No (1502)
Number of found documents:
1502
Published from
to
Preparation and characterization of natural extracts with antimicrobial effect
Vysoká, Marie; Obruča, Stanislav; Kráčmar, Stanislav; Márová, Ivana
2023 - English
Celosvětová spotřeba antibiotik v posledních několika desetiletích významně vzrostla, což vedlo ke zvýšenému výskytu genů antibiotické rezistence (ARG), které představují rostoucí vážnou hrozbu pro lidské zdraví na celém světě. Používání přírodních nebo alternativních léčivých přípravků tudíž v posledních několika letech výrazně vzrostlo. Velká pozornost je nyní věnována přírodním extraktům, které by mohly být v jisté formě použity jako jedna z možností léčby bakteriálního onemocnění, a to s vysokou účinností proti patogenům a se zanedbatelnými vedlejšími účinky. Biomasa kvasinek, která obsahuje cenné mastné kyseliny, sacharidy, nukleové kyseliny, vitamíny a minerály, byla testována jako možná alternativa, a to samotná i v kombinaci s rostlinnými extrakty ve formě doplňku stravy. Tato disertační práce je zaměřena na studium antimikrobiální aktivity a nutriční přínosy vybraných rostlinných extraktů, jako je acai, hřebíček, kurkuma, zázvor, ženšen a oregano. Následně byly testovány biologické účinky kvasinkové biomasy rodu Metschnikowia pulcherrima CCY 029-002-145, Cystofilobasidium infirmominiatum CCY 17-18-4, Phaffia rhodozyma CCY 77-1, Rhodotorula kratochvilovae CCY 20-2-26. Tyto kvasinky byly vybrány zejména pro vysoký obsah aktivních látek v produkované biomase. Na závěr byl posouzen potenciální synergický efekt rostlinných extraktů ve spojení s kvasinkovou biomasou ke zvýšení celkového antimikrobiálního účinku, antioxidační aktivity a vlivu na růst buněčných linií Caco-2, B16F1 a HaCaT. Vzhledem k dosaženým výsledkům lze konstatovat, že zařazení imortalizované kvasinkové biomasy v kombinaci s přírodními extrakty do doplňků stravy ve vhodné formě může být prospěšné lidskému zdraví. Existuje přímý vztah mezi životaschopností buněk a apoptózou. Všechny mikrobiální extrakty vykazovaly určité pozitivní výsledky na apoptózu u rakovinných buněčných linií a současně nevykazovaly žádné cytotoxické účinky na nezhoubné buněčné linie při stejných koncentracích. Worldwide consumption of antibiotics has increased drastically in the past few decades. The application of antibiotics has led to the production of antibiotic resistance genes (ARGs) which represent a growing and serious human health threat worldwide. The use of natural or alternative medicines increased markedly over the last few years. Therefore, much attention is paid to natural products, which could be used as effective drugs to treat human diseases, with high efficiency against pathogens and negligible side effects. Yeast biomass that contains valuable fatty acids, carbohydrates, nucleic acids, vitamins, and minerals was tested in the potential combination with plant extracts as a food supplement. This doctoral thesis is focused on impact assessment of selected plant extracts such as acai, clove, turmeric, ginger, ginseng and oregano and their antimicrobial activity, antioxidant activity, cytotoxicity and important nutritional benefits. Subsequently, the biological effects of yeast biomass of the strains Metschnikowia pulcherrima CCY 029-002-145, Cystofilobasidium infirmominiatum CCY 17-18-4, Phaffia rhodozyma CCY 77-1, Rhodotorula kratochvilovae CCY 20-2-26 were tested. These yeasts were chosen especially for the high content of active substances in the produced biomass. In conclusion, the potential synergistic effect of plant extracts in combination with yeast biomass to increase the overall antimicrobial effect, antioxidant activity and effect on the growth of Caco-2, B16F1 and HaCaT cell lines was assessed. Considering the results achieved, it is appropriate to include immortalized yeast biomass in combination with natural extracts in food supplements in an appropriate form, as it is clear that there is some direct relationship between cell viability and apoptosis. All microbial extracts showed some positive results for the apoptosis of cancer cell lines and at the same time no cytotoxic effects on non-cancer cell lines at identical concentrations.
Keywords:
antioxidants; antimicrobials; plants; yeasts; apoptosis; antioxidanty; antimikrobialní látky; rostliny; kvasinky; apoptóza
Available in a digital repository NRGL
Preparation and characterization of natural extracts with antimicrobial effect
Celosvětová spotřeba antibiotik v posledních několika desetiletích významně vzrostla, což vedlo ke zvýšenému výskytu genů antibiotické rezistence (ARG), které představují rostoucí vážnou hrozbu pro ...
Programování kobotů v rozšířené realitě koncovými uživateli
Kapinus, Michal; Hořejší, Petr; Hubinský, Peter; Beran, Vítězslav
2023 - English
Vzhledem k současnému rozmachu dostupných kolaborativních robotů pomalu nastává rapidní zvyšování podílu automatizace v malých a středních podnicích a je očekáváno, že toto zvyšování dále poroste v nadcházejících letech. Společně se zvyšujícím se počtem robotů, musí nevyhnutelně růst i počet programátorů těchto robotů. Aby ke zvyšování podílu automatizace mohlo dojít, cena za programování robotů musí být snížena. V opačném případě by si malé podniky nemohly automatizaci dovolit. Jeden ze způsobů, jak tuto cenu snížit, je zjednodušení programovacího procesu a zpřístupnění programování i méně školeným zaměstnancům. Předložená práce se zabývá problémem současných uživatelských rozhraní, se zaměřením na rozhraní pro zjednodušení programování robotů, které jsou stále příliš náročné pro běžné dělníky. V současnosti, většina interakce mezi člověkem a robotem, jak v průběhu programování, tak v průběhu vykonávání programu, se odehrává jinde než v prostoru, který daný robot přirozeně obývá -- na počítači, na obrazovce nějakého přídavného zařízení a podobně. Tento fakt nutí člověka neustále přemýšlet o prostorových náležitostech tvořeného programu a mentálně mapovat daný program na reálné prostředí.Abychom překonali tento problém, předložená práce nabízí několik metod založených na Rozšířené Realitě, které prezentují prostorové informace ve skutečném prostředí ve srozumitelné formě. Kromě toho, společně s danými interakčními metodami jsou představeny také uživatelská rozhraní jež tyto metody implementují, a které jsou vyhodnoceny v uživatelských studiích s více než 70 účastníky. Práce také představuje plně funkční prototyp univerzálního robotického programovacího nástroje určeného pro koncové uživatele. Due to the recent expansion of affordable, collaborative robots, a rapid increase comes in the automation share in small and medium enterprises, and it is expected to be even higher in upcoming years. Together with the increasing number of robots, the number of robot programmers must inevitably rise as well. To boost the spread of automation, the price for robot programming needs to be decreased; otherwise, small enterprises would not be able to afford it. One way to decrease the programming cost is to simplify the process and allow less-skilled and less-educated operators to perform it. The presented thesis deals with the problem of contemporary user interfaces for end-user robot programming, which are still too demanding for ordinary shop-floor workers. As for now, most of the interaction between humans and robots, both during the programming and the execution phases, takes place, not in the space occupied by the robot but somewhere else -- in a computer, on the display of the attached device, etc. This forces the human to think of spatial relations of the created program constantly and to map the program to the real environment mentally. To overcome this problem, the thesis proposes several methods based on Augmented Reality, which presents the spatial information in the actual environment in an understandable way. Moreover, in-situ user interfaces for such interaction methods are presented and evaluated in several user studies with more than 70 participants. A fully functional prototype of a universal robot programming tool intended for the end-users is presented.
Keywords:
Augmented Reality; End-User Robot Programming; Human-Robot Interaction; Natural Interfaces.; Rozšířená realita; Programování robotů koncovými uživateli; Interakce mezi člověkem a robotem; Přirozená rozhraní.
Available in a digital repository NRGL
Programování kobotů v rozšířené realitě koncovými uživateli
Vzhledem k současnému rozmachu dostupných kolaborativních robotů pomalu nastává rapidní zvyšování podílu automatizace v malých a středních podnicích a je očekáváno, že toto zvyšování dále poroste v ...
Asymptotické vlastnosti řešení diskrétní Emden-Fowlerovy rovnice druhého řádu
Korobko, Evgeniya; Galewski, Marek; Růžičková, Miroslava; Diblík, Josef
2023 - English
V literatuře je často studována Emden--Fowlerova nelineární diferenciální rovnice druhého řádu $$ y'' \pm x^\alpha y^m = 0, $$ kde $\alpha$ a $m$ jsou konstanty. V disertační práci je analyzována diskrétní analogie Emden-Fowlerovy diferenciální rovnice $$ \Delta^2 u(k) \pm k^\alpha u^m(k) = 0, $$ kde $k\in \mathbb{N}(k_0):= \{k_0, k_0+1, ....\}$ je nezávislá proměnná, $k_0$ je celé číslo a $u \colon \mathbb{N}(k_0) \to \mathbb{R}$ je řešení. V této rovnici je $\Delta^2u(k)=\Delta(\Delta u(k))$, kde $\Delta u(k)$ je diference vpřed prvního řádu funkce $u(k)$, tj. $\Delta u(k) = u(k+1)-u(k)$ a $\Delta^2 (k)$ je její diference vpřed druhého řádu, tj. $\Delta^2u(k) = u(k+2)-2u(k+1)+u(k)$, a $\alpha$, $m$ jsou reálná čísla. Je diskutováno asymptotické chování řešení této rovnice a jsou stanoveny podmínky, garantující existence řešení s asymptotikou mocninného typu: $u(k) \sim {1}/{k^s}$, kde $s$ je vhodná konstanta. Je také zkoumána diskrétní analogie tzv. ``blow-up'' řešení (neohraničených řešení) známých v klasické teorii diferenciálních rovnic, tj. řešení pro která v některém bodě $x^*$ platí $\lim_{x \to x^*} y(x)= \infty$, kde $y(x)$ je řešení Emden-Fowlerovy diferenciální rovnice $$ y''(x) = y^s(x), $$ kde $s \ne 1$ je reálné číslo. Výsledky jsou ilustrovány příklady a porovnávány s výsledky doposud známými. In the literature a differential second--order nonlinear Emden--Fowler equation $$ y'' \pm x^\alpha y^m = 0, $$ where $\alpha$ and $m$ are constants, is often investigated. This thesis deals with a discrete equivalent of the second--order Emden-Fowler differential equation $$ \Delta^2 u(k) \pm k^\alpha u^m(k) = 0, $$ where $k\in \mathbb{N}(k_0):= \{k_0, k_0+1, ....\}$ is an independent variable, $k_0$ is an integer and $u \colon \mathbb{N}(k_0) \to \mathbb{R}$ is an unknown solution. In this equation, $\Delta^2u(k)=\Delta(\Delta u(k))$, $\Delta u(k)$ is the the first-order forward difference of $u(k)$, i.e., $\Delta u(k) = u(k+1)-u(k)$, and $\Delta^2 (k)$ is its second--order forward difference, i.e., $\Delta^2u(k) = u(k+2)-2u(k+1)+u(k)$, $\alpha$, $m$ are real numbers. The asymptotic behaviour of the solutions to this equation is discussed and the conditions are found such that there exists a power-type asymptotic: $u(k) \sim {1}/{k^s}$, where $s$ is some constant. We also discuss a discrete analogy of so-called ``blow-up'' solutions in the classical theory of differential equations, i.e., the solutions for which there exists a point $x^*$ such that $\lim_{x \to x^*} y(x) = \infty$, where $y(x)$ is a solution of the Emden-Fowler differential equation $$ y''(x) = y^s(x), $$ with $s \ne 1$ being a real number. The results obtained are compared to those already known and illustrated with examples.
Keywords:
Discrete equation; Emden-Fowler equation; nonlinear equation; system of discrete equations; asymptotic properties; retract principle.; Diskrétní rovnice; Emden-Fowlerova rovnice; nelineární rovnice; systém diskrétních rovnic; asymptoticke chování; princip retraktu.
Available in a digital repository NRGL
Asymptotické vlastnosti řešení diskrétní Emden-Fowlerovy rovnice druhého řádu
V literatuře je často studována Emden--Fowlerova nelineární diferenciální rovnice druhého řádu $$ y'' \pm x^\alpha y^m = 0, $$ kde $\alpha$ a $m$ jsou konstanty. V disertační práci je analyzována ...
Příprava a charakterizace nanostrukturních III-V polovodičových materiálů
Maniš, Jaroslav; Kostelník,, Petr; Hospodková,, Alice; Šikola, Tomáš
2023 - English
Předkládaná dizertační práce se zabývá výrobou a analýzou gallium nitridových (GaN) nanostruktur ve třech odlišných formách. V prvním případě byl zkoumám trojdimenzionální GaN ve formě nanokrystalů rostených na grafenu. Nanokrystaly byly připraveny s využitím techniky droplet epitaxy, která mimo jiné umožňuje růst nanostruktur za nízké teploty substrátu (T = 200°C). Studium se zaměřovalo jak na charakterizaci kvality připravených nanokrystalů, tak na statistický popis růstu. V dalším kroku byly připravené struktury využity pro výrobu fotodektoru citlivého na ultrafialové světlo. Výroba fotodektoru a jeho úspěšné použití slouží jako základ pro navazující výzkum. Ve druhém případě byly studovány dvoudimenzionální GaN nanostruktury, které byly rovněž připraveny za nízké teploty křemíkového substrátu. Následná analýza se soustředila na popis krystalové struktury a prvkovou analýzu, neboť byly takovéto struktury pozorovány vůbec poprvé. Další rozvoj možností přípravy těchto nanostruktur je předmětem navazujícího výzkumu. Ve třetím případě byly zkoumány jednodimenzionální GaN nanodráty připravené na safírovém substrátu. Účelem tohoto projektu bylo získání datasetu pro ověření teoretického modelu, který popisuje růst horizontálních nanodrátů. Na základě sběru a analýzy dat se podařilo modelovat růstovou dynamiku GaN nanodrátů, která byly v souladu s teoretickým modelem. The aim of the presented PhD thesis was to develop and analyze gallium nitride (GaN) nanostructures in three different forms. Firstly, three dimensional GaN nanocrystals prepared on graphene were studied from the perspective of the intrinsic crystal properties as well as growth statistics. Adopting the method of droplet epitaxy allowed the formation of such nanostructures at a low substrate temperature (T = 200°C). In order to demonstrate possible applications, the proof of concept of an UV sensitive device was designed and tested with the successful results and the great promise to the future work. Secondly, two dimensional GaN nanostructures were prepared on a pristine silicon surface also at low temperature (T = 200°C). Following experiments were focused on a study of a crystal structure and an elemental analysis as these structures have been observed for the first time. Two dimensional structures are promising candidates into the high power applications which are emerging in these days. Thus, preparation of such 2D GaN nanostructures serves as a solid foundation for the further research. Thirdly, one dimensional GaN horizontal nanowires were fabricated on different sapphire planes. The prepared nanowires provided adequate dataset for the subsequent data analysis related to the growth kinetics. Collected dataset was used for verification of the developed theoretical model of the nanowire growth. It has been shown that the theoretical model describes the growth of nanowires with great precision and, thus, provide a useful insight into the growth mechanisms.
Keywords:
GaN; nanocrystals; nanowires; deposition; graphene; sapphire; scanning electron microscopy; atomic force microscopy; Raman spectroscopy; GaN; nanokrystaly; nanodráty; depozice; grafén; safír; skenovací elektronová mikroskopie; mikroskopie atomárních sil; Ramanova spektroskopie
Available in a digital repository NRGL
Příprava a charakterizace nanostrukturních III-V polovodičových materiálů
Předkládaná dizertační práce se zabývá výrobou a analýzou gallium nitridových (GaN) nanostruktur ve třech odlišných formách. V prvním případě byl zkoumám trojdimenzionální GaN ve formě nanokrystalů ...
Effects of Non-Linear Stiffness on Turn Process Stability in Horizontal Turning Machines
Hadraba, Petr; Chih-Chun, Douglas Cheng,; Kolář, Petr; Hadaš, Zdeněk
2023 - English
Nelineární tuhost ovlivňuje dynamiku moderních obráběcícho strojů. Důležitým parametrem produktivity obráběcího stroje jsou samobuzené vibrace, které omezuje výkon obráběcího stroje. Tato práce byla motivována průmyslovým případem, kdy chování obráběcího stroje nelze předvídat tradičními metodami a stroj vykazuje významnou změnou dynamického chování. Tato práce krok za krokem představuje analýzu, která byla zaměřena na simulaci samobuzených vibrací a vlivu nelineární tuhosti na výslednou stabilitu chvění. Se zvyšující se složitostí modelu byl představen linearizační přístup, který umožňuje rychlejší analýzu stability obrábění. Pro lepší mapování a tvorbu stabilitního lobe diagramu pro nelineární strukturu je uveden algoritmus syntézy linearizovaných řešení v pracovním bodě. Linearizační přístup byl kombinován s nelineární statickou simulací s ohledem na model nelineárního chování lineárního kuličkového vedení a použit pro predikci chování chvění. Nelineární statický model využívá metodu dynamické kosimulace a substrukturování, aby do analýzy začlenil účinky strukturální deformace. Experimentální zkouška obrábění umožnila porovnat výsledky analýzy a prokázala dobrou shodu s maximálními frekvenčními odchylkami v pásmu 3 Hz. Nonlinear stiffness affects the dynamics of modern machine tools. An important parameter of machine tool productivity is self-excited vibration, which limits the performance of the machine tool. This work was motivated by an industrial case where the behaviour of a machine tool cannot be predicted by traditional methods and the machine exhibits a significant change in dynamic behaviour. This work presents a step-by-step analysis that was focused on the simulation of self-excited vibrations and the effect of nonlinear stiffness on the resulting vibration stability. As the complexity of the model increases, a linearisation approach has been introduced that allows faster analysis of the machining stability. For better mapping and creation of a stability lobe diagram for a nonlinear structure, an algorithm for the synthesis of linearised solutions at the working point is presented. The linearisation approach was combined with nonlinear static simulation considering the nonlinear behaviour model of the linear ball guide and used to predict vibration behaviour. The nonlinear static model uses a dynamic cosimulation and substructuring method to incorporate the effects of structural deformation into the analysis. The experimental machining test made it possible to compare the analysis results and demonstrated good agreement with the maximum frequency deviations in the 3 Hz band.
Keywords:
Chatter; Nonlinear dynamics; Linear ball guideway; Lathe; Samobuzené vibrace při obrábění; Nelineární dynamika; Lineární kuličkové vedení; Soustruh
Available in a digital repository NRGL
Effects of Non-Linear Stiffness on Turn Process Stability in Horizontal Turning Machines
Nelineární tuhost ovlivňuje dynamiku moderních obráběcícho strojů. Důležitým parametrem produktivity obráběcího stroje jsou samobuzené vibrace, které omezuje výkon obráběcího stroje. Tato práce byla ...
Nové technologie pro biometrické rozpoznání na základě charakteristik ruky
Dvořák, Michal; Jadlovský, Ján; Marcialis, Gian Luca; Drahanský, Martin
2023 - English
Biometrie nám umožňuje identifikovat či verifikovat osoby na základě jejich fyzických vlastností. Přestože identifikace samotná je velmi rychlá, extrakce zvolené biometrie v reálném světě je netriviální problém. Pro snímání většího množství lidí, například na letišti, potřebujeme dosáhnout snímání a rozpoznání v co nejkratším čase, ideálně za chůze uživatele. Tato disertační práce se zabývá vývojem bezdotykového a tedy hygienického biometrického systému, který je schopen provést extrakci identifikačních charakteristik ruky a následně rozpoznat uživatele za běhu. Spolu s tím práce obsahuje další systémy a algoritmy potřebné pro řešení tohoto komplexního problému. Práce prezentuje současný stav výzkumu a vývoje v oblasti biometrické identifikace na základě vybraných charakteristik, se zaměřením na identifikaci pomocí geometrie ruky a otisků prstů. Dále se pak v2nuje technologickým principům využitých pro sběr těchto biometrických charakteristik. Dle disertačních cílů, formulovaných na základě rešerše, se praktická část této práce zabývá vývojem biometrických systémů pro použití k identifikaci velkého množství lidí za běhu, pro které většina současných biometrických systémů založených na charakteristikách ruky nejsou vhodné. Dále pak se práce zabývá souvisejícími problémy, zejména pak detekcí prezentačního útoku a biometrickou multimodalitou. Biometrics allows us to identify or verify people based on their physical characteristics. Although the recognition itself may be very fast, extracting the chosen biometry features in the real world is a non-trivial task. To perform a recognition on a large number of people, for example at an airport, we need to perform the scanning and recognition in the shortest possible time, ideally without the user having to stand still. In this dissertation thesis, I focus on the development of a touchless and therefore hygienic biometric system, capable of performing identification, feature extraction and subsequent recognition on the fly using hand characteristics, and other systems and algorithms needed to solve this complex problem. This thesis presents the current state of research and development in the field of biometric identification based on selected hand characteristics, with a focus on identification using hand geometry and fingerprints. Further it also discusses the technological principles used for the collection of the characteristics. According to the dissertation objectives, formulated on the basis of the research, the practical part of this thesis deals with the development of biometric systems for use to identify large numbers of people in flight, for which most current biometric systems based on hand characteristics are not suitable. The thesis then addresses related issues, in particular presentation attack detection and biometric multimodality.
Keywords:
Biometrics; hand geometry; 3D hand geometry; biometric identification; biometric verification; line scan camera; dynamic acquisition; on the fly acquisition; stereo vision; watchlist technology; Biometrie; geometrie ruky; 3D geometrie ruky; biometrická identifikace; biometrická verifikace; řádková kamera; dynamické snímání; snímání za běhu; stereo vize; seznam sledovaných položek
Available in a digital repository NRGL
Nové technologie pro biometrické rozpoznání na základě charakteristik ruky
Biometrie nám umožňuje identifikovat či verifikovat osoby na základě jejich fyzických vlastností. Přestože identifikace samotná je velmi rychlá, extrakce zvolené biometrie v reálném světě je ...
Inteligentní síťové forenzní metody
Pluskal, Jan; Sheppard, John; Slay, Jill; Ryšavý, Ondřej
2023 - English
Tato disertační práce je souborem vybraných recenzovaných prací autora spojených tématem forenzní analýzy počítačových sítí. Práce byly publikovány v posledním desetiletí v časopisech a konferencích zaměřujících se na oblast informatiky se specializací na digitální forenzní analýzu. Tato práce se nedívá na síťovou forenzní analýzu jako disciplínu monitorování síťové bezpečnosti, ale zajímá se o pomoc při forenzním vyšetřování kriminalisty z policejních složek (LEA). Rozdíl spočívá spíše v zaměření se na získávání důkazů o nezákonných činnostech než na odhalování síťových útoků nebo bezpečnostních incidentů. Práce reviduje metody používané pro zpracování zachyceného síťového provozu při síťovém forenzním vyšetřování. Dále provádí kritickou analýzu síťových forenzních a analytických nástrojů (NFAT), které jsou běžně používané vyšetřovateli bezpečnostních složek (LEA). Analýza spočívá v identifikaci jejich slabin, navrhuje vylepšení a nové přístupy k řešení problémů. Zvláštní pozornost je věnována zpracování neúplné síťové komunikace, ke které běžně dochází při nekvalitním odposlechu poskytovateli internetových služeb (ISP). Řešení spočívá ve vynechání chybějících částí komunikace a inteligentním převinutí analyzátoru aplikačního protokolu, které zanedbá chybějící segmenty s využitím informací získaných z síťové a transportní vrstvy. Vyvinuté metody byly následně použity k obohacení sad funkcí používaných pro identifikaci aplikačních protokolů, které navíc umožňují nejen identifikaci aplikačního protokolu, ale také jemnější identifikaci aplikace. Toto rozšíření může poskytnout užitečné metainformace v případě, že bylo použito šifrování. V následném výzkumu jsou analyzovány výkonnostní charakteristiky zpracování zachycené síťové komunikace pouze jedním strojem. Dále je navržena, implementována a vyhodnocena lineárně škálovatelná architektura pro zajištění distribuovaného zpracování na více výpočetních prvcích. Práce je završena zaměřením se na zpracování virtuálních sítí a tunelované komunikace, kde jako modelový příklad bylo zvoleno použití Generic Stream Encapsulation, který doposud nebyl podporován žádným síťovým forenzním analytickým nástrojem. Prezentovaný výzkum je volně dostupný vyjma článků s omezeným přístupem. Tam, kde to bylo možné, byly metody implementovány do nástroje pro forenzní vyšetřování a analýzu sítě s otevřeným zdrojovým kódem - Netfox Detective. Metody byly ověřeny pomocí přiložených datových sad. Všechny datové sady a výsledky jsou volně dostupné a odkazované z příslušných publikací. This dissertation is a collection of the author's peer-reviewed papers, with a common topic of computer network forensic analysis, published in journals and conferences in computer science, digital forensics. In contrast to understanding network forensics as a discipline of network security monitoring, this work's merit is to aid law enforcement agency (LEA) officers in conducting network forensic investigations. The distinction lies in putting emphasis on extracting evidence from illicit activities rather than detecting network attacks or security incidents. This work revisits methods used for the forensic investigation of captured network traffic by critically analyzing tools commonly used by LEA investigators. The objective is to identify weaknesses, design solutions, and propose new approaches. Particular interest is given to processing incomplete network communication that typically occurs in low-quality interception provided by Internet Service Providers (ISPs). The proposed method involves omitting missing parts and intelligently rewinding the protocol parsers to pass the missing segments using information from transport and internet layers. This process allowed the creation of novel features for the application protocol identification, thus additionally enabling application protocol identification and finer-grained application identification. Subsequent research analyzed the performance characteristics of single-machine captured network communication and designed, implemented, and evaluated a linearly scalable architecture for distributed computation. Lastly, the problem of overlay and tunneled communication was tackled by thoroughly analyzing Generic Stream Encapsulation (GSE). The presented research is publicly available, except for the limitations enforced by the publishing houses. When applicable, methods have been implemented into the open source network forensic investigation and analysis tool, Netfox Detective, and verified using enclosed datasets. All data sets and results are available and referenced in their respective publications.
Keywords:
network forensic analysis; application protocol identification; captured network traffic processing; síťová forenzní analýza; identifikace aplikačního protoklu; zpracování zachycených dat
Available in a digital repository NRGL
Inteligentní síťové forenzní metody
Tato disertační práce je souborem vybraných recenzovaných prací autora spojených tématem forenzní analýzy počítačových sítí. Práce byly publikovány v posledním desetiletí v časopisech a konferencích ...
Automatizace návrhu systémů odolných proti poruchám
Lojda, Jakub; Plíva, Zdeněk; Steininger, Andreas; Sekanina, Lukáš
2023 - English
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.
Keywords:
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++
Available in a digital repository NRGL
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 ...
Detekce P vlny v patologických signálech EKG
Šaclová, Lucie; Černý, Martin; Tkacz, Ewaryst; Vítek, Martin
2023 - English
Důležitou součástí hodnocení elektrokardiogramu (EKG) a následné detekce srdečních patologií, zejména v dlouhodobém monitorování, je detekce vln P. Výsledky detekce vln P umožňují získat ze záznamu EKG více informací o srdeční činnosti. Podle správně detekovaných pozic vln P je možné detekovat a odlišit patologie, které současné programy používané v medicínské praxi identifikovat neumožňují (např. atrioventrikulární blok 1., 2. a 3. stupně, cestující pacemaker, Wolffův-Parkinsonův-Whiteův syndrom). Tato dizertační práce představuje novou metodu detekce vln P v záznamech EKG během fyziologické a zejména patologické srdeční činnosti. Metoda je založena na fázorové transformaci, inovativních pravidlech detekce a identifikaci možných patologií zpřesňující detekci vln P. Dalším důležitým výsledkem práce je vytvoření dvou veřejně dostupných databází záznamů EKG s obsahem patologií a anotovanými vlnami P. Dizertační práce je rozdělena na teoretickou část a soubor publikací představující příspěvek autora v oblasti detekce vlny P. Accurate software for the P wave detection, mainly in long-term monitoring, is an important part of electrocardiogram (ECG) evaluation and subsequent cardiac pathological events detection. The results of P wave detection allow us to obtain more information from the ECG records. According to the correct P wave detection, it is possible to detect and distinguish cardiac pathologies which are nowadays automatically undetectable by commonly used software in medical practice (events e.g. atrioventricular block 1st, 2nd and 3rd degree, WPW syndrome, wandering pacemaker, etc.). This thesis introduces a new method for P wave detection in ECG signals during both physiological and pathological heart function. This novel method is based on a phasor transform, innovative rules, and identification of possible pathologies that improve P wave detection. An equally important part of the work is the creation of two publicly available databases of physiological and pathological ECG records with annotated P waves. The dissertation is divided into theoretical analysis and a set of publications representing the contribution of the author in the area of P wave detection.
Keywords:
electrocardiogram; ECG analysis; QRS complex detection; P wave detection; phasor transform; pathological ECG signals; atrial fibrillation; ventricular premature contraction; ECG database; P wave annotations; elektrokardiogram; analýza EKG; detekce komplexu QRS; detekce vlny P; fázorová transformace; patologické signály EKG; fibrilace síní; komorová extrasystola; databáze EKG; anotace vln P
Available in a digital repository NRGL
Detekce P vlny v patologických signálech EKG
Důležitou součástí hodnocení elektrokardiogramu (EKG) a následné detekce srdečních patologií, zejména v dlouhodobém monitorování, je detekce vln P. Výsledky detekce vln P umožňují získat ze záznamu ...
In vivo aplikace holografické endoskopie
Tučková, Tereza; Brzobohatý,, Oto; Bouchal, Petr; Uhlířová, Hana
2023 - English
Pokrok v porozumění komplexním mozkovým funkcím závisí na schopnosti opticky dosáhnout jakékoli vybrané struktury a oblasti živého mozku se subbuněčným rozlišením při minimálním poškození tkáně. Zpřístupňování hlubších oblastí tkání rozptylujících světlo je v současnosti umožněno zejména vývojem optických endoskopických sond, například mikroendoskopy s gradientními čočkami (GRIN) a svazky optických vláken. Pokrok v metodách holografické modulace světla dosažený v poslední době přinesl jako další nadějný směr pro zobrazování s vysokým rozlišením hluboko ve tkáních použití vícevidových optických vláken (MMF) jako zobrazovacích prvků. Ve srovnání s endoskopy založenými na GRIN čočkách a svazcích optických vláken poskytují MMF nejvyšší poměr rozlišení obrazu ku tloušťce sondy a způsobují minimální poškození tkáně. Úvodní část práce poskytuje přehled o nejmodernějších technologiích hloubkového zobrazování mozku in vivo, vícevidové vláknové endoskopii a jejích principech s cílem představit související technologii. Hlavním technologickým zaměřením práce je použití digitálního mikrozrcátkového zařízení (DMD) k modulaci světla, šířící se MMF sondou. To umožňuje rychlé rastrování fluorescenčního vzorku v zobrazovací rovině za distální hranou vlákna. Byla sestrojena optická sestava využívající tohoto principu, bylo dosaženo vysoké stability a byly pečlivě vyhodnoceny zobrazovací vlastnosti. Ty byly demonstrovány na 2D a 3D fluorescenčních fantomových vzorcích. Dále jsme vyvinuli metodu zpracování obrazu, zlepšující jeho kvalitu a umožňující dosáhnout plného potenciálu difrakčně omezeného rozlišení. Použití algoritmů využívajících regularizované iterativní inverze, případně regularizované přímé pseudoinverze, zvyšuje kontrast a rozlišení obrazu. Další cestou k ex vivo a in vivo zobrazování bylo použití geneticky modifikované myši. Identifikovali jsme vhodné myší modely a ex vivo zobrazování mozku ukázalo, že snímky trpí silným fluorescenčním signálem pozadí z oblastí mimo ohniskovou rovinu. Proto se další práce zaměřila na vývoj technologie útlumu světla založené na konfokálním principu. Byla sestrojena optická sestava pro konfokální filtraci "dírkovou clonkou" s použitím speciální sondy složené z MMF s odstupňovaným indexem lomu spojeného s MMF se skokovým indexem, a druhého DMD. Během zobrazování byl fluorescenční signál shromážděný GRIN-SI-MMF sondou filtrován ve vzdáleném poli sondy, kde se pro každý skenovací ohniskový bod vytváří prstenec. Prstencovitý signál se pak oddělí pomocí masky na DMD2, čímž se také oddělí signál pocházející z ohniska od signálu vznikajícího mimo ohnisko. Na experimentech s použitím fantomového vzorku fluorescenčních mikrokuliček i fixované mozkové tkáně bylo prokázáno, že toto konfokální filtrování vede k zeslabení signálu pozadí, tedy signálu z mimoohniskových rovin, čímž se zvyšuje kontrast a rozlišení snímků. Tento princip konfokální filtrace v holografickém endoskopu byl rovněž demonstrován pomocí nové MMF sondy s bočním zobrazováním. Práce ukazuje jen kousek skládačky dlouhodobého komplexní vývoje optimálního nástroje pro hloubkové tkáňové zobrazování s vysokým rozlišením. Holografický endoskop využívající MMF byl zdokonalen tak, že může sloužit k rutinnímu několikahodinovému zobrazování biologických tkání s možností útlumu světla pocházejícího mimo ohniskovou rovinu. Endoskop byl testován při zobrazování fantomových vzorků i fixovaných plátků myšího mozku a in vivo cév až do hloubky 5 mm. The progress in understanding of complex brain function is conditioned by the ability to optically access any chosen structure and area in the living brain with minimal tissue damage and with sub-cellular resolution, The progress in accessing deeper into the light-scattering tissue stands nowadays largely on the development of optical endoscopic probes such as microendoscopes with incorporated graded index (GRIN) lenses and fibre-optic bundles. Due to recent advancements in holographic light shaping methodology, using multimode optical fibres (MMF) as imaging elements has become promising for high resolution imaging deep in the tissue. In comparison to GRIN-based endoscopes and fibre bundles endoscopes, MMFs provide the highest ratio of image resolution and probe thickness causing minimal tissue damage. This thesis first provides an overview of the current state-of-the-art in vivo deep brain imaging technology, multi-mode fibre-based endoscopy and its principles to introduce the related technology. The main technological focus of the thesis stands on using a digital micro-mirror device (DMD) to modulate light through the MMF probes. This enables fast raster scanning of the fluorescent sample at the imaging plane of the fibre distal facet. An optical setup exploiting this principle has been built, its imaging properties carefully evaluated, and high stability reached. Its imaging abilities have been demonstrated on 2D and 3D fluorescent phantom samples. Consequently, we have developed an image post-processing procedure to enhance the detected image and reach the full diffraction-limited resolution potential. Using algorithms, one based on a regularised iterative inversion and second on regularised direct pseudo-inversion, lead to enhancement of the image contrast and resolution. Further, we used genetically modified mice to move towards ex vivo and in vivo imaging. Suitable mouse models were identified and its ex vivo brain imaging showed that the images suffer from strong background fluorescent signal from out-of-focus planes. Therefore, further work focused on technological development for light attenuation based on the confocal principle. An optical setup for confocal “pinhole” filtration has been built using a custom-made probe consisting of graded-index MMF spliced at the tip of the step-index MMF and a second DMD. The fluorescent signal collected by the GRIN-SI-MMF was filtered in the probe far field where for every scanning focal point it forms an annular ring. This ring-signal, and thus also the out-of-focus signal, was then separated using a mask on DMD2. On a set of experiments using phantom sample of fluorescent microspheres and fixed brain tissue it has been demonstrated that this confocal filtering leads to attenuation of the background signal, the signal from the out-of-focus planes thus enhancing the images contrast and resolution. This principle of confocal filtering in the holographic endoscope has been also demonstrated using a novel side-view MMF probe. This work shows a piece of a puzzle in a long-term complex development of an optimal tool for deep-tissue and high-resolution imaging. The MMF-based holographic endoscope has been advanced to routine imaging of biological tissue in range of hours with the feature of out-of-focus light attenuation. The endoscope has been tested on imaging of phantom samples as well as fixed mouse brain slices and in vivo vasculature down to depth of 5 mm.
Keywords:
Holographic endoscopy; microendoscopy; optical fibre; multimode fibre; light modulator; digital micro-mirror device; transmission matrix; fluorescence imaging; computation image enhancement; mouse model; genotypization; tissue preparation; ex vivo imaging; confocal imaging; out-of-focus light suppression; in vivo imaging; Holografická endoskopie; mikroendoskopie; optické vlákno; vícevidové vlákno; modulátor světla; digitální mikro-zrcátkové zařízení; přenosová matice; fluorescenční zobrazování; výpočetní vylepšení obrazu; myší modely; genotypizace; příprava vzorku tkáně; zobrazování ex vivo; konfokální zobrazování; potlačení světla z oblastí mimo ohniskovou rovinu; zobrazování in vivo
Available in a digital repository NRGL
In vivo aplikace holografické endoskopie
Pokrok v porozumění komplexním mozkovým funkcím závisí na schopnosti opticky dosáhnout jakékoli vybrané struktury a oblasti živého mozku se subbuněčným rozlišením při minimálním poškození tkáně. ...
NRGL provides central access to information on grey literature produced in the Czech Republic in the fields of science, research and education. You can find more information about grey literature and NRGL at service web
Send your suggestions and comments to nusl@techlib.cz
Provider
Other bases