Ne (1509)
Počet nalezených dokumentů:
1509
Publikováno od
do
High precision sub-pixel image registration methods and their applications in astrophysics
Hrazdíra, Zdeněk; Švanda,, Michal; Svoboda,, David; Druckmüller, Miloslav
2023 - anglický
Mnoho vědeckých pozorování a měření, které pracují s obrazovými daty, obsahují krok, ve kterém je nutno dané obrazy registrovat (navzájem sesadit). Výsledky těchto metod tak často silně závisí na přesnosti registrace obrazů. Tato práce popisuje novou, robustní a vysoce přesnou metodu sub-pixelové registrace obrazů (založenou na registraci standardní fázovou korelací) a její aplikace v různých oborech. Many scientific observations and measurement techniques, that rely on data from images, include an image registration step. The results of such techniques thus often heavily rely on the precision of the image registration. This thesis describes a novel, robust and highly accurate sub-pixel image registration method (based on the standard phase correlation image registration method), and its applications in various fields.
Klíčová slova:
image registration; cross-correlation; phase correlation; Fourier transform; sub-pixel accuracy; optimization; registrace obrazů; křížová korelace; fázová korelace; Fourierova transformance; sub-pixelová přesnost; optimalizace
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
High precision sub-pixel image registration methods and their applications in astrophysics
Mnoho vědeckých pozorování a měření, které pracují s obrazovými daty, obsahují krok, ve kterém je nutno dané obrazy registrovat (navzájem sesadit). Výsledky těchto metod tak často silně závisí na ...
Využití bezdrátové komunikace pro lokalizaci: Za hranice fingerprintingu
Bravenec, Tomáš; Sanchez, Maria Cristina Rodriguez; Crivello, Antonino; Moreira, Adriano; Orti, Enrique Quintana; Oliver, Sergi Trilles; Frýza, Tomáš
2023 - anglický
The field of Location-based Services (LBS) has experienced significant growth over the past decade, driven by increasing interest in fitness tracking, robotics, and eHealth. This dissertation focuses on evaluating privacy measures in Indoor Positioning Systems (IPS), particularly in the context of ubiquitous Wi-Fi networks. It addresses non-cooperative user tracking through the exploitation of unencrypted Wi-Fi management frames, which contain enough information for device fingerprinting despite MAC address randomization. The research also explores an algorithm to estimate room occupancy based on passive Wi-Fi frame sniffing and Received Signal Strength Indicator (RSSI) measurements. Such room occupancy detection has implications for energy regulations in smart buildings. Furthermore, the thesis investigates methods to reduce computational requirements of machine learning and positioning algorithms through optimizing neural networks and employing interpolation techniques for IPS based on RSSI fingerprinting. The work contributes datasets, analysis scripts, and firmware to improve reproducibility and supports advancements in the LBS field. The field of Location-based Services (LBS) has experienced significant growth over the past decade, driven by increasing interest in fitness tracking, robotics, and eHealth. This dissertation focuses on evaluating privacy measures in Indoor Positioning Systems (IPS), particularly in the context of ubiquitous Wi-Fi networks. It addresses non-cooperative user tracking through the exploitation of unencrypted Wi-Fi management frames, which contain enough information for device fingerprinting despite MAC address randomization. The research also explores an algorithm to estimate room occupancy based on passive Wi-Fi frame sniffing and Received Signal Strength Indicator (RSSI) measurements. Such room occupancy detection has implications for energy regulations in smart buildings. Furthermore, the thesis investigates methods to reduce computational requirements of machine learning and positioning algorithms through optimizing neural networks and employing interpolation techniques for IPS based on RSSI fingerprinting. The work contributes datasets, analysis scripts, and firmware to improve reproducibility and supports advancements in the LBS field.
Klíčová slova:
machine learning; indoor positioning; privacy; Wi-Fi; 802.11; data analysis; presence detection; occupancy estimation; memory optimization; radio map interpolation; machine learning; indoor positioning; privacy; Wi-Fi; 802.11; data analysis; presence detection; occupancy estimation; memory optimization; radio map interpolation
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Využití bezdrátové komunikace pro lokalizaci: Za hranice fingerprintingu
The field of Location-based Services (LBS) has experienced significant growth over the past decade, driven by increasing interest in fitness tracking, robotics, and eHealth. This dissertation focuses ...
Syntéza, charakterizace a aplikace nových typů vláknitých struktur
Hromádko, Luděk; Kočí,, Kamila; Pekař, Miloslav; Macák, Jan
2023 - anglický
Tato práce představuje komplexní výzkum odstředivého zvlákňování a zejména nových přístupů pro syntézu nano- a mikrovláken touto zajímavou technologií. Představeny jsou nové typy polymerních vláken a také anorganická (keramická) vlákna spolu s jejich charakterizací a využítím v různých aplikacích. V první části je popsáno a vysvětleno mnoho dostupných technik pro přípravu vláken. Jsou popsány a diskutovány jejich výhody a nevýhody. Poměrně velká pozornost je věnována elektrostatickému zvlákňování a odstředivému zvlákňování, které patří mezi nejčastěji používané techniky průmyslové výroby vláken. Podkapitola o aplikacích popisuje hlavní aplikace vláken jako např. filtrace vzduchu/vody, tkáňové inženýrství, kontrolované dávkování léků nebo jako součást separátorů Li-ion baterií. Druhá část představuje rozsáhlou experimentální a srovnávací studii dvou nejpoužívanějších technik pro přípravu vláken, elektrostatického zvlákňování a odstředivého zvlákňování. Pro srovnání těchto technik byly použity polyvinylpyrrolidon (PVP) a polyvinylalkohol (PVA), jako nejčastěji používané polymery pro přípravu vláken. Bylo sledováno mnoho parametrů (teplota vzduchu, vlhkost, rotace atd.) a byl studován jejich vliv na kvalitu vláken. Tak velká srovnávací studie elektrostatického a odstředivého zvlákňování dosud nebyla před námi s takovýmto úsilím publikována. Třetí část ukazuje přípravu vláken WO3 pomocí odstředivého zvlákňování. Je demonstrována nová, jednoduchá a zelená receptura zvlákňovacího roztoku na bázi metawolframanu amonného (NH4)6H2W12O40.xH2O a polyvinyl pyrrolidonu (PVP). Zvlákňovací roztok byl vyladěný pro odstředivé zvlákňování. Je ukázán vliv variací koncentrace polymeru a prekurzoru na vlastnosti výsledných vláken. Výsledná vlákna s nejvyšším fotokatalytickým výkonem jsou porovnána s vlákny připravenými elektrostatickým zvlákňováním a komerčně dostupnými nanočásticemi. Vlákna připravená odstředivým zvlákňováním vykazovala 1,4 až 4krát lepší fotokatalytickou aktivitu. Připravená vlákna mají vyšší měrný povrch (SBET = 22,3 m2/g) ve srovnání s vlákny připravenými electrostatickým zvlákňováním (SBET = 7,4 m2/g) a nanočásticemi (SBET = 6,4 m2/g). Čtvrtá část ukazuje přípravu amorfních vláken SiO2. Byl vyvinut nový recept pro odstředivé zvlákňování. Zvlákňovací roztok je založen na použití tetraethylorthosilikátu (TEOS) a polyvinylpyrrolidonu (PVP). Kalcinačního profil byl vyladěn pro dosažení vláken SiO2 s měrným povrchem 824 m2/g. Připravená vlákna SiO2 měla distribuci velikosti pórů 2 – 10 nm a objem pórů 0,547 cm3/g. Připravená vlákna měla lepší adsorpční kapacitu vody ve srovnání se silikagelem stejného typu. Pátá část ukazuje přípravu vláken ZrO2 s přídavkem yttria (Y). K přípravě vláken ZrO2 byly použity dva různé prekurzory. Použití čistého prekurzoru Zr vedlo k vláknům obsahujícím směs monoklinické a tetragonální struktury. Přídavek asi 3 mol. % yttria vedlo k tomu, že vlákna sestávají pouze z tetragonální fáze, která je stabilizovaná Y. Přídavek yttria také vedl k menší velikosti krystalitů ve srovnání s čistými ZrO2 vlákny. This thesis presents a comprehensive investigation of centrifugal spinning and in particular the novel synthetic approaches for nano- and microfibers by this highly interesting technology. New types of polymeric fibers and also inorganic (ceramic) fibers are presented, along with their characterization and their use in various applications. In the first section, many available techniques for fibers preparation are introduced and explained. Their advantages and drawbacks are described and discussed. A comparably large attention is given to electrostatic spinning and centrifugal spinning, which belong between mostly used techniques for industrial production of the fibers. The sub-section on applications describes the main applications of the fibers, for example air/water filtration, tissue engineering, drug delivery and Li-ion battery separators. The second section presents a large experimental and comparative study of the two most used techniques for fiber preparation, the electrospinning and centrifugal spinning. Polyvinyl pyrrolidone (PVP) and polyvinyl acolhol (PVA), as some of the mostly used polymers for fibers preparation, were used for comparison of these techniques. Many parameters (air temperature, humidity, rotations etc.) were exploited and their influence on the fibers´ quality was investigated. Such a large comparatiove study of electrospinning and centrifugal spinning has not yet been conducted before us and this particular effort. The third section presents the preparation of WO3 fibers by centrifugal spinning. New, simple and green recipe of the spinning solution based on the ammonium metatungstate (NH4)6H2W12O40.xH2O and polyvinyl pyrrolidone (PVP) is demonstrated. Influence of variations of the concetration of the polymer and precursor on the properties of resulting fibers is shown. The resulting fibers with the best photocatalytic performance is compared with the fibers prepared by electrospinning and commercialy available nanoparticles. The centrifugal spun fibers showed the 1.4 up to 4 time higher photocatalytic activity. The centrifugaly spun fibers also has higher specific surface (SBET = 22.3 m2/g) compared to electrospun fibers (SBET = 7.4 m2/g) and nanoparticles (SBET = 6.4 m2/g). The fourth section shows the preparation of the amorphous SiO2 fibers. The new recipe for centrifugal spinning has been developed. The spinning solution was based on the tetraethyl orthosilicate (TEOS) and polyvinyl pyrrolidone (PVP). The calcination profile has been tuned to reach the SiO2 fibers with 824 m2/g of specific surface. The prepared SiO2 fibers had pore size distribution in 2 – 10 nm and volume of pores 0.547 cm3/g. The prepared fibers possessed superior adsorption capacity of the water comparing to silicagel of the same textural type. The fifth section presents the preparation of the ZrO2 fibers with addition of yttrium (Y). Two different precursors were used to prepare ZrO2 fibers. The use of pure Zr precursor led to fibers containing the mixture of monoclinic and tetragonal structure. The addition of about 3 mol.% of yttrium led to fibers that consist of tetragonal single phase, which is stabilized by Y. The yttrium addition also led to smaller crystallite size comparing to pure ZrO2 fibers.
Klíčová slova:
Fibers Centrifugal spinning Electrospinning WO3 SiO2 ZrO2; Vlákna Odstředivé zvlákňování Elektrostatické zvlákňování WO3 SiO2 ZrO2
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Syntéza, charakterizace a aplikace nových typů vláknitých struktur
Tato práce představuje komplexní výzkum odstředivého zvlákňování a zejména nových přístupů pro syntézu nano- a mikrovláken touto zajímavou technologií. Představeny jsou nové typy polymerních vláken a ...
The Effect of Synovial Fluid Constituents on Friction and Lubrication of Articular Cartilage
Čípek, Pavel; Dr. Prashant K. Sharma; Muňoz, Anna Neus Igual; Vrbka, Martin
2022 - anglický
The present PhD thesis deals with the lubricating mechanism within a model of synovial joint. The aim of this thesis is to describe the effect of individual components of synovial fluid on lubricating film formation in the model of synovial joint; for this purpose, the experimental analysis of friction coefficient and observation of adsorbed lubricating film using the fluorescence microscopy were performed. The special self-designed reciprocating tribometer allowing for simultaneous friction measurement and contact observation was designed. The tribometer was calibrated and verified using a commercial tribometer. Furthermore, the methodology of experiments was developed including a design of evaluation procedure. In order to process the visualization record, the software based on the image segmentation was developed. The last part of the thesis introduces a novel methodological approach together with a new self designed tribometer enabling to assess the role of components contained in the model synovial fluid in relation to the formation of lubricating film based on in situ observation of the contact area and simultaneous frictional measurement. The thesis presents original results extending the knowledge in the natural synovial joint biotribology towards the further development of effective treatment for patients with diseased joints. Práce se zabývá problematikou biotribologie modelu synoviálního kloubu. Cílem práce je popsat vliv složek synoviální kapaliny na formování mazacího filmu v modelu synoviálního kloubu. Práce je zaměřena na experimentální analýzu součinitele smykového tření a jeho propojení s pozorováním adsorbovaného mazacího filmu v kontaktu pomocí fluorescenční mikroskopie. Součástí práce je návrh tribometru, který umožňuje vizualizaci v průběhu experimentů. Tribometr je vyroben, kalibrován a verifikován pomocí komerčního tribometru. Dále je součástí práce návrh metodiky experimentů včetně návrhu postupu pro zpracování a hodnocení výsledků. Pro zpracování záznamu z vizualizace kontaktu byl navržen speciální software, který pracuje na principu segmentace obrazu. Poslední část práce je zaměřena na aplikaci vyvinuté metodologie spolu s nově navrženým tribometrem, což umožňuje posoudit roli složek modelové kapaliny u formování mazacího filmu v modelu synoviálního kloubu. Experimentální část je založena na měření tření za současné vizualizace kontaktu. Tato práce prezentuje originální výsledky rozšiřující oblast biotribologie synoviálního kloubu, které mohou pomoci dalšímu rozvoji účinné léčby pacientů s nemocnými klouby.
Klíčová slova:
Biotribology; cartilage; reciprocating tribometer; friction; lubrication; fluorescence microscopy; Biotribologie; chrupavka; reciproční tribometer; tření; mazání; fluorescenční mikroskopie
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
The Effect of Synovial Fluid Constituents on Friction and Lubrication of Articular Cartilage
The present PhD thesis deals with the lubricating mechanism within a model of synovial joint. The aim of this thesis is to describe the effect of individual components of synovial fluid on lubricating ...
Vývoj nového spektrometru magnetické rezonance v terahertzovém rozsahu pro výzkum dynamiky spinů
Sojka, Antonín; Smith, Graham Murray; Tseytlin, Mark; Neugebauer, Petr
2022 - anglický
Během posledních desetiletí zaznamenala metoda nazývaná vysokofrekvenční elektronová paramagnetická rezonance (HF-EPR) rozmach v chemii, biologii, materiálových vědách a fyzice. Přesto jsou HF-EPR spektrometry pracující na frekvencích blížící se THz ve světě vzácné. Cílem této dizertační práce bylo vyvinout nový širokopásmový EPR spektrometr schopný pracovat jak v širokém magnetickém poli tak v široké frekvenční oblasti a který by byl schopen provádět rychlé skenování frekvencí pro studium relaxačních časů. Vyvinutý spektrometr pracuje při magnetických polích 0-16 T, frekvenční rozsah od 90 do 1100 GHz a teplotní rozsahy 4 – 400 K. V práci je dále popsán návrh a vývoj šesti různých výměnných držáků vzorků s EPR měřeními, které prokázali jejich funkčnosti. Design obsahuje navíc unikátní rychloupínací přírubou pro rychlou výměnu vzorku společně s držákem vzorku. Schopnost spektrometru provádět rychlé skenování frekvence pro měření relaxačních časů je demonstrována na měření LiPc monokrystalu a vzorku DPPH rozpuštěného v toluenu. During the last decades, the method called High Frequency/Field Electron Paramagnetic Resonance (HF-EPR) spectroscopy experienced a boom in chemistry, biology, material science, and physics. Still, HF-EPR spectrometers operating at sub-THz frequencies are mostly custom-made with non-standard solutions. The thesis aims to develop a novel broadband EPR spectrometer capable of operating in the field and frequency domain and performing frequency domain rapid scan to study relaxation times. The spectrometer operates at high magnetic fields up to 16\,T, broad frequency range from 90 to 1100 GHz, and temperature ranges of 4 –- 400\,K. Furthermore, The work describes the design and development of six different exchangeable sample holders with a proof-of functionality measurement and unique fast-loading flange for the sample holder. The capability of the spectrometer to perform Rapid Scan measurement is demonstrated in the measurements of the LiPc single crystal and the DPPH sample dissolved in toluene.
Klíčová slova:
Electron Paramagnetic Resonance; Electron Spin Resonance; EPR; ESR; High frequencies/fields; HF-EPR; Rapid scan; EPR sample holder; Elektronová paramagnetická rezonance; elektronová spinová rezonance; EPR; ESR; vysoké frekvence/pole; HF-EPR; rychlé skenování; držák vzorku pro EPR
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Vývoj nového spektrometru magnetické rezonance v terahertzovém rozsahu pro výzkum dynamiky spinů
Během posledních desetiletí zaznamenala metoda nazývaná vysokofrekvenční elektronová paramagnetická rezonance (HF-EPR) rozmach v chemii, biologii, materiálových vědách a fyzice. Přesto jsou HF-EPR ...
Kvantitativní 3D charakterizace biologických struktur pomocí rentgenové počítačové mikrotomografie
Tesařová, Markéta; Vaňhara,, Petr; Oberta,, Peter; Zikmund, Tomáš
2022 - anglický
Moderní vývojová biologie využívá široké spektrum metod k analyzování studovaných struktur. Multioborové týmy v poslední době prosazují využívání 3D přístupu k porozumění biologickým procesům. Jedna z hlavních překážek při využívání 3D zobrazovacích technik v biologii je nedostatek metodologie pro kvantifikování pozorovaných jevů, které často bývají příčinou vývojových či genetických onemocnění. V posledních letech se v biologických výzkumech rozšířilo využití rentgenové počítačové mikrotomografie (mikroCT). Technika mikroCT dokáže poskytnout izotropní rozlišení až 1 µm a při správné přípravě vzorku širokou škálu tkáňové diferenciace. Biologické struktury jsou však rozmanitých velikostí a tvarů a každá struktura vyžaduje specifický přístup v oblasti zpracování dat. Tato práce se zabývá využitím mikroCT pro zobrazování, ale především 3D charakterizaci biologických struktur ex-vivo. Zvláštní důraz je kladen na analýzu měkkých tkání v hlavách myších embryí a zobrazování různých druhů mloků se zaměřením na jejich regenerační schopnosti. Tato práce popisuje relevantní informace pro uživatele mikroCT zabývajícími se biologickými projekty: To zahrnuje přípravu vzorku pro měření, výběr vhodných parametrů k samotnému měření, a především analýzu vzniklého 3D datasetu. Nejnovější technologické pokroky ve 3D zobrazovaní byly studovány a testovány na konkrétních projektech vývojové biologie, kde 3D informace získaná pomocí mikroCT hrála klíčovou roli. Modern developmental biology uses a broad spectrum of methods for analysing structures of interest. Multi-disciplinary teams are currently pushing forward the understanding of biological questions using 3D approaches. However, one major challenge of 3D imaging techniques in biology is a lack of methodology for quantifying observed phenomena that are often the cause of developmental or genetic disorders. One of the methods whose application has been widely spread in recent years is X-ray computed microtomography (microCT). This technique provides isotropic resolution up to 1 µm and, when a sample is appropriately prepared, a wide variety of tissue differentiation. However, biological structures are usually diverse in size and shape, and every task requires a specific solution regarding data processing. This work addresses the implementation of microCT for imaging and mainly 3D characterization of biological structures ex-vivo. Particular emphasis is given to analysing soft tissues in mouse embryos’ heads and imaging salamander species, focusing on their regeneration ability. This work describes the relevant information for microCT users dealing with biological samples; it includes the preparation of the sample for measurements, selecting suitable parameters for the experiment and mainly subsequent quantitative analysis of 3D datasets. The latest technological advancements in 3D imaging were studied and tested on concrete projects in the field of developmental biology, where 3D information from microCT played a key role.
Klíčová slova:
X-ray computed microtomography; microCT; CT; 3D imaging; biology; mouse embryos; salamanders; rentgenová počítačová mikrotomografie; mikroCT; CT; 3D zobrazování; biologie; myší embrya; mloci
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Kvantitativní 3D charakterizace biologických struktur pomocí rentgenové počítačové mikrotomografie
Moderní vývojová biologie využívá široké spektrum metod k analyzování studovaných struktur. Multioborové týmy v poslední době prosazují využívání 3D přístupu k porozumění biologickým procesům. Jedna z ...
Počítačové vidění s aktivním učením
Kolář, Martin; Machová, Kristína; Arridge, Simon; Zemčík, Pavel
2022 - anglický
Metody strojového vidění se zdokonalují zlepšením modelů, laděním trénovaných parametrů nebo anotací reprezentativních dat. Tato práce řadou experimentů potvrzuje hypotézu že aktivní učení zvyšuje přesnost těchto modelů. Rozšířením přistupu pseudolabelů o aktivní učení přispívá tato práce přístupem "one-shot-learning" k učení nových kategorií obrazů s použitím algoritmických doporučení, dále online grafickým uživatelským rozhraním pro optimalizaci dilema Exploration/Exploitation pro online tagování, a dvoukrokovým offline binárním přístupem aktivního učení pro zlepšení kvality dat používaných pro snímání fontů. Tím, že demonstruje přínos aktivního učení v těchto přístupech, přispívá tato práce k hypotéze i konkrétním aplikacím strojového vidění. Machine Vision methods benefit from improving models, tuning trained parameters, or labeling representative data. In a series of experiments, this work validates the hypothesis that Active Learning improves the accuracy of these models. By extending the pseudolabel framework to Active Learning, this work includes a One-shot-learning approach to learn novel image categories by utilising an algorithmic recommender, an online Graphical User Interface to optimise the online Exploration/Exploitation tradeoff for tagging, and a two-step offline binary Active Learning framework to improve the quality of data used for Font Capture. By demonstrating the benefit of Active Learning in these approaches, this work contributes to the hypothesis, as well as concrete Machine Vision applications.
Klíčová slova:
Computer Vision; Object Classification; Semi-supervised Learning; Active Learning; Transfer Learning; Počítačové vidění; Detekce objektů; Částečné učení s učitelem; aktivní učení; přenášené učení
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Počítačové vidění s aktivním učením
Metody strojového vidění se zdokonalují zlepšením modelů, laděním trénovaných parametrů nebo anotací reprezentativních dat. Tato práce řadou experimentů potvrzuje hypotézu že aktivní učení zvyšuje ...
Multi-Objective Optimization of Complex Composite Structures with Variable Stiffness
Symonov, Volodymyr; Halama, Radim; Píštěk, Antonín; Juračka, Jaroslav
2022 - anglický
Disertační práce se věnuje vývoji metodologií pro vice-cílovou optimalizací složitých kompozitních konstrukcí s proměnnou tuhosti. Vice úrovňový hybridní optimalizační algoritmus je založený na bázi hybridní optimalizační metody s využitím interpolační plochy odezvy, genetického algoritmu a jednoparametrické optimalizace. Pro strukturální analýzy je využit MKP software MSC Nastran. Nový genetický algoritmus a paralelní jednoparametrický optimalizační algoritmus na základě metody Zlatého řezu jsou vyvinuty pro metodologii. MKP software a vyvinuté optimalizační algoritmy jsou integrované pomoci komerčního optimalizačního softwaru Noesis Optimus od Noesis Solutions. Vyvinutá metodologie je ověřena pomoci testovací optimalizační úlohy. The thesis is dedicated to development of a multi-objective optimization methodology for complex composite structures with variable stiffness. A multi-level hybrid optimization algorithm is developed based on a hybrid optimization method with interpolating response surface, a Genetic Algorithm and a one-dimensional optimization. Finite element analysis software MSC Nastran is used for structural analyses. A new Genetic Algorithm and a parallel one-dimensional optimization algorithm based on “Golden section” method are developed for the methodology. The finite element analysis software and the developed optimization algorithms are integrated with help of a commercial optimization software Noesis Optimus by Noesis Solutions. The developed methodology is verified on an example optimization problem. The results of the problem optimization are compared to those obtained using previously developed methodologies.
Klíčová slova:
Multi-objective optimization; multi-level; multi-parametric; composite structure; variable stiffness; genetic algorithm.; Vice-cílová optimalizace; víceúrovňová; více parametrická; kompozitní konstrukce; proměnná tuhost; genetický algoritmus.
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Multi-Objective Optimization of Complex Composite Structures with Variable Stiffness
Disertační práce se věnuje vývoji metodologií pro vice-cílovou optimalizací složitých kompozitních konstrukcí s proměnnou tuhosti. Vice úrovňový hybridní optimalizační algoritmus je založený na bázi ...
Volumetric Method for the Determining kg CO2 eq. and Energy Requirements for the Production of Power Tools at an Early Stage of Product Design
Sovják, Richard; Sobotová,, Lydia; Grall, Günter; Křenek, Ladislav
2022 - anglický
Emise kg CO2 eq. vznikají v různých fázích životního cyklu výrobku a mají významný vliv na globální oteplování. K posouzení těchto negativních vlivů slouží metoda Life Cycle Assessment (LCA), která umožňuje určit uhlíkovou stopu, energetické nároky na výrobu materiálů, výrobní procesy, transport, užití a konec životního cyklu. Tyto analýzy jsou časově náročné, nákladné na zaškolení a vyžadují hmotnostní a materiálové charakteristiky výrobků. Navržená metoda VEME (Objemová hodnotící metoda ecodesignu) využívá objemových vlastností výrobku a jeho strukturálního a materiálového složení. Pro dosažení cíle bylo analyzováno 134 kusů nářadí (vyrobeno 1989 až 2018) se začleněním do 10 typových skupin podle druhu nářadí. 3D skenováním byl určen objem výrobku s následnou materiálovou analýzou a po té byla použita metoda Oil Point Method (OPM), která je založena na LCA. Nářadí bylo posuzováno ve třech možných variantách konce životního cyklu (skládkování, spalování a recyklace 90 %). Ze získaných dat byla provedena simulace Monte Carlo pro každý vzorek nářadí n = 1 000 s 95% spolehlivostí. Byly stanoveny rovnice pro určení energetických požadavků na výrobu nářadí, emisí kg CO2 eq. (pro 11 světových zemí), údajů na balení a transport zboží. S 90% recyklací je možné uspořit až 32,4 % energie oproti skládkování. Ze všech 134 vzorků bylo 9,7 %, u kterých byla recyklace až o 6,2 % energeticky náročnější než skládkování. Důvodem jsou vysoké energetické nároky na recyklace materiálů. Nová metoda najde využití při navrhování výrobků v průmyslovém designu, ale i v oblastech ekonomického zhodnocení způsobu a místa výroby. Lze jej využít i pro rozšíření energetického štítkování výrobků, které by zahrnovalo energetickou náročnost výroby, transport a balení. Emissions of kg CO2 eq. occur at different stages of the product life cycle and have a significant impact on global warming. The method used to assess these negative impacts is Life Cycle Assessment (LCA), which enables the determination of the carbon footprint, energy requirements of materials production, manufacturing processes, transport, use, and end of life (EoL). These analyses are time-consuming, costly to train, and require mass and material characterisation of products. The proposed VEME (Volumetric Evaluating Method of Ecodesign) method uses the volumetric properties of the product and its structural and material compositions. To achieve the objective, 134 power tools (manufactured from 1989 to 2018) were analysed with the inclusion of 10 types of categories based on the type of tool. 3D scanning was used to determine the volume of the product followed by material analysis and then the Oil Point Method (OPM), which is based on LCA. Tools were evaluated in three possible EoL variants (Landfilling, Combustion, and Recycling 90%). From the data obtained, a Monte Carlo simulation was performed for each tool sample of n = 1,000 with 95% confidence. Equations were established to determine the energy requirements for tool production, emissions of kg CO2 eq. (for 11 world countries), packaging and transport data. With 90% recycling, energy savings of up to 32.4% are possible compared to landfill. Of the 134 samples, 9.7% were recycled, where recycling was up to 6.2% more energy intensive than landfilling. This is due to the high energy requirements of the recycling materials. The new method will find applications in product design in industrial design, but also in the areas of the economic evaluation of production method and location. It can also be used to extend the energy labelling of products to include the energy intensity of production, transport, and packaging.
Klíčová slova:
Life Cycle Assessment; environmental impacts; emission CO2; industrial design; energy prediction; eco-design; circular economy; VEME method; LCA; Life Cycle Assessment; environmentální dopady; CO2 emise; průmyslový design; energetické předpovědi; eco-design; cirkulární ekonomika; VEME metoda; LCA
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Volumetric Method for the Determining kg CO2 eq. and Energy Requirements for the Production of Power Tools at an Early Stage of Product Design
Emise kg CO2 eq. vznikají v různých fázích životního cyklu výrobku a mají významný vliv na globální oteplování. K posouzení těchto negativních vlivů slouží metoda Life Cycle Assessment (LCA), která ...
Nová zařízení a materiály pro bioelektroniku
Ehlich, Jiří; Achilleas Savva, Ph.D; Cifra,, Michal; Salyk, Ota
2022 - anglický
Tato dizertace je syntézou hlavních projektů, kterým jsem se věnoval v průběhu mého doktorského studia. Projekty se rozvíjejí kolem širokého spektra témat, z toho důvodu byl zvolen široký a obecný název. Projekty popsané v této práci se zabývají vývojem elektronických zařízení s využitím v řadě bioelektronických aplikací. První část práce se věnuje vývoji, testování a aplikací platforem pro studium mikroorganismů schopných přímé výměny elektronů s elektronickými zařízeními. Druhá část práce se věnuje elektrické stimulaci kmenových buněk pro jejich řízenou diferenciaci. Dále se zabývá fundamentálním studiem potenciálně škodlivých faradaických reakcí, ke kterým dochází v průběhu stimulačních protokolů používaných v klinické praxi. Všechny popsané projekty sdílí společné teoretické a praktické základy vycházející z chemického inženýrství, elektrochemie a materiálových věd. Sjednocující faktor hrající zásadní roli a objevující se napříč všemi projekty je skupina reakcí souvisejících s redukcí kyslíku. Redukce kyslíku je nezbytná reakce odehrávající se v katodovém poločlánku zařízení pro stadium elektroaktivních mikroorganismů. Redukce kyslíku a následná produkce reaktivních forem kyslíku může mít diskutabilně větší vliv na diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace než samotná elektrická stimulace. V neposlední řadě reakce související s redukcí kyslíku byly hlavními reakcemi, které jsme pozorovali při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Disertace prezentuje stručný teoretický úvod nezbytný pro pochopení prezentovaných projektů. Definuje cíle a prezentuje výsledky formou komentovaného seznamu vědeckých publikací. Rovněž nastiňuje budoucí směřování práce. Hlavní dosažené výsledky mohou být shrnuty následujícím způsobem: Prvním cílem bylo vyvinout platformu založenou na poli mikrobiálních palivových článků pro elektrochemickou charakterizaci elektroaktivních mikroorganismů. Po sérii testovacích prototypů byla vyvinuta platforma splňující všechny předem určené parametry. Platforma se osvědčila jako dostatečně přesná a spolehlivá pro zamýšlené biologické experimenty. Dalším cílem bylo vyrobit platformu pro řízenou diferenciaci kmenových buněk pomocí elektrické stimulace. Bohužel připravená platforma se ukázala jako nespolehlivá a nevhodná pro daný účel. To vedlo k neúspěšné snaze o diferenci kmenových buněk požadovaným směrem. Nakonec jsme se zabývali reakcemi souvisejícími s redukcí kyslíku na elektrodách připravených z nejčastěji používaných materiálů pro neurální stimulaci. Kyslík může být redukovaný na vodu a na peroxid vodíku v závislosti na katalytické aktivitě daného materiálu a charakteru stimulačního protokolu. Změřili jsme množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu v blízkosti stimulačních elektrod při aplikaci standardních stimulačních protokolů. Následně jsme porovnali katalytickou aktivitu všech materiálů vzhledem k množství redukovaného kyslíku a produkovaného peroxidu vodíku. Hlavním zjištěním bylo, že všechny elektrodové materiály a všechny testované stimulační protokoly vedou k redukci kyslíku, v některých případech až k lokální hypoxii a všechny materiály generují peroxid vodíku, některé až v řádech jednotek mM. Tyto zjištění považujeme za velmi významné, jelikož ovlivnění koncentrace kyslíku a generace peroxidu vodíku mohou mít výrazný vliv na tkáň v okolí elektrod. This dissertation represents a synthesis of projects I have been working on in the course of my Ph.D. studies. The projects evolve around a wide range of topics, which is the reason for the broad and general title. Projects described it the thesis involve the development of electronic tools which can be applied to several areas of bioelectronics: The first part of the thesis concerns platforms for the study of unique microorganisms capable of direct electron exchange with electronic devices. This involved design, fabrication, and application of such platforms. The second part of the thesis deals with electrical stimulation; its application to stem cells towards their directed differentiation, and fundamental studies of possibly harmful irreversible faradaic reactions happening in the course of broadly used electrical stimulation protocols applied in clinical practice. All the projects share core, common, theoretical, and practical foundation originating in chemical engineering, electrochemistry, and materials science. A unifying feature playing a major factor and appearing throughout all the projects would be a family of oxygen reduction reactions. Oxygen reduction is a necessary half-cell reaction taking place in the developed device studying electroactive microorganisms. Oxygen reduction and subsequent generation of reactive oxygen species might arguably play a significant role in the direct electrical stimulation of stem cells towards their differentiation. Lastly, oxygen reduction reactions were the main irreversible faradaic reactions we have been observing during standard electrical stimulation protocols. The thesis presents summarized theoretical background necessary to understand presented projects. Goals are defined. Results are introduced as a commented list of published scientific publications. Achieved outcomes are summarized and discussed. Also, a perspective into the future is given. Main results can be summarized as follows. First goal was to develop a platform for electrochemical characterization of electroactive microorganisms. The platform was based on 24 or 96-well Microbial Fuel Cell array. After two design iterations a prototype fulfilling all the intended requirements was developed, tested, and proven to be reliably working. Next, a multi-well platform of interdigitated electrodes was fabricated and used for electrical stimulation of stem cells. Unfortunately, the platform turned out to be unreliable and not working properly which resulted in the failed attempt to differentiate stem cells into a specific type of cells. Lastly, we have examined oxygen reduction reactions (ORRs) on electrodes made of typical materials used for neural stimulation electrodes. Oxygen can be reduced either to water or hydrogen peroxide. Both reactions can significantly reduce the quantity of dissolved oxygen near the electrode, creating hypoxic conditions harmful to neurons. Peroxide, meanwhile, can induce toxic reactions or act as a signaling molecule. We have examined the amount of reduced oxygen and produced peroxide by various stimulation protocols using amperometric sensors and compared electro-catalytic activities of studied materials. Main finding is that typical protocols lead to irreversible ORRs. Some electrode materials induce highly hypoxic conditions, others additionally produce hydrogen peroxide into the mM range.
Klíčová slova:
Bioelectronics; Microbial Fuel Cell; Electrical stimulation; Stem cell differentiation; Oxygen reduction; Hydrogen peroxide evolution; Bioeletronika; Mikrobiální palivový článek; Elektrická stimulace; Diferenciace kmenových buněk; Redukce kyslíku; Evoluce peroxide vodíku
Plné texty jsou dostupné v digitálním repozitáři NUŠL
Nová zařízení a materiály pro bioelektroniku
Tato dizertace je syntézou hlavních projektů, kterým jsem se věnoval v průběhu mého doktorského studia. Projekty se rozvíjejí kolem širokého spektra témat, z toho důvodu byl zvolen široký a obecný ...
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