se zabývá oběma aspekty QCT, kterými jsou akvizice kvantitativních CT dat a využití CT dat pro kvantitativní analýzu. Pokud jde o první aspekt, specifický důraz je kladen na posouzení současných technologických limitů submikronového CT, kde jsou studovány tomografické artefakty způsobené právě technickými nedostatky a navrženy optimální redukční strategie. Také praktické aspekty spojené s implementací spektrálního CT ve formě dual-targetového CT (DTCT) pomocí systému Rigaku nano3DX jsou řešeny vývojem specializovaných metodologií pro akvizici a registrace dat. Pro kvantitativní analýzu CT dat byly vyvinuty dvě nové metody. Jedna z metod byla speciálně navržena pro analýzu porozity vzorků vyrobených metodou 3D-tisku a to s ohledem na klíčové aspekty zpracování tomografických dat, díky čemuž je tato metoda objektivní a reprodukovatelná. Druhá metoda byla speciálně navržena pro kvantitativní hodnocení 3D modelů biologických tubulárních systémů a byla prakticky testována na myším modelu Alagilleova syndromu. The main aim of this thesis is to study, explore and possibly move further the field of quantitative computed tomography (QCT) with specific focus on a laboratory-based submicron computed tomography (CT) system Rigaku nano3DX. This work is dealing with both aspects of the QCT, which are the acquisition of quantitative CT data and the utilization of CT data for quantitative analysis. Regarding the first aspect, specific focus is placed on assessment of current technological limits of submicron CT, where the technology-based tomographic artifacts are studied, and optimal reduction strategies are proposed. Also, practical aspects related to implementation of spectral CT in a form of dual-target CT (DTCT) using Rigaku nano3DX system, are solved by development of dedicated acquisition and data registration methodologies. For the quantitative analysis of CT data, two novel methods were developed. One was specifically designed for porosity analysis of additive manufactured samples with a respect to the crucial points of tomographic data processing, making it objective and reproducible. Second method was specifically designed for quantitative assessment of 3D models of biological tubular systems and was practically tested on a mouse model of Alagille syndrome.
Klíčová slova:
Quantitative Computed Tomography; QCT; CCD; sCMOS; tomographic artifacts reduction; dual-energy CT; porosity analysis; 3D models analysis; Kvantitativní počítačová tomografie; QCT; CCD; sCMOS; redukce tomografických artefaktů; duálně-energiové CT; analýza porosity; analýza 3D modelů
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Kvantitativní počítačová tomografie
Hlavním cílem této práce je prostudovat, prozkoumat a případně posunout dále oblast kvantitativní počítačové tomografie (QCT) se specifickým zaměřením na laboratorní submikronový CT systém Rigaku ...
Computational Models for Non-linear Mechanical Loading Analyses of Lattice Structures Made by Laser Powder Bed Fusion
Červinek, Ondřej; Dr. Michael R. Tucker; Haas/, Franz; Koutný, Daniel
2023 - anglický
Rozvoj aditivních technologií v posledních letech umožnil výrobu meta materiálů s porézní vnitřní architekturou zvaných mikro-prutové struktury z několika typů kovových slitin. Za pomoci těchto struktur je možné vyvíjet lehké komponenty s potenciálem v oblasti absorpce mechanické energie. Jejich implementací do deformačních zón vozidel může být docíleno zvýšení bezpečnosti posádky. Vlastnosti mikro-prutových struktur umožňují navrhnout absorbéry se specifickým typem chování, které redukuje přetížení působící na posádku vozidla v případě nehody. Pro využití těchto dílů pro specifické aplikace je nutné odhadnout jejich deformační chování. Nedávný výzkum ukázal, že základový materiál těchto struktur má odlišné vlastnosti v porovnání s konvenčními objemovými komponentami vyrobenými stejnou technologií. To znamená, že pro efektivní využití mikro-prutových struktur je zapotřebí matematicky přesně popsat jejich specifické vlastnosti a deformační charakteristiky. Nicméně matematický model, který by zahrnoval popis všech významných charakteristik deformace mikro-prutových struktur, není k dispozici. Proto se tato práce zaměřuje na vývoj nelineárního numerického modelu zatěžování mikro-prutových struktur se zahrnutím efektů spojených s nejvýznamnějšími geometrickými imperfekcemi, specifickými vlastnostmi multi-prutových vzorků a dynamickými efekty. Struktury jsou vyrobeny z hliníkové slitiny AlSi10Mg a nerezové oceli 316L s využitím technologie selektivního laserového tavení. Dva odlišné přístupy jsou použity k vytvoření modelu geometrie, což umožňuje detailní inspekci deformačního charakteru. Výsledky obou modelů potvrzují, že geometrické imperfekce spojené se změnou tvaru a velikosti průřezu prutu mají významný vliv na výsledné mechanické vlastnosti. Jejich zahrnutí do modelu geometrie zvyšuje přesnost výsledků simulace. Navíc mechanické vlastnosti mikro-prutových struktur stanovené pomocí multi-prutových vzorků výrazně lépe representují vlastnosti struktur pro kvazistatické i dynamické zatěžování. Finální parametrická ověřovací simulace zatěžování mikro-prutové struktury při několika rychlostech ukazuje dobrou shodu experimentu a výpočtového řešení. Podobná parametrická studie může v budoucnu vést k nalezení efektivních strukturovaných konfigurací pro specifické množství absorbované energie bez předchozí výroby a testování. The development of additive technologies in recent years has enabled the manufacturing of metamaterials with porous internal architecture, called lattice structures, from several types of metal alloys. With these structures, it is possible to develop lightweight parts with potential in the field of mechanical energy absorption. Their implementation in vehicle deformation zones can increase the safety of passengers. The properties of structures allow to design absorbers with specific type of behavior which reduce the overload applied on the vehicle crew during an accident. To use these parts for specific applications, it is necessary to estimate their deformational behavior. Recent research has shown that the parent material of these structures has properties different from those of conventional bulk components produced by the same technologies. It means that, for efficient use of lattice structures, their specific properties and deformation characteristics must be accurately mathematically described. However, a mathematical model that would consider a description of all significant deformation characteristics of lattice structures is not available. Therefore, this thesis focuses on development of non-linear numerical model of lattice structures loading with inclusion of the most significant geometrical imperfections, specific properties of multi-strut samples and dynamic effects. The structures are made of aluminum alloy AlSi10Mg and stainless steel 316L using the selective laser melting technology. Two different finite element analysis approaches are used to create the geometry model that allows inspection of the deformation features in detail. The results of both models confirm that geometrical imperfections related to a change in shape and cross-sectional area of the strut have a significant impact on the resulting mechanical properties. Their inclusion in the geometry model improves the accuracy of the simulation results. Furthermore, the mechanical properties of lattice structures determined by multi-strut samples significantly better represent properties of structures for quasi-static and dynamic loading. The final parameter verification simulation of lattice structures loading at several velocities shows good agreement between the experiment and the computational solution. A similar parametrical study can lead to the finding of efficient structure configurations determined for a specific amount of absorbed energy without prior manufacturing and testing.
Klíčová slova:
Non-linear finite element analysis; Split Hopkinson bars test; laser powder bed fusion; lattice structures; geometrical imperfections; Nelineární analýza metody konečných prvků; test Hopkinsonových dělených tyčí; laserová fúze s práškovým ložem; mikro-prutové struktury; geometrické imperfekce
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Computational Models for Non-linear Mechanical Loading Analyses of Lattice Structures Made by Laser Powder Bed Fusion
Rozvoj aditivních technologií v posledních letech umožnil výrobu meta materiálů s porézní vnitřní architekturou zvaných mikro-prutové struktury z několika typů kovových slitin. Za pomoci těchto ...
Nedokonalosti frontendů a kompenzace interferencí v FDM systémech
Harvánek, Michal; Wang, Yide; Gazda,, Juraj; Maršálek, Roman
2023 - anglický
Nelinearita výkonového zesilovače způsobuje u filtrovaných modulací s více nosnými vyzařování do sousedního pásma. Jedním ze způsobů eliminace takovéhoto vlivu na kvalitu signálu je digitální předzkreslení aplikované na vysílači. Úvodní část práce prezentuje vliv vybraných nedokonalostí vysílače na linearizátory. V práci se věnujeme identifikaci a modelování výkonového zesilovače na základě dat získaných pomocí dostupné platformy softwarově definovaného rádia. Dále jsme ověřili schopnost číslicového předzkreslení potlačit vyzařování výkonového zesilovače do sousedního pásma při použití filtrovaných modulací s více nosnými. Výsledkem je zjištění, že nedokonalosti frontendu mohou významně ovlivnit účinnost předzkreslovačů. Interference mezi uživateli v sousedních kanálech negativně ovlivňuje dosažitelnou propustnost mobilních sítí. Složitost číslicového předzkreslení může být překážkou pro jeho implementaci v mobilních terminálech a vyzařování do sousedních kanálů generované nelinearitou může vést k vážným problémům. Jádro práce se tak zabývá potlačením interferencí na straně přijímače, způsobených nelineárním výkonovým zesilovačem sousedního uživatele. Navržená metoda je založena na odečítání signálu kmitočtově sousedícího uživatele od přijímaného signálu. Na rozdíl od jiných state-of-the-art přístupů využívá metoda odhad parametrů modelu výkonového zesilovače z měření po průchodu kanálem a metodu filtrace ve frekvenční oblasti, která umožňuje generovat data potřebná pro odhad modelu zesilovače. Pro ověření funkce využíváme zobecněnou modulaci s více nosnými (GFDM) a výsledek demonstrujeme na test-bedu založeném na platformě softwarově definovaného rádia. The out-of-band (OOB) performance of advanced, filter-based multicarrier waveforms can easily be deteriorated by the nonlinearity of Power Amplifier (PA). One of the common ways to eliminate such signal quality degradation is a Digital PreDistortion (DPD) applied in the transmitter. The introductory part of the thesis presents the study of the impact of selected transceiver imperfections on the performance of DPD linearizers. Starting from the PA model identification based on the data captured using the low-cost Software Defined Radio (SDR) platform, we evaluate the performance in terms of OOB signal emissions at the PA output for the case of typical representatives of frequency-localized multicarrier signals. We highlight the fact that frontend imperfections can significantly affect the performance of predistorters. Interference between users in adjacent channels negatively affects the achievable throughput of mobile networks. The complexity of DPD implementation is sometimes a showstopper for its implementation in mobile terminals, and the OOB radiation generated by nonlinearity could result in serious problems. Thus, the core of the thesis deals with the receiver-side cancellation of interference caused by a nonlinear PA. The proposed interference cancellation method subtracts the OOB emissions from the received signal. In contrast to the state-of-the-art approaches, our method employs over-the-air estimation of PA model parameters together with a particular frequency domain filtering method that allows to generate the required training data. As an exemplary waveform, we use a Generalized Frequency Division Multiplex (GFDM), and we also evaluate the method on the SDR-based test-bed.
Klíčová slova:
GFDM; FBMC; FOFDM; nonlinear PA; DPD; IQ imbalance; DC offset; interference cancellation; computational complexity.; GFDM; FBMC; FOFDM; nelineární výkonový zesilovač; DPD; IQ imbalance; DC offset; potlačení interferencí; výpočetní náročnost.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Nedokonalosti frontendů a kompenzace interferencí v FDM systémech
Nelinearita výkonového zesilovače způsobuje u filtrovaných modulací s více nosnými vyzařování do sousedního pásma. Jedním ze způsobů eliminace takovéhoto vlivu na kvalitu signálu je digitální ...
Analýza a modifikace 1D nanostruktur
Kachtík, Lukáš; Houben,, Lothar; Šlouf,, Miroslav; Kolíbal, Miroslav
2023 - anglický
Tato disertační práce se zabývá strukturální a spektrální analýzou 1D nanostruktur. Nejprve jsou představeny techniky pro určení krystalografické struktury, stejně jako spektroskopické techniky, které byly použity pro tuto analýzu – jejich popis a možnosti. Disertace pokračuje analýzou InAs a Ge nanodrátů, kde se analýza zaměřuje na krystalografický směr růstu těchto nanodrátů a jejich dopování. Následující kapitola zahrnuje analýzu vícestěnných WS2 nanotrubic pomocí Ramanovy spektroskopie a postup, pomocí kterého by bylo možné spočítat počet stěn těchto nanotrubic. Disertace pokračuje analýzou WOx nanodrátů, které vznikly po oxidaci WS2 nanotrubic. Následuje nejobsáhlejší kapitola zaměřující se na určení chirality nejsvrchnější stěny vícestěnné WS2 nanotrubice, která mimo jiné odhaluje i proces růstu jednotlivých stěn při tvorbě těchto nanotrubic. V příloze je pak popsán postup, při kterém byl vytvořen autoregulační prvek vyhřívání držáku vzorků rastrovacího elektronového mikroskopu – jak hardwarová, tak softwarová část. The doctoral thesis deals with structural and spectral analysis of 1D nanostructures. First, techniques for the determination of crystallographic structure, as well as spectroscopic ones used to perform this analysis, are introduced with their description and abilities. The thesis continues with the analysis of InAs and Ge nanowires, where the analysis focuses on determining the crystallographic growth direction and their doping. The following chapter comprises an analysis of multi-walled WS2 nanotubes using Raman spectroscopy and the process used to count the number of walls in these nanotubes. The thesis continues with the analysis of WOx nanowires that emerged after the WS2 nanotubes oxidation. After that, the most complex chapter follows with the determination of the chirality of the outermost wall of multi-walled WS2 nanotubes. This chapter also reveals the process of the WS2 nanotubes growth. In the appendix, a self-regulation controller that controls the heating of the sample holder inside the scanning electron microscope is described, including the hardware and software parts.
Klíčová slova:
1D nanostructures; nanowires; nanotubes; transmission electron microscopy; Raman spectroscopy; chirality; PID controller; 1D nanostruktury; nanodráty; nanotrubice; prozařovací elektronová mikroskopie; Ramanova spektroskopie; chiralita; PID program
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Analýza a modifikace 1D nanostruktur
Tato disertační práce se zabývá strukturální a spektrální analýzou 1D nanostruktur. Nejprve jsou představeny techniky pro určení krystalografické struktury, stejně jako spektroskopické techniky, které ...
Optimalizace magnetických nanočástic pro hypertermii ve viskózních prostředích
Sojková, Tereza; Fabián,, Martin; Hovorka,, Ondrej; Gröger, Roman
2023 - anglický
Jednodoménové superparamagnetické nanočástice oxidu železa hrají významnou roli v magnetické hypertermii, což je slibná terapeutická metoda, která může potenciálně léčit jakýkoli druh nádoru. Je obecně známo, že rakovinné buňky jsou citlivější na zvýšenou teplotu než buňky zdravé. Léčba rakoviny hypertermií se opírá o tuto skutečnost. Aplikace střídavého magnetického pole s frekvencemi o stovkách kHz způsobí rozptyl energie z nanočástic (10-50 nm) do okolní tkáně. Klíčovým parametrem, který určuje účinnost nanočástic, je specifická rychlost absorpce (SAR), která je komplexní funkcí tvaru, velikosti a povlaku těchto částic. Mimo to, je délka expozice AC polem omezena tendencí nanočástic k agregaci při použití in vivo. Cílem této práce je vyvinout protokol syntézy pro přípravu nanočástic oxidů železa o stejné velikosti, které vykazují vysoké hodnoty SAR a dobrou koloidní stabilitu. Nanočástice byly připraveny dvěma typy chemické syntézy, precipitací a tepelným rozkladem, a vliv reakčních podmínek na velikost, tvar a magnetické vlastnosti těchto nanočástic byl pečlivě prozkoumán. Tepelný rozklad se ukázal jako vhodnější varianta pro přípravu jednovelikostních nanočástic oxidů železa, kde byly podrobněji zkoumány zejména nanokrychle typu jádro-obálka. Jejich velikost, stupeň polydisperzity, koloidní stabilita a morfologie byly studovány dynamickým rozptylem světla ve spojení s transmisní a skenovací elektronovou mikroskopií. Fázové složení nanočástic bylo charakterizováno práškovou rentgenovou difrakcí a Mössbauerovou spektroskopií a spektroskopií ztráty energie elektronů. Rentgenová difrakce byla rovněž použita ke studiu fázových transformací v nanočásticích typu jádro-obálka. Jejich magnetické vlastnosti byly zkoumány pomocí vibrační magnetometrie a elektronové holografie. U nanočástic typu jádro-obálka byl posuzován take jejich aplikační potenciál pro použití při magnetické hypertermii, zobrazování technikou MPI a pro použití jako kontrast při magnetické rezonanci. Tato práce rozšiřuje znalosti o nanočásticích oxidu železa v závislosti na velikosti pro biomedicínské aplikace. Výsledky pro 20 nm nanokrychle po úplné fázové transformaci ukazují velmi dobré možnosti ohřevu pro použití při magnetické hypertermii a třikrát vyšší MPI signál ve srovnání s komerčně používaným indikátorem VivotraxTM. Single-domain superparamagnetic iron oxide nanoparticles play a significant role in magnetic hyperthermia, a promising therapeutic method that can potentially treat any kind of tumor. It is generally known that cancer cells are more sensitive to elevated temperatures than healthy cells. This observation makes the tumors particularly sensitive to localized overheating in the process of magnetic hyperthermia, where superparamagnetic nanoparticles with diameters of 10-50 nm serve as the carriers of heat under applied AC magnetic field with the frequency of hundreds of kHz. The key parameter that determines the efficiency of nanoparticles is the specific absorption rate, which is a complex function of the shape, size, and surface coating of these particles. Moreover, the duration of exposure to AC fields is limited by the tendency of these nanoparticles to aggregation when used in vivo. The aim of this thesis is to develop a synthesis protocol for the preparation of monodisperse iron oxide NPs, which exhibit high values of SAR and good colloidal stability. The nanoparticles were prepared by two types of chemical synthesis: coprecipitation and thermal decomposition. The impact of reaction conditions on the size, shape, and magnetic properties of these nanoparticles was investigated. Thermal decomposition was found to be a better option for the preparation of monodisperse iron oxide nanoparticles, where especially the core-shell nanocubes were examined in more detail. Dynamic light scattering in conjunction with transmission and scanning electron microscopies were used to investigate their size, degree of polydispersity, colloidal stability, and morphology. The phase composition of nanoparticles was characterized by powder X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, and electron energy loss spectroscopy. X-ray diffraction was used to study phase transformations in core-shell nanoparticles. Their magnetic properties were investigated using vibrating sample magnetometry and using electron holography. Moreover, the best candidates were evaluated for use in magnetic hyperthermia, magnetic particle imaging (MPI), and magnetic resonance imaging to inspect nanoparticles' broader application potential. This work expands the knowledge on size-dependent core-shell iron oxide nanoparticles for high-performance bio-applications. The results for 20 nm nanocubes after full phase transformation show very good heating capabilities for use in magnetic hyperthermia and three times higher MPI signal compared to the commercially used tracer.
Klíčová slova:
Iron oxide nanoparticles; nanocubes; magnetite; wüstite; core-shell structure; size effect; phase transformation; magnetic hyperthermia; MPI; MRI; Nanočástice oxidů železa; nanokrychle; magnetit; wüstit; struktura jádro-obálka; velikostní efekt; fázová transformace; magnetická hypertermie; magnetická rezonance; MPI
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Optimalizace magnetických nanočástic pro hypertermii ve viskózních prostředích
Jednodoménové superparamagnetické nanočástice oxidu železa hrají významnou roli v magnetické hypertermii, což je slibná terapeutická metoda, která může potenciálně léčit jakýkoli druh nádoru. Je ...
Parasitic Aberrations of Electrostatic Deflectors
Badin, Viktor; Radlička, Tomáš; Sháněl, Ondřej; Lencová, Bohumila
2023 - anglický
Tato disertační práce se zabývá parazitickými aberacemi elektrostatických multipólových optických prvků vznikajícími v důsledku nepřesného seřízení elektrod. Přesnost výroby a seřízení mechanických částí může mít významný vliv na rozlišení elektronových mikroskopů a litografických systémů. Nepřesnosti výroby, chyby justáže a všechna další narušení symetrie generují takzvaná parazitická pole, jejichž účinky na elektronový svazek se označují jako vady seřízení. Poruchy osově souměrných čoček se obvykle řeší pomocí Sturrockova principu. Posunutí nebo naklonění celých multipólových prvků lze analyzovat v globálně posunutém nebo nakloněném souřadnicovém systému. Tato práce se zabývá vadami seřízení jednotlivých elektrod, které nelze jednoduše popsat zmíněnými přístupy, a obvykle je potřeba je řešit ve 3D. Výpočty ve 3D jsou obecně pomalejší a mají vyšší výpočetní nároky než 2D nástroje standardně používané v softwaru pro částicovou optiku. Pro výpočet parazitických polí generovaných nesprávně seřízenými elektrodami byla v této práci vyvinuta 2D perturbační metoda, kompatibilní s metodou konečných prvků, založená na lokálním posunutí souřadného systému u perturbované elektrody. Byly studovány nepřesnosti vzniklé posuvem elektrody v každé ose cylindrického souřadného systému (podélné, radiální a azimutální). Dále byly ukázány možné aplikace odvozené obecné metody, např. elipticita a příčný posun celého deflektoru. Pro každý z těchto případů jsou výsledné parazitické osové potenciály vypočítané 2D metodou a porovnány s 3D řešením. Kromě srovnání parazitických osových potenciálů byl také ukázán vliv vad seřízení na stopu elektronového svazku procházející optickou soustavou elektronového litografu. Ověření 3D výpočtem bylo v dobré shodě s 2D metodou. Navržený způsob výpočtu parazitických polí ve 2D umožňuje porozumět vlivům různých výrobních a montážních tolerancí, charakterizovat tyto vlivy, navrhnout zařízení potřebná pro korekci vzniklých aberací a optimalizovat požadavky na mechanické tolerance. Vyvinutá metoda je použitelná na jakémkoli standardním PC a je o 1--2 řády rychlejší než řešení porušeného systému ve 3D. The present doctoral dissertation deals with parasitic aberrations in electrostatic multipole optical components arising due to mechanical misalignment of the electrodes. Manufacturing and alignment precision of the mechanical parts can have a significant influence on the performance of electron beam machines such as microscopes and lithography (EBL) systems. Defects, imprecisions, and all other symmetry violations generate so-called parasitic fields whose effects on the particle beam are referred to as parasitic aberrations. Perturbations of axially symmetric lenses are usually treated using Sturrock's principle. Displacement or tilt of an entire multipole component can be analyzed in a globally shifted or tilted coordinate system. The present thesis deals with the misalignment of individual electrodes, which cannot be easily described with the mentioned approaches and usually need to be solved in 3D. Calculations in 3D are generally slower and have higher computational requirements than 2D tools standardly used in charged particle optics programs. To calculate parasitic fields generated by electrode misalignment, a 2D perturbation method compatible with the finite element method (FEM) has been developed in this thesis based on shifting the coordinate system locally around the affected electrode. Electrodes misaligned in each axis of the cylindrical coordinate system (longitudinal, radial, and azimuthal) are studied. Possible applications of the derived general method are shown, such as ellipticity and transverse shift of the entire deflector. For each of these cases, the resulting parasitic axial field functions (AFF) calculated in 2D are validated against the 3D solution. In addition to comparing parasitic AFFs, a case study is provided where the effect of parasitic aberrations on the electron beam in an entire optical column of an EBL system is shown, again validated against the 3D solution. The proposed method of calculating parasitic fields in 2D allows understanding the effects of different manufacturing and assembling tolerances, characterizing these effects, designing aberration correction devices, and optimizing mechanical tolerance requirements. The developed method can be run on any standard PC and is 1--2 orders of magnitude faster than solving the perturbed system in 3D.
Klíčová slova:
Parasitic aberrations; electrode misalignment; charged particle optics; electrostatic deflector; harmonic analysis; multipole components; perturbation theory; Sturrock's principle; field interpolation; radial expansion; finite element method (FEM); mechanical tolerances; electron microscopy; electron-beam lithography.; Vady seřízení; vychýlení elektrody; částicová optika; elektrostatický deflektor; harmonická analýza; multipólové složky; teorie vad; Sturrockův princip; interpolace pole; radiální rozvoj; metoda konečných prvků; mechanické tolerance; elektronová mikroskopie; elektronová litografie.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Parasitic Aberrations of Electrostatic Deflectors
Tato disertační práce se zabývá parazitickými aberacemi elektrostatických multipólových optických prvků vznikajícími v důsledku nepřesného seřízení elektrod. Přesnost výroby a seřízení mechanických ...
NUŠL poskytuje centrální přístup k informacím o šedé literatuře vznikající v ČR v oblastech vědy, výzkumu a vzdělávání. Více informací o šedé literatuře a NUŠL najdete na webu služby.
Vaše náměty a připomínky posílejte na email nusl@techlib.cz
Provozovatel
Zahraniční báze