Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii
Šedivý, Matúš; Malik, Aamir Saeed; Epel, Boris; Vrba, Radimír
2024 - English Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z progresivních metod EPR je rychlé skenování, které umožňuje pozorovat kinetiku chemických reakcí. Kromě toho nedávný vývoj vysokofrekvenčních součástkách rozšířil použití vysokofrekvenční EPR (HFEPR), které využívají sub-terahertzové až terahertzové vlny. Tato práce se zabývá propojením obou cest do HFEPR spektrometru s rychlým skenováním frekvencí (FRaScan), který byl nedávno vyvinut na CEITEC VUT. Na začátku je stručně uvedena základní teorie k EPR, následovaný přehledem přístrojového vybavení pro HFEPR. V praktické části je popsáno technické řešení spektrometru. Důraz je kladen na implementaci softwaru, pomocí kterého je spektrometr ovládán a měření jsou automatizována. Následně jsou ukázány příklady z měření pevných látek, konkrétně karbidu křemíku dopovaného vanadem (SiC:V), ftalocyaninu líthia (LiPc) a krystalu 1,3-bisdifenylen-2-fenylallylu (BDPA). Příklady demonstrují schopnosti spektrometru získat multifrekvenční vlnově spojitá EPR spektra a frekvenčně rozmítaná spektra v závislosti na teplotě a orientaci vzorku, a taky spektra pomocí rychlého skenování frekvencí Electron spin resonance (also called electron paramagnetic resonance or just EPR) spectroscopy includes methods that investigate matter via unpaired electrons. One of the progressive EPR methods is the rapid scan, which allows one to observe the kinetics of chemical reactions. Moreover, recent developments of high-frequency components expand application of high-frequency EPR (HFEPR), that use sub terahertz and terahertz waves. This thesis deals with the connection of both paths into the frequency rapid scan (FRaScan) HFEPR spectrometer that was recently developed at CEITEC BUT. A brief introduction to the theoretical background of EPR is provided, followed by an overview of the HFEPR instrumentation. The practical part describes a technical solution for the spectrometer. The emphasis is on the implementation of software through which the spectrometer is controlled, and measurements are automated. Afterward are shown example measurements of solid state materials, namely vanadium doped silicon carbide (SiC:V), lithium phthalocyanine (LiPc), and crystal of 1,3-bisdiphenylene-2-phenylallyl (BDPA). The examples demonstrate the capabilities of the spectrometer to acquire multi-frequency continuous wave spectra and frequency-swept spectra with dependency on the temperature and orientation of the sample, as well as the frequency rapid scan spectra. Keywords: Elektronová spinová rezonance; spektroskopie; spektrometr; magnetická rezonance; vývoj; přístroj; měřící aparatura; prototyp; terahertzové vlny; prudký sken; defekty v krystalech; kvantový bit; karbid křemíku; software; LabVIEW; simulace; Electron-spin resonance; spectroscopy; spectrometer; magnetic resonance; development; instrument; experimental setup; prototype; terahertz beams; rapid scan; defects in crystals; qubit; silicon carbide; software; LabVIEW; simulation Available in a digital repository NRGL Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii

Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z ...

Šedivý, Matúš; Malik, Aamir Saeed; Epel, Boris; Vrba, Radimír
Vysoké učení technické v Brně, 2024

EMC Robustní Přesná Napěťová Reference pro Automobilové Aplikace
Krolák, David; Husák, Miroslav; Psychalinos, Professor Costas; Horský, Pavel
2024 - English Klíčovou součástí moderních integrovaných obvodů je napěťová reference, která funguje jako srdce analogových bloků poskytující stabilní napětí. Tato disertační práce zkoumá pokročilé metody pro snížení citlivosti nízko příkonových referencí na elektromagnetické interference (EMI) pro automobilová prostředí s širokým teplotním rozsahem. Citlivost na EMI je nežádoucí jev, který může způsobit poruchy elektronického systému. Elektromagnetické rušení se může snadno vázat do obvodu prostřednictvím kabelového svazku a desky s plošnými spoji. Práce poskytuje přehled literatury, návrhy výzkumu a výsledky, které se zaměřují na skryté efekty v napěťovém referenčním jádru, jako je vliv parazitní kapacity z kolektorů bipolárních tranzistorů do substrátu integrovaného obvodu a efekty použitého operačního zesilovače. Jsou uvedena a implementována doporučení pro zlepšení EMI odolnosti napěťové reference. Aby se prokázala platnost navrhovaných vylepšení, byly vyrobeny a změřeny testovací čipy s navrženými napěťovými referencemi v různých technologiích. A crucial component of modern integrated circuits is the voltage reference that acts like the heart for analog blocks providing stable voltage. This doctoral thesis explores advanced methods to reduce electromagnetic interference (EMI) susceptibility of low-power voltage references for an automotive environment with a wide temperature range. The EMI susceptibility is an unwanted phenomenon that can cause electronic system malfunctions. Electromagnetic disturbances can easily couple to the circuit via a cable harness and a printed circuit board. This thesis provides a literature overview, research suggestions, and results that focus on hidden effects in the voltage reference core, such as the impact of parasitic capacitance from bipolar transistors' collectors to the substrate and the effects of a used operational amplifier. Recommendations for improving voltage reference EMI robustness are presented and implemented. To prove the validity of the suggested improvements, test chips with proposed voltage references using various technologies were fabricated and measured. Keywords: Bandgap voltage reference; Brokaw bandgap voltage reference; electromagnetic compatibility; electromagnetic interference; electromagnetic susceptibility; element-by-element extraction; passive network synthesis; transmission line; voltage reference; Brokawova napěťová reference typu bandgap; elektromagnetická citlivost; elektromagnetická interference; elektromagnetická kompatibilita; extrakce prvek-po-prvku; napěťová reference typu bandgap; napěťová reference; přenosové vedení; syntéza pasivního obvodu Available in a digital repository NRGL EMC Robustní Přesná Napěťová Reference pro Automobilové Aplikace

Klíčovou součástí moderních integrovaných obvodů je napěťová reference, která funguje jako srdce analogových bloků poskytující stabilní napětí. Tato disertační práce zkoumá pokročilé metody pro ...

Krolák, David; Husák, Miroslav; Psychalinos, Professor Costas; Horský, Pavel
Vysoké učení technické v Brně, 2024

Vliv kalcinovaných jílů na vlastnosti cementových past
Florian, Vojtěch; Šilerová, Iva; Šiler, Pavel
2024 - English V této práci byl studován vliv kalcinovaných jílů na vlastnosti portlandského cementu. Jíly a jílové materiály jsou studovány již mnoho let, přičemž nejvíce studovaný jíl je kaolín a kalcinovaný kaolín. Avšak kvůli změnám ekonomické situace původně levné materiály, např kaolín, zdražily. Vzhledem k důležitosti ekonomické stránky byly v této práci používany primárně jílové materály, které by bylo možné považovat za odpadní. Studovali jsme směs přírodních a syntetických jílů získaných z okolí Brna v České Republice, což je region bohatý na ložiska jílů. Tyto jíly byly analyzovány, kalcinovány, pomlety a byla u nich změřena pucolánová aktivita. Nově schválená norma ČSN EN 197-5 povoluje až 65% náhradu cementu jinými materiály, např jíly, což je téměř dvojnásobek v porovnání s původní maximální náhradou 35 %. Z toho důvodu byly v této práci připraveny cementovo-jílové směsi s až 70% obsahem jílu. Bylo zjištěno, že cementovo-jílové směsi s 60% obsahem jílu vykazovaly mechanické vlastnosti přinejhorším srovnatelné s referenčním vzorkem portlandského cementu, v některých případech měly tyto směsi dokonce lepší mechanické vlastnosti. Směsi s obsahem jílu kolem 30-40 % měly všeobecně lepší mechanické vlastnosti než referenční vzorek. Ze studovaných materiálů měly směsi připravené z jílu z opuštěné cihelny nejlepší ohybovou pevnost. Při stáří 28 dní měly směsi až o 60% vyšší ohybovou pevnost než referenční vzorek. Nejvyšší tlakovou pevnost vykazovaly cementovo-jílové směsi připravené z glaukonitického jílu. S rostoucím obsahem jílu tlaková pevnost klesala. V 90 dnech při 10% obsahu jílu měla směs o 60 % vyšší pevnost než referenční vzorek. Při 60% obsahu jílu byla pevnost ve srovnání s referenčním vzorkem o 26,5 % vyšší. Použití těchto cementovo-jílových směsí se zdá být slibné díky dobrým mechanickým vlastnostem a z ekonomického a ekologického hlediska. Tyto cementovo-jílové směsi by mohly snížit emise oxidu uhličitého a zároveň být levnější než portlandský cement. In this thesis we studied the effect of calcined clays on the properties of Portland cement. For many years clays and calcined clays have been the subject of many studies, the most commonly examined clays being kaolinite and calcined kaolinite. However, due to late economical turbulences, originally cheap materials, such as kaolinite, became more expensive. Due to the importance of this economic aspect, the materials mainly used in this thesis are materials that could be classified as waste materials. We studied samples of natural and synthetic clays acquired from the region around Brno Czech Republic, which is an area rich in clay deposits. Collected clays were analyzed, calcined, milled, and had their pozzolan activity measured. The recently authorized norm ČSN EN 197-5 allows for up to 65% of cement to be substituted with other materials such as clays, which is almost double the amount compared to the previous maximum of 35% substitution. For this reason, we prepared cement-clay mixtures containing up to 70% clay. It was found that cement-clay mixtures containing 60% clay substitution exhibited mechanical properties that were at worst comparable to the reference sample of pure Portland cement, but in some cases these mixtures exhibited better mechanical properties than the reference sample. Mixtures containing 30-40% clay generally had better mechanical properties compared to the reference sample. Out of all the studied materials, mixtures prepared from the clay obtained in an abandoned brickyard had the highest flexural strength. At the age of 28 days, the mixtures had up to 60% higher flexural strength than the reference sample. The highest compressive strength was exhibited in cement-clay mixtures prepared from glauconite clay. With increasing clay content the compressive strength decreased. At 90 days at 10% clay content the mixture had 60% higher compressive strength compared to the reference sample and at 60% clay content, the mixture had 26,5% higher compressive strength compared to the reference sample. The use of these cement-clay mixtures appears to be promising for the improvement of mechanical properties and economic and ecological aspects. These cement-clay mixtures could reduce carbon dioxide emissions while being cheaper than Portland cement. Keywords: Clay; clay material; clay substitution; cement-clay mixture; Portland cement; pozzolan activity; Jíl; jílový materiál; jílová náhrada; cemento-jílová směs; portlandský cement; pucolánová aktivita Available in a digital repository NRGL Vliv kalcinovaných jílů na vlastnosti cementových past

V této práci byl studován vliv kalcinovaných jílů na vlastnosti portlandského cementu. Jíly a jílové materiály jsou studovány již mnoho let, přičemž nejvíce studovaný jíl je kaolín a kalcinovaný ...

Florian, Vojtěch; Šilerová, Iva; Šiler, Pavel
Vysoké učení technické v Brně, 2024

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

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

Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami
Mikhailova, Olesia; Bílek, Vlastimil; Vejmelková,, Eva; Žižková, Nikol; Rovnaník, Pavel
2023 - English V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ekologičtější stavebnictví zahrnují využití několika aluminosilikátů, které mohou být buď odpadními produkty získanými z jiných průmyslových výrob, jako je granulovaná vysokopecní struska, popílek a křemičitá dýmka, nebo materiály pocházející z energeticky méně náročných průmyslových procesů, jako je metakaolin. Použití těchto materiálů při výrobě stavebních materiálů rovněž přispívá ke snížení výrobních nákladů. Aktivace aluminosilikátových materiálů alkalickými aktivátory vede k získání vysoce pevných materiálů, které lze považovat za alternativu běžného PC. Navzdory mnoha výhodám alkalicky aktivovaných aluminosilikátů (AAA) existuje zásadní nevýhoda, která se týká výrazného autogenního smršťování a smršťování při vysoušení, k němuž může docházet během tuhnutí materiálu. Tento jev vede k mikrotrhlinám a zhoršení mechanických lomových vlastností. Polymerní příměsi mohou modifikovat vlastnosti čerstvého a vytvrzeného materiálu AAA a překonat výše uvedené problémy. Tato disertační práce se zabývá vlivem polymerních přísad v různých hmotnostních množstvích aluminosilikátového pojiva na snižování smrštění a křehkosti a na zvýšení lomové houževnatosti. Jako polymerní příměsi byly vybrány polyetylen glykol (PEG), polypropylen glykol (PPG) a různé typy komerčních polymerů z řady dispergovatelných polymerních prášků Vinnapas®. Jejich vliv na vlastnosti získaných materiálů byl porovnáván s vlivem práškového přípravku proti smrštění Peramin SRA 40. Vzorky byly testovány na pevnost v ohybu a tlaku a jejich mikrostruktura byla zkoumána pomocí rtuťové porozimetrie a skenovací elektronové mikroskopie. Jedna z kapitol práce se zabývá studiem různých charakterizačních technik vzniku hlavních reakčních produktů v alkalicky aktivované strusce, jako jsou RTG difrakční analýza, Fourierovou tran Currently, the concrete industry utilizes Portland cement (PC) widely, whose production has a significant environmental impact, while it is also a non-sustainable process. Efforts towards a greener building industry involve employing several aluminosilicate materials that can be either by-products obtained from other industrial activities, such as granulated blast furnace slag, silica fume, and fly ash, or materials derived from less energy-intensive industrial processes, such as metakaolin. Using these materials in the preparation of building materials also contributes to reduced production costs. Activation of aluminosilicate materials by alkaline activators leads to high-strength materials that can be considered an alternative to ordinary Portland cement (OPC). Despite the numerous advantages of alkali-activated aluminosilicates (AAA), a major drawback is the significant autogenous and drying shrinkage that might occur during the material’s hardening. This phenomenon leads to microcracking and deterioration of mechanical fracture properties. Polymer admixtures can modify the properties of the fresh and hardened AAA material and overcome the abovementioned problems. This thesis investigates the influence of polymer admixtures, in different amounts by weight of the aluminosilicate binder, on reducing shrinkage and fragility and increasing fracture toughness. Polyethylene glycol (PEG), Polypropylene glycol (PPG), and different types of commercial polymers of the Vinnapas® - family of dispersible polymer powders were selected as polymer admixtures. Their effect on the properties of the obtained materials was compared with that of powder shrinkage reducer Peramin SRA 40. The specimens were tested for flexural and compressive strength, and their microstructure was investigated employing mercury intrusion porosimetry and scanning electron microscopy One of the chapters of the thesis deals with the study of different analytical techniques for the characterization Keywords: Alkali activated materials; geopolymers; slag; metakaolin; polymer admixtures; Alkalicky aktivované materiály; geopolymery; struska; metakaolin; polymerní přísady Available in a digital repository NRGL Modifikace vlastností alkalicky aktivovaných aluminosilikátů polymerními přísadami

V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ...

Mikhailova, Olesia; Bílek, Vlastimil; Vejmelková,, Eva; Žižková, Nikol; Rovnaník, Pavel
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám
Krčma, Martin; Kordík, Pavel; Stopjaková, Viera; Drábek, Vladimír
2023 - English Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem práce koncept rozvíjí a představuje několik jeho různých typů jež se vyznačují různými poměry mezi spotřebou zdrojů hradlových polí a přesností s jakou aproximují původní neuronovou síť jíž implementují. Teze díle rozšiřuje koncept o metody zabezpečení proti poruchám s využitím redundance a také bez ní. This thesis focuses on the Field Programmable Neural Networks concept intended to make implementation of neural networks in FPGAs less resource demanding. The thesis introduces and discusses several types of Field Programmable Neural Networks which provide different trad-offs between the resource consumption and the accuracy of the implemented neural network approximation. This thesis also introduces and discusses methods of hardening the Field Programmable Neural Networks against faults with and without redundancy. Keywords: Field Programmable Neural Networks; fault tolerance; neural networks; FPGAs; Field Programmable Neural Networks; odolnost proti poruchám; neuronové sítě; FPGA Available in a digital repository NRGL Field Programmable Neural Networks odolná proti poruchám

Tato práce se zaměřuje na koncept Field Programmable Neural Networks jehož cílem je učinit implementaci umělých neuronových sítí v hradlových polích méně náročnou jejich prostředky. Za tímto účelem ...

Krčma, Martin; Kordík, Pavel; Stopjaková, Viera; Drábek, Vladimír
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Strukturální studie extracelulárních domén adheze G protein-spojeného receptoru ADGRG4
Strnadová, Martina; Márová, Ivana; Mravec, Filip
2023 - English Bunková komunikácia je schopnosť buniek príjmať, vysielať a spracovávať signály zo svojho okolia. Môžeme teda hovoriť o komunikácii medzi bunkami a orgamizmom. Extracelulárne stimuly spúšťajú signál, ktorý interaguje s receptormi na bunkovom povrchu, čo má za následok aktiváciu intracelulárnych signálnych proteínov. Tieto proteíny sú rozdelené do viacerých rodín podľa ich špecifickej sekvencie, domén ktoré obsahujú, alebo ligandov, s ktorými interagujú. Jednou z týchto rodín je práve receptorová rodina adhezívnych receptorov spojených s G proteínom (aGPCR), ktorá obsahuje 33 členov. Najnovšie štúdie naznačujú, že fungujú z veľkej časti ako mechanoreceptory; avšak, pre niektorých členov boli identifikované aj ligandy pre ich aktiváciu. V porovnaní s inými GPCR sa táto rodina vyznačuje relatívne dlhou extracelulárnou oblasťou (ECR), ktorá obsahuje súbor rozličných štruktúrnych domén a motívov. ADGRG4 (GPR112) predstavuje jeden z najväčších aGPCR s dĺžkou reťazca väčšou ako 3000 aminokyselín (aa). Väčšina jeho reťazca aa sa nachádza v extracelulárnom priestore (viac ako 2500 aa). Je známe, že ADGRG4 je špecificky exprimovaný v enterochromafinných bunkách umiestnených v epiteli ľudského tenkého čreva. Tieto enteroendokrinné bunky sú zodpovedné za produkciu a sekréciu serotonínu a reagujú na chemické a mechanické podnety. K dnešnému dňu však fyziologická funkcia ADGRG4 v týchto bunkách zostáva neznáma. Cieľ tejto práce bol rozdelený na dve časti. V prvej časti bola snaha o poskytnutie štruktúrnych informácií o obrovskej extracelulárnej oblasti ADGRG4. ECR bola rozdelená na viacero častí pre lepšie skúmanie. Následne boli vzorky exprimované v ľudských embryonálnych obličkových bunkách 293 (HEK293S bunky). Výsledné proteínové štruktúry boli purifikované viacerými technikami. Pre zvýšenie možnosti kryštalizácie, bol purifikovaný proteín deglykozylovaný a až potom podrobený na kryštalizačné pokusy. Druhá časť sa zaoberala analýzou NTF-konštruktov, dobre preskúmaných ADGRs. Tieto konštrukty neobsahovali C-terminálny koniec (CTF), iba N-terminálnu časť (NTF). Desať rôznych proteínov bolo úspešne naklonovaných a expresovaných v HEK293T bunkách. Na vyhodnotenie výsledkov oligomerného stavu vzoriek z prvej aj druhej časti boli použité techniky Native PAGE a dynamický rozptyl svetla (DLS). Ako kontrola autoproteolýzy, ktorá je typickým znakom aGPCR, sa využili rozličné techniky Western blotting (WB). Metóda nano-diferenciačná skenovacia fluorescencia (DSF) sa využila na stanovenie pripravených konštruktov a na nájdenie optimálnych podmienok pre roztoky, ktoré sa v práci používali. Výsledky z prvej časti ukazujú za akých podmienok dokážeme nami vytvorený konštruk podrobiť kryštalizácii a následne ďalej pokračovať v jeho výskume. Druhá časť nám ukázala, ktoré nami klonované konštrukty sa dokážu stabilne expresovať v HEK293T bunkách. Na základe získaných parametrov z prvej a druhej časti dokáže výskum v tejto oblasti rozšíriť a do buducnosti získať dôležité informácie ohľadom týchto pozoruhodných receptorov. The aim of this thesis was to provide structural information on the huge extracellular region (ECR) of ADGRG4 that allows hypothesis of the function of the receptor. Therefore, the ECR was dissected into smaller, likely independently folded subunits. Subsequently, these samples were recombinantly expressed in human embryonic kidney 293 cells (HEK293S cells). These protein constructs were purified to allow for subsequent biophysical characterization. To increase the possibility of protein crystallisation, the purified protein was deglycosylated and then subjected to crystallisation trials. The second part of this thesis dealt with the analysis of the construct that contained the NTF part (the CTF was lacking), of well-established ADGRs. Ten different constructs were successfully cloned and expressed in HEK293T cells. Native PAGE and Dynamic Light Scattering (DLS) techniques were used to evaluate the results of the oligomeric state of the samples from both parts. As a control for autoproteolysis, which is a typical feature of aGPCR, various WB techniques were used. The Nano-Differential Scanner Fluorescence (DSF method was used to determine the prepared constructs and to find the optimal conditions for the buffers used in the thesis. The results of the first part show under which conditions the crystallisation trials were the most suitable that can be repeated and optimized further in the research. The second part showed which cloned constructs were able to be expressed in cells. Based on the parameters obtained from the first and second parts, research in this area can continue and, in the future, we can obtain important information about these remarkable receptors. Keywords: aGPCR; ADGRG4; NTF-constructs; molecular cloning; Dynamic Light Scattering; Nano-Differential Scanner Fluorimetry; protein crystallisation; aGPCR; ADGRG4; NTF-konštrukty; molekulárne klonovanie; dynamický rozptyl svetla; nano.diferenciačná skenovacia fluorescencia; proteínová kryštalizácia Available in a digital repository NRGL Strukturální studie extracelulárních domén adheze G protein-spojeného receptoru ADGRG4

Bunková komunikácia je schopnosť buniek príjmať, vysielať a spracovávať signály zo svojho okolia. Môžeme teda hovoriť o komunikácii medzi bunkami a orgamizmom. Extracelulárne stimuly spúšťajú signál, ...

Strnadová, Martina; Márová, Ivana; Mravec, Filip
Vysoké učení technické v Brně, 2023

Experimental investigation and numerical modelling of top of rail products
Kvarda, Daniel; prof.Roger Lewis; Meierhofer, Alexander; Hartl, Martin
2023 - English Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým studiem maziv pro temeno kolejnice. Tyto maziva se používají ke snížení opotřebení, hluku a zlepšení energetické účinnosti kontaktu kola a kolejnice. V posledních dvou desetiletích byl proveden rozsáhlý experimentální výzkum týkající se použití maziv pro temeno kolejnice. Avšak velmi málo výzkumu bylo zaměřeno na základní mechanismy těchto produktů, zejména na problémy s nízkou adhezí. Aplikace matematických modelů v této oblasti také nebyla dosud zkoumána. Cílem této práce je pomocí matematického modelu vysvětlit třecí chování a problémy s nízkou adhezí maziv pro temeno kolejnice. Model předpokládá jak tření vznikající interakcí nerovností pevných látek, tak separaci mazacím filmem. Validace tohoto modelu byla provedena na experimentálním tribometru se schopností měřit tloušťku filmu pro ověření přesné predikce separace povrchu. Komerční tribometr byl použit ke zkoumání vlivu jednotlivých složek v mazivu pro temeno kolejnice na bázi oleje. Sada reologických testů v kombinaci s modelem ukázala, že pevné částice měly velmi malý vliv na zvýšení adheze po aplikaci. Následně byly testovány různé typy maziv pro temeno kolejnice pomocí vysokotlakého torzního zařízení. Mezný režim tření těchto látek byl hodnocen představeným modelem. Bylo zjištěno, že pozitivní třecí vlastnosti, které by tyto produkty měly poskytovat, jsou výsledkem velké skluzové vzdálenosti, která mění složení třecí vrstvy. Nízký koeficient tření v důsledku nadměrné aplikace se vyskytl při stejném aplikovaném množství u všech testovaných látek. Tato diplomová práce představuje původní výzkum rozšiřující znalosti o produktech pro temeno kolejnice. This dissertation thesis deals with experimental and numerical study of top or rail products. These products are used to reduce wear, noise and improve energy efficiency of wheel and rail contact. In the last two decades, extensive experimental research has been conducted on the use of top of rail products. However, very little research has focused on the fundamental mechanisms of these products, especially causes of low adhesion. Application of mathematical models to this field was also not yet examined. The aim of this thesis is to explain the frictional behaviour and low adhesion conditions of the top of rail products with the use of a mathematical model. The model assumes both friction arising from solid asperity interaction and separation by a fluid film. The validation of this model was carried out on an experimental tribometer with the ability to measure film thickness to validate the accurate prediction of surface separation. A commercial tribometer was used to investigate the influence of individual components in oil-based top of rail product on the coefficient of adhesion. A set of rheological tests in combination with the model showed that the solid particles had very little effect in increasing adhesion after application. Subsequently, different types of top of rail products were tested using a high pressure torsion device. The boundary friction of these substances was evaluated by the model. The positive frictional characteristics that these products should provide are found to be a result of sliding friction changing the composition of the interfacial layer. In addition, the low coefficient of friction due to overapplication occurred at the same amount applied for all tested substances. This thesis presents original research expanding on the knowledge of top of rail products. Keywords: Wheel-rail contact; Friction management; Top of rail products; Numerical model; Tribology; Kontakt kolo-kolejnice; Řízení tření; Maziva pro kolejový svršek; Numerický model; Tribologie Available in a digital repository NRGL Experimental investigation and numerical modelling of top of rail products

Tato disertační práce se zabývá experimentálním a numerickým studiem maziv pro temeno kolejnice. Tyto maziva se používají ke snížení opotřebení, hluku a zlepšení energetické účinnosti kontaktu kola a ...

Kvarda, Daniel; prof.Roger Lewis; Meierhofer, Alexander; Hartl, Martin
Vysoké učení technické v Brně, 2023