No (9308)
Number of found documents:
9308
Published from
to
Softwarové nástroje pro analýzu srdeční depolarizace u pacientů se srdečním selháním
Smíšek, Radovan; Richter, Aleš; Nováková, Marie; Kolářová, Jana
2023 - Czech
Srdeční selhání je stav, kdy srdce není schopno dostatečně zásobovat organismus okysličenou krví. Srdečním selháním trpí ve vyspělém světě přibližně 2 % lidí a tento počet roste. K potlačení nebo alespoň zmírnění příznaků srdečního selhání se u pacientů s dyssynchronií srdečních komor používá tzv. srdeční resynchronizační terapie, která obnáší implantaci biventrikulárního stimulátoru. Problém je, že u 30–50 % pacientů, kterým byla tato srdeční resynchronizační terapie provedena, nenastane zlepšení. Na úspěšnost má vliv správný výběr pacientů a způsob implantace a nastavení kardiostimulátoru. V rámci disertační práce jsou navrženy metodiky a vytvořeny softwary, které usnadňují výběr pacientů vhodných pro srdeční resynchronizační terapii, umožňují vybrat správné umístění stimulační elektrody v srdci a umožňují optimalizovat nastavení kardiostimulátoru. Vytvořené softwary jsou založeny na standardních parametrech používaných v klinické praxi (šířka komplexu QRS, přítomnost blokády levého Tawarova raménka, klasifikace srdečního rytmu) a navíc také na analýze ultra-vysokofrekvenčního EKG, které poskytuje detailnější informace o aktivaci srdce než standardně používané parametry. Vytvořené softwary pomáhají pacientům v 16 nemocnicích v ČR i v zahraničí. Heart failure is a disease in which the heart cannot adequately supply the body with oxygenated blood. Approximately 2% of people in the developed world have heart failure, which is increasing. Cardiac resynchronization therapy, which involves the implantation of a biventricular pacemaker, is used in patients with ventricular dyssynchrony to suppress or at least reduce the symptoms of heart failure. The problem is that 30–50% of patients do not benefit from performed resynchronization therapy. The correct patient selection and the pacemaker implantation and set-up method influence the success rate. The thesis proposes methodologies and software to facilitate the selection of patients suitable for cardiac resynchronization therapy, select the correct pacing lead placement, and optimize pacemaker settings. The developed software is based on standard parameters used in clinical practice (QRS duration, presence of left bundle branch block, classification of heart rhythm) and, in addition, on the analysis of ultra-high-frequency ECG, which provides more detailed information on cardiac activation than the standard parameters used. The developed software helps patients in 16 hospitals in the Czech Republic and abroad.
Keywords:
srdeční selhání; srdeční resynchronizační terapie; kardiostimulace; automatické zpracování signálů; trvání komplexu QRS; blokáda levého Tawarova raménka; klasifikace srdečního rytmu; ultra-vysokofrekvenční EKG; heart failure; cardiac resynchronization therapy; cardiac pacing; automatic signal processing; QRS duration; left bundle branch block; heart rhythm classification; ultra-high-frequency ECG
Available in a digital repository NRGL
Softwarové nástroje pro analýzu srdeční depolarizace u pacientů se srdečním selháním
Srdeční selhání je stav, kdy srdce není schopno dostatečně zásobovat organismus okysličenou krví. Srdečním selháním trpí ve vyspělém světě přibližně 2 % lidí a tento počet roste. K potlačení nebo ...
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 ...
Electrochemická syntéza, charakterizace a aplikace nových typů 1D oxidických struktur přechodných kovů
Alijani, Mahnaz; Prof. Lluis F. Marsal; Tsuchiya, Hiroaki; Macák, Jan
2023 - English
Tato disertační práce představuje komplexní výzkum růstu TiO2 nanotrubicových (TNT) vrstev s vysokým poměrem délka/šířka (HAR) a jejich využití v pokročilých světelně-sensorických aplikacích. Výzkumné výstupy dosažené během tohoto doktorského studia zahrnují sérii článků, které se zabývají výzkumem syntézy a charakterizace vrstev HAR TNT na jedné straně a hodnocení výkonu těchto vrstev v různých senzorických modalitách na straně druhé. Počáteční studie se zaměřuje na anodizaci Ti fólií za účelem získání vrstev HAR TNT pomocí speciálně formulované elektrolytu obsahujícího NH4F/H2O/ethylene glycol s přídavkem mléčné kyseliny (LA). Výsledky ukazují, že regulací stáří a složení elektrolytu a použitím dostatečně vysokých potenciálů lze dosáhnout vrstev HAR TNT s vysokým poměrem délka/šířka (přibližně 450) v pozoruhodně krátkých časech anodizace ( 15 minut) ve srovnání s literaturou dostupnou před zahájením této disertační práce. Tento přístup nabízí slibnou cestu k získání robustních vrstev TNT bez dielektrického průrazu, eliminující potřebu řízení dalších procesních parametrů, jako je ohřev nebo ochlazování elektrolytu. Na základě úspěšných výsledků byla v následující práci zkoumána galvanostatická anodizace pro získání vrstev HAR TNT v elektrolytu obsahujícím LA. Bylo zjištěno, že mléčná kyselina účinně předchází dielektrickému průrazu při použití vysokých proudových hustot. Tento nález poukazuje na potenciál galvanostatické anodizace pro výrobu vrstev HAR TNT v podstatně zkrácených časech anodizace při pokojové teplotě. Navazující výzkum v disertační práci se zabývá mikrovlnnou fotoelektrickou vodivostí TNT vrstev s různou tloušťkou (15, 50, 80 a 110 m) při frekvencích X-pásma (~8 GHz) pro aplikace v senzorice a bezdrátové vesmírné komunikaci. Integrace anatasových TNT vrstev s rovinným rezonátorem se rozděleným kroužkem (SRR) umožňuje hodnocení jejich mikrovlnné fotoelektrické vodivosti. Experimentální výsledky odhalily významné variace v rezonanční amplitudě a frekvenčních odezvách TNT vrstev, přičemž TNT vrstvy o tloušťce 80 m vykazovaly nejvyšší citlivost. Byly stanoveny korelace mezi účinností fotoelektrické vodivosti, velikostí krystalitů a tloušťkou vrstev TNT, což podporuje využití optimalizovaných vrstev TNT pro co nejlepší mikrovlnného snímání. Kromě toho práce zkoumá vrstvy TNT na SRR pro detekci viditelného světla. Depozicí CdS tenkých vrstev na TNT vrstvy pomocí technologie depozice atomárních vrstev (ALD) se TNT vrstvy stávají velmi citlivé ve viditelné oblasti spektra, což umožňuje efektivní detekci UV a viditelného světla a detekci světlem indukovaných změn dielektrických vlastností TNT vrstev. Experimentální výsledky souhlasí s teoretickými modely a zdůrazňují výjimečný potenciál senzorů založených na TNT při detekci nebezpečí, monitorování znečištění, analýze materiálů a světelné komunikaci mezi satelity. Celkově tato práce poskytuje komplexní porozumění o růstu HAR TNT vrstev a jejich schopnostem pro pokročilé senzorické aplikace. Získané poznatky z tohoto výzkumu přispějí k rozvoji senzorů založených na nanomateriálech a otevírají nové možnosti jejich využití v různých odvětvích a nových technologiích. This thesis presents a comprehensive investigation of the growth of high-aspect-ratio (HAR) TiO2 nanotube (TNT) layers and their application in advanced light sensing technologies. The research outputs achieved during this Ph.D. study encompass a series of papers that collectively explore the synthesis and characterization of HAR TNT layers on one hand side, and performance evaluation of these layers in various sensing modalities on the other side. The initial study focuses on the successful anodization of Ti foil to obtain HAR TNT layers using a specially formulated electrolyte containing NH4F/H2O/ethylene glycol, with the addition of lactic acid (LA). The results demonstrate that by controlling the electrolyte age and composition, together with the application of sufficiently high potentials, HAR TNT layers with high aspect ratio (of approximately 450) can be achieved within remarkably short anodization times ( 15 minutes) compared to the literature available before the work on this thesis begun. This approach offers a promising pathway to obtain robust TNT layers without dielectric breakdown, eliminating the need for additional process control, such as heating or cooling of the electrolyte. Building up on the successful anodization results, the subsequent investigation explored the galvanostatic anodization for obtaining HAR TNT layers in an LA-containing electrolyte. It was observed that lactic acid effectively prevents dielectric breakdown when high current densities are applied. This finding highlights the potential of galvanostatic anodization to produce HAR TNT layers in significantly reduced anodization times at room temperature. Expanding the research scope, the thesis delves into the microwave photoconductivity of TNT layers with different thicknesses (15, 50, 80, and 110 m) at X-band frequencies (~8 GHz) for applications in sensing and wireless space communication. The integration of anatase TNT layers with a planar split ring resonator (SRR) microwave resonator enables the evaluation of their microwave photoconductivity performance. Experimental results revealed significant variations in the resonant amplitude and frequency responses of the TNT layers, with the 80 m thick TNT layers demonstrating the highest sensitivity. Correlations were established between the photoconductivity efficiency, crystallite size, and thickness of the TNT layers, supporting the development of optimized TNT layers for enhanced microwave sensing capabilities. Furthermore, the thesis explores TNT layers on SRR for visible light detection. By sensitizing the TNT layers to the visible spectral region through the deposition of a CdS coating using Atomic Layer Deposition (ALD), the results demonstrate effective detection of ultraviolet (UV) light, visible (VIS) light and light-induced variations in the dielectric properties of TNT layers. The experimental findings align with theoretical models and highlight the clearly outstanding potential of TNT-based sensors in hazard detection, pollution monitoring, material analysis, and light-based satellite-to-satellite communication. Overall, this thesis provides a comprehensive understanding of HAR TNT layers and their capabilities for advanced sensing applications. The knowledge gained from this research will contribute to the advancement of nanomaterial-based sensors and opens up new possibilities for their utilization in various industries and emerging technologies.
Keywords:
TiO2 nanotube layers; anodization; high aspect ratio; sensing application; UV detection.; TiO2 nanotrubicové vrstvy; anodizace; vysoký poměr stran; sensorické aplikace; detekce UV světla
Available in a digital repository NRGL
Electrochemická syntéza, charakterizace a aplikace nových typů 1D oxidických struktur přechodných kovů
Tato disertační práce představuje komplexní výzkum růstu TiO2 nanotrubicových (TNT) vrstev s vysokým poměrem délka/šířka (HAR) a jejich využití v pokročilých světelně-sensorických aplikacích. Výzkumné ...
Výzkum dynamiky laserového svařovacího procesu
Horník, Petr; Mendřický, Radomír; Šebestová, Hana; Mrňa,, Libor
2023 - Czech
Laserové svařování je moderní metoda svařování, která byla široce přijata průmyslem. S rostoucími nároky na kvalitu svarů se s výhodou uplatňuje automatizované svařování a jsou tlaky na implementaci sledování procesu svařování v souladu s konceptem Průmyslu 4.0. Tato disertační práce rozvíjí metody sledování laserového svařovacího procesu. Výsledná kvalita svaru je do značné míry ovlivněna chováním paroplynového kanálu nazývaným keyhole generovaného laserovým svazkem. Přímé pozorování Keyhole během procesu svařování je však obtížné a často se volí nepřímé metody, přičemž důraz je kladen na bezkontaktní optické metody. Nejprve je ověřeno sledování obláčku plazmatu pomocí fotodiody a následně navržen inovativní přístup detekce zpětně odraženého laserového záření pomocí kamery. Za tímto účelem je sestaven optický nástavec pro koaxiální sledování svařovacího procesu na vlnové délce laseru. Cílem této práce je shrnout možnosti detekce stavu svařovacího procesu a navrhnout variantu přijatelnou pro průmyslovou praxi. Obrazová data získaná v průběhu procesu představují distribuci intenzity odraženého laserového záření. K extrakci znaků z distribuce intenzity jsou použity metody deskriptivní statistiky a segmentace obrazu. Distribuce odraženého laserového záření je dána do souvislosti s procesními parametry, geometrií keyhole a některými svarovými vadami. Laser welding is a modern welding method that has been widely adopted by the industry. With the increasing demands on weld quality, automated welding is being applied with advantage. There are requirements to implement welding process monitoring in accordance with the concept of Industry 4.0. This thesis develops methods for laser welding process monitoring. The resulting weld quality is largely influenced by the behaviour of the vapour-gas channel called the keyhole generated by the laser beam. However, direct observation of the keyhole during the welding process is difficult and indirect methods are often chosen, with an emphasis on non-contact optical methods. First, the observation of the plasma plume using a photodiode is verified, and then an innovative approach of detecting the back-reflected laser radiation using a camera is proposed. An optical extension for monitoring the welding process coaxially at the laser wavelength is assembled for this purpose. The aim of this thesis is to summarize the possibilities of detecting the welding process status and to propose a variant acceptable for industrial application. The image data obtained during the process represent the intensity distribution of the back-reflected laser radiation. Descriptive statistics and image segmentation methods are used to extract features from the intensity distribution. The distribution of back-reflected laser radiation is related to process parameters, keyhole geometry and some weld defects.
Keywords:
laserové svařování; vizualizace svařovacího procesu; zpětně odražené laserové záření; fotodioda; kamera; zpracování obrazu; laser welding; welding process visualization; back-reflected laser radiation; photodiode; camera; image processing
Available in a digital repository NRGL
Výzkum dynamiky laserového svařovacího procesu
Laserové svařování je moderní metoda svařování, která byla široce přijata průmyslem. S rostoucími nároky na kvalitu svarů se s výhodou uplatňuje automatizované svařování a jsou tlaky na implementaci ...
Paralelismus v číslicovém zpracování signálů
Mego, Roman; Wyrzykowski, Roman; Vágnerová, Jitka; Frýza, Tomáš
2023 - English
Dizertační práce je zaměřena na systémy pro číslicové zpracování signálů, jejich architekturu a možnosti vývoje softwaru. Text pojednává o základním rozdělení počítačových systémů z hlediska paralelního zpracování dat. Rovněž demonstruje chování nízkoúrovňových a vysokoúrovňových programovacích jazyků na vícejadrovém signálovém procesoru založeném na architektuře VLIW. Cílem dizertační práce je vytvořit nástroj, který může být použitý při implementaci DSP algoritmů na VLIW procesory s efektivností nízkoúrovňových programovacích jazyků, ale s výhodami vysokoúrovňových programovacích jazyků. Výsledkem je software, který využívá pro popis algoritmů graf signálových toků a generuje kód v jazyce symbolických adres. The doctoral thesis is focused on the systems for digital signal processing, its architecture and possibilities of software development. The text discussed the basic classification of computer systems from the view of parallel processing. It also demonstrates the behavior of the low-level and high-level programming languages on the multicore digital signal processors based on VLIW architecture. The aim of the dissertation thesis is to develop a tool that can be used to implement any DSP algorithm on the any VLIW processor with efficiency of the low-level programming languages, but with the advantages of the highlevel programming languages. Result is the software that uses a signal-flow graph approach to describe an algorithm, and generates the low-level assembly code.
Keywords:
digital signal processing; VLIW architecture; software development; signal-flow graph; digitální zpracování signálů; VLIW architektura; vývoj softwaru; graf signálových toků
Available in a digital repository NRGL
Paralelismus v číslicovém zpracování signálů
Dizertační práce je zaměřena na systémy pro číslicové zpracování signálů, jejich architekturu a možnosti vývoje softwaru. Text pojednává o základním rozdělení počítačových systémů z hlediska ...
Umělé uspořádané soubory magnetických nanostruktur
Schánilec, Vojtěch; Mougin, Alexandra; Carrey, Julian; Šikola, Tomáš
2023 - English
Uměle vytvořená dvourozměrná pole interagujících nanomagnetů jsou mocným hřištěm pro zkoumání fyziky mřížkových spinových modelů. Tyto umělé spinové systémy byly navrženy tak, aby napodobovaly chování frustrovaných pyrochlorových krystalů. Zdokonalení nanofabrikačních technik nám umožňuje vyrobit jakýkoli požadovaný umělý systém v laboratorně kontrolovaném prostředí. Díky tomu lze vyrábět umělé simulátory hmoty a používat je k pokročilejšímu studiu požadovaných jevů. Výhodou použití nanomagnetických objektů jako stavebních kamenů umělých mřížek je, že malé magnetické struktury lze efektivně považovat za obří klasické Isingovy spiny. Proto transformují problém frustrovaných spinů v pyrochlorových krystalech do takových rozměrů, aby bylo možné systém studovat pomocí zobrazovacích technik reálného prostoru. Pomocí zobrazovacích technik, jako je mikroskopie magnetických sil, lze uspořádání každého Isingova makrospinu vizualizovat v reálném prostoru. To nám umožní podívat se nejen na globální vlastnost systému jako celku, ale také na to, jak jsou realizovány lokální interakce. Schopnost vyrobit umělé systémy zachycující požadovaný fyzikální jev a porovnat jej s~reálným přírodním protějškem ukazuje naše porozumění problému. Může také nabídnout chybějící část informací. Existují vlastnosti systémů, které nejsou zakódovány v teoretických Hamiltoniánech popisujících systémy, ale přesto jsou systému vlastní. Takové vlastnosti se zdánlivě objevují odnikud a díky umělým systémům a schopnosti tyto systémy vizualizovat můžeme takové vlastnosti analyzovat. Tato práce se zaměřuje na studium dvou typů systémů: kagome a čtvercových dipolárních spinových systémů. Oba tyto systémy jsou výsledkem projekcí trojrozměrných pyrochlorových krystalů do roviny. Oba navíc vykazují poměrně neobvyklé chování, které je třeba teprve změřit v reálném prostoru ve velkých měřítcích. Dipolární kagome spinový systém má nízkoenergetickou fázi zvanou \textit{spinová kapalina 2}. Spiny v této fázi jsou uspořádané a neuspořádané současně, což je jedinečná vlastnost systému, která nemá obdoby. Na druhé straně, čtvercový spinový systém je dokonalým hřištěm pro studium exotické fyziky spinových kapalin, Columbovy fáze a chování kvazičástic podobných magnetickým monopólům. Obvyklý přístup při výrobě umělých spinových systémů spočívá v jejich sestavení z jedno-doménových nanomagnetů, které interagují prostřednictvím dipolárních interakcí dlouhého dosahu. Systémy se proto snaží minimalizovat interakce mezi všemi páry Isingových makro-spinů. Ústřední myšlenkou této práce je však propojení všech nanomagnetů do jedné makromřížky, a tedy zavedení mikromagnetických efektů do systémů. Magnetizace se snaží uspokojit mikromagnetické energie v místě spojů. Proto účinně nahrazujeme spinový stupeň volnosti mikromagnetickým regulátorem, který lze použít k vyladění energie každého spoje zavedením speciálně navržených topologických defektů. Přestože oba systémy jsou předmětem zájmu výzkumníků již téměř dvacet let, věříme, že naše modifikace otevírají bránu ke zkoumání exotické fyziky, kterou je třeba teprve odhalit. Two-dimensional artificial arrays of interacting nanomagnets are a powerful playground for probing the physics of the lattice spin models. Artificially designed spin systems were introduced to mimic the behaviour of the frustrated pyrochlore crystals. Recent improvement in nano-fabrication techniques allows us to fabricate any desired artificial system in the lab control environment. Therefore artificial simulators of the matter can be produced and used for more advanced study of the desired phenomenons. The advantage of using nanomagnetic objects as building blocks of artificial lattices is that small magnetic structures can effectively be considered giant classical Ising spins. Therefore elevating the problem of frustrated spins in pyrochlore crystals into such dimensions so the system can be studied with real space imaging techniques. With imaging techniques such as magnetic force microscopy, the ordering of each Ising macrospin can be visualised in real space, enabling us to look not only at the global property of the system as a whole but to see how local interactions are accommodated. Being able to fabricate artificial systems capturing the desired physics and comparing it to the real nature counterpart measures our understanding of the problem. It can also offer a missing piece of information. Furthermore, there are properties of the systems which are emergent and not encoded in the theoretical Hamiltonians describing the systems. Such properties seem to come out of nowhere, and with artificial systems and the ability to visualise these systems, we can analyse such properties. This thesis focus on studying two types of systems: kagome and square dipolar spin systems. Both these systems are the results of the projections of the three-dimensional pyrochlore crystals into a plane. Moreover, both systems exhibit rather unusual behaviour, which is still to be measured on a large scale in real space. The dipolar kagome spin system has a low energy phase called spin liquid 2, which hosts unusual spin behaviour. The spins in this phase are ordered and disordered simultaneously, a unique emergent property of the system with no equivalent. On the other hand, the square spin system is a perfect playground for studying the exotic physics of spin liquids, the Columb phase, and the behaviour of magnetic monopole-like quasi-particles. The usual approach when fabricating artificial spin systems is to build them up out of single-domain nanomagnets which interact via long-range dipolar interactions. Therefore the systems try to minimise the interactions between all pairs of the Ising macrospins. However, the central idea of this thesis is to connect all the nanomagnets into one macro lattice, therefore introducing the micromagnetic effects into the systems. Magnetisation tries to satisfy the micromagnetic energies at the vertex site. Hence, we effectively replace the spin degree of freedom with a micromagnetic knob which can be used to tune each vertex's energy by introducing specially designed topological defects. Even though both systems have been the focus of researchers for almost twenty years, we believe that our modifications open a gateway to fully accessing the exotic physic yet to uncover.
Keywords:
Artificial spin systems; geometrical frustration; micromagnetism; kagome dipolar spin system; square spin system; Umělé vytvořené spinové systémy; geometrická frustrace; mikromagnetismus; dipolární kagome spinový systém; čtvercový spinový systém
Available in a digital repository NRGL
Umělé uspořádané soubory magnetických nanostruktur
Uměle vytvořená dvourozměrná pole interagujících nanomagnetů jsou mocným hřištěm pro zkoumání fyziky mřížkových spinových modelů. Tyto umělé spinové systémy byly navrženy tak, aby napodobovaly chování ...
Využití kapilární elektroforézy v analýze suchých krevních skvrn
Ryšavá, Lenka; Tůma,, Petr; Petr,, Jan; Kubáň, Pavel
2023 - Czech
Krevní vzorky jsou standardně analyzovány ve formě plazmy nebo séra. Jako alternativa pro vzorkování a skladování krve se stále častěji uplatňují suché krevní skvrny (DBS). V předložené disertační práci jsou DBS zpracovány a analyzovány kapilární elektroforézou (CE), která byla v minulosti pro analýzu DBS využívána velmi zřídka. Nicméně CE nabízí mnohé výhody, dané vývojem této techniky v poslední době, kterými standardní analytické metody nedisponují. Přímé spojení CE s mikroextrakčními technikami a simultánní stanovení analytů přítomných v komplexních matricích vede k minimalizaci nebo eliminaci nedostatků DBS analýz jako jsou například vliv matrice, vliv hematokritu a nehomogenní distribuce analytů v DBS. V nejjednodušším možném uspořádání je dosaženo úpravy, dávkování a analýzy DBS vzorků výhradně komerční CE. Vývojem nových plně rozpustných vzorkovacích materiálů pro DBS je dosaženo lepších extrakčních vlastností a kvantitativních výsledků. Vyvinuté postupy zahrnují nové metody pro účinnou úpravu DBS vzorků a jejich přímou analýzu bez nutnosti zásahu operátora a dosahují dostatečnou selektivitu a citlivost pro stanovení významných analytů nejenom v DBS, ale i v dalších vzorcích se složitými matricemi. Blood samples are normally analyzed in the form of plasma or serum. As an alternative for blood sampling and storage, dry blood spots (DBS) have been increasingly used in recent years. In the actual dissertation thesis, DBS are processed and analyzed by capillary electrophoresis (CE), which has been very rarely used for DBS analysis in the past. However, CE offers several features, given by the recent development of this technique, not available for standard analytical methods. Direct coupling of microextraction techniques to CE and simultaneous determination of analytes present in complex matrices leads to minimization or elimination of deficiencies in DBS analysis, for example the effect of sample matrix, hematocrit effect, and inhomogeneous distribution of analytes in DBS. In the simplest possible arrangement, sample treatment, injection, and analysis of DBS samples are achieved exclusively by a single commercial CE instrument. Application of newly developed fully soluble materials for DBS sampling offers better extraction efficiency and more accurate quantitation. The developed concepts include new methods for efficient treatment of DBS samples and their direct analysis without the need for operator intervention and they provide sufficient selectivity and sensitivity for the determination of important analytes not only in DBSs but also in other complex samples.
Keywords:
Suché krevní skvrny; Kapilární elektroforéza; Přímé spojení; Aminokyseliny; Acidická a bazická léčiva; Mikroextrakční techniky; Rozpustné polymerní pěny.; Dried blood spots; Capillary electrophoresis; In-line coupling; Amino acids; Acidic and basic drugs; Microextraction techniques; Soluble polymer foams.
Available in a digital repository NRGL
Využití kapilární elektroforézy v analýze suchých krevních skvrn
Krevní vzorky jsou standardně analyzovány ve formě plazmy nebo séra. Jako alternativa pro vzorkování a skladování krve se stále častěji uplatňují suché krevní skvrny (DBS). V předložené disertační ...
Výpočet lokálních modelů kvazigeoidu z heterogenních dat
Kratochvíl, Richard; Kostelecký,, Jakub; Weigel, Josef; Kratochvíl,, Vlastimil; Machotka, Radovan
2023 - Czech
Cílem této práce bylo zhodnotit, zda je možné nahradit gravimetrická data topografickými při výpočtu modelů kvazigeoidu pomocí astrogeodetické nivelace. Gravimetrická data nejsou ve vybraných oblastech dostatečně kvalitní, proto by jejich nahrazení přineslo v praxi zvýšení přesnosti získaných modelů. Pro účely této práce byl vytvořen výpočetní program PRVAK, který usnadňuje výpočet modelu kvazigeoidu astrogeodetickou nivelací. Modely kvazigeoidu lze počítat na profilu nebo v ploše podmínkovým vyrovnáním z měřených astrogeodetických tížnicových odchylek nebo jejich kombinací s topografickými tížnicovými odchylkami. Dále byla vybudována síť Dolní Morava, kde na 34 bodech byly určeny astrogeodetické tížnicové odchylky. Porovnání dat bylo testováno na třech lokalitách, kde byly vypočteny modely kvazigeoidu astrogeodetickou a astrotopografickou nivelací a porovnány s referenčními daty. Na profilu Velká Bíteš – Brno – Uherské hradiště byly vypočtené modely porovnávány s gravimetrickým modelem vypočteným Výzkumným ústavem geodetickým, kartografickým a topografickým. Střední chyba diferencí mezi referenčním modelem a modely vypočtenými v této práci se při použití astrotopografické nivelace snížila přibližně o 38 % oproti astrogeodetické nivelaci. U plošných modelů kvazigeoidu v lokalitách Dolní Morava a Brno bylo možné porovnat vnitřní přesnost těchto modelů. Při použití astrotopografické nivelace bylo zjištěno snížení hodnot středních chyb vyrovnaných výškových anomálií o 40 % v lokalitě Dolní Morava a o 25 % v lokalitě Brno oproti astrogeodetické nivelaci. V obou lokalitách byl jako referenční model pro posouzení vnější přesnosti zvolen model kvazigeoidu QGZÚ-2013. Přínos astrotopografické nivelace pro zlepšení vnější přesnosti se nepodařilo prokázat, protože vypočtené modely kvazigeoidu mají obdobnou přesnost jako referenční model. Metody a techniky dostupné v současnosti tedy zřejmě neumožňují další významné zpřesnění. The goal of this thesis was to evaluate whether it is possible to replace gravimetric data with topographic ones for calculating quasigeoid models using astrogeodetic levelling. Gravimetric data are not of sufficient quality in selected areas, hence their replacement can increase the accuracy of obtained models. The computational program PRVAK was created. It facilitates the calculation of the quasigeoid model by astrogeodetic levelling, the models can be calculated on a profile or in an area by least square adjustment of conditional observations from astrogeodetic deflections of the vertical or their combination with topographic ones. Furthermore, the Dolní Morava network was built, with astrogeodetic deflections of the vertical determined at 34 points. The data comparisons were tested at three localities, where quasigeoid models were calculated by astrogeodetic and astrotopographic levelling and compared with reference data. On the profile Velká Bíteš – Brno – Uherské Hradiště, the calculated models were compared with the gravimetric model calculated by Research Institute of Geodesy, Cartography and Topography. The standard deviation of the differences between the reference model and the models calculated in this work was reduced using astrotopographic levelling by approximately 38 % compared to astrogeodetic levelling. For area models of quasigeoid in the localities of Dolní Morava and Brno, it was possible to compare the internal accuracy of these models. When using astrotopographic levelling, values of standard deviation of height anomalies were reduced by 40 % in Dolní Morava locality and 25 % in Brno locality compared to astrogeodetic levelling. In both localities, the quasigeoid QGZÚ-2013 was chosen as a reference model for comparison of external accuracy. The contribution of astrogeodetic levelling to the improvement of external accuracy could not be demonstrated because the calculated models of quasigeoid have similar accuracy as the reference model.
Keywords:
kvazigeoid; vyrovnání podmínkových měření; tížnicové odchylky; digitální model reliéfu (DMR); quasigeoid; least square adjustment of conditional observations; deflections of the vertical; digital terrain model (DTM)
Available in a digital repository NRGL
Výpočet lokálních modelů kvazigeoidu z heterogenních dat
Cílem této práce bylo zhodnotit, zda je možné nahradit gravimetrická data topografickými při výpočtu modelů kvazigeoidu pomocí astrogeodetické nivelace. Gravimetrická data nejsou ve vybraných ...
Implementace prvků pasivní bezpečnosti do záchranných systémů malých letounů
Hájek, Tomáš; Slavík,, Svatomír; Návrat, Tomáš; Jebáček, Ivo
2023 - Czech
Práce je řešena v kontextu neustálé snahy zvyšování bezpečnosti v osobní letecké dopravě. Práce se zaměřuje zejména na malé letectví, souhrnně označované anglickým termínem General Aviation. Cílem této práce je zhodnotit proveditelnost implementace prvku pasivní bezpečnosti v podobě podtrupového airbagu do záchranného systému malých letadel. Implementace takového prvku pomůže snížit zatížení přenášené na posádku během přistání na záchranném padáku a efektivně snížit minimální výšku použití balistického záchranného systému. Jedná se o nové, aktuální řešení, které nemá ve své kategorii obdoby. Práce představuje teoretický rámec pro řešení problému tlumení nárazu pomocí airbagu v podobě matematického modelu. Následně je v práci představena validace matematického modelu založená na souboru experimentálních dat, která byla k tomuto účelu získána. Teoretická i praktická část práce se také zabývá prvky ovlivňujícími výkony airbagu, konkrétně aktivně řízeným větracím otvorem. Poslední část práce provádí praktický návrh implementace podtrupového airbagu do záchranného systému konkrétního letadla z pohledu velikosti, umístění, aktivace a plnění airbagu. Navržený systém je schopen utlumit náraz letadla z rychlosti 15 ms-1, čímž snižuje výšku použití o 10 %. Hmotnost nově navrženého systému je rovna 5 % z celkové vzletové hmotnosti. Přínos práce spočívá ve spojení dvou oborů bezpečnosti, padákových záchranných zařízení a absorbérů energie, které doposud v této kategorii nebyly řešeny, s jasným výsledkem zvýšení ochrany posádek malých letadel vybavených balistickým záchranným zařízením. The thesis is developed in the context of the continuous improvement of safety in personal aviation. The work focuses mainly on small aircrafts, collectively referred to as General Aviation. This thesis aims to evaluate the feasibility of implementing a passive safety feature in the form of an under-fuselage airbag in the rescue systems of small aircraft. The implementation of such a feature will help to reduce the loads transferred to the crew during a rescue parachute landing and effectively reduce the minimum altitude of the ballistic rescue system. This is a new state-of-the-art solution that is unparalleled in its category. The thesis presents a theoretical framework for solving the problem of shock absorption by airbags in the form of a mathematical model. Subsequently, the thesis presents the validation of the mathematical model based on a set of experimental data obtained for this purpose. The theoretical and practical part of the thesis then deals with the elements that influence the airbag performance, namely actively controlled air vent. The last part of the thesis performs a practical design of the implementation of the under-fuselage airbag in the rescue system of a given aircraft in terms of size, location, activation and filling of the airbag. The proposed system is capable of attenuating the impact of the aircraft from a speed of 15 ms-1, thus reducing the application altitude by 10 %. The weight of the newly designed system is equal to 5 % of the total take-off weight. The contribution of the work lies in the combination of two fields of safety that have not been addressed in this category so far, with the distinct result of improving the safety of small aircraft equipped with a ballistic rescue system.
Keywords:
Záchranný systém; podtrupový airbag; všeobecné letectví; pasivní bezpečnost.; Recovery system; under fusalage airbag; General Aviation; Passive safety.
Available in a digital repository NRGL
Implementace prvků pasivní bezpečnosti do záchranných systémů malých letounů
Práce je řešena v kontextu neustálé snahy zvyšování bezpečnosti v osobní letecké dopravě. Práce se zaměřuje zejména na malé letectví, souhrnně označované anglickým termínem General Aviation. Cílem ...
Využití konvolučních neuronových sítí pro predikci finančního selhání podniků
Šebestová, Monika; Chramcov, Bronislav; Lenort, Radim; Režňáková, Mária; Dostál, Petr
2023 - Czech
Dizertační práce se zabývá využitím konvolučních neuronových sítí pro predikci finančního selhání podniků. Při zpracování literární rešerše byla použita bibliometrická analýza, která umožnila lepší orientaci ve vědeckých pracích zaměřených na metody a přístupy využívané v minulosti pro predikci finančního selhání podniků. Na základě získaných poznatků byl navržen model hlubokého učení s architekturou GoogLeNet, jehož vstupy tvoří finanční a makroekonomické ukazatele podniků. Modelování bylo založeno na metodě transfer learning (přenosové učení), při které je možné doladit parametry předem vytvořených sítí a urychlit tak proces učení konvoluční neuronové sítě. Výchozí soubor finančních a makroekonomických ukazatelů byl sestaven z proměnných, které byly ve vědeckých pracích nejčastěji používány v modelech predikce selhání podniků. Pro konkrétní výběr ukazatelů, z nichž je model sestaven, byly použity vhodné statistické metody. Vzhledem k tomu, že konvoluční neuronové sítě pracují nejlépe se zpracováním obrazu, byly kvantitativní hodnoty vstupní ukazatelů graficky interpretovány a zkoumáno, který typ grafického zpracování je nejvhodnější pro predikci selhání firem. Z důvodu existence nevyváženého datového souboru byl v práci analyzován vliv metody SMOTE na přesnost predikce modelu. Metoda byla použita pro navýšení počtu vzorků minoritní třídy podniků. Při modelování predikce finančního selhání bylo navrženo a testováno několik variant modelů, které se lišily podobou vstupních dat. Bylo testováno, jakým způsobem ovlivní přesnost predikce odstranění odlehlých hodnot z datového souboru, časový okamžik, ze kterého data pocházejí nebo metoda výběru prediktorů. Na výsledném modelu byly dále doladěny parametry tak, aby byl schopen klasifikovat podniky z nových reálných dat. Z provedeného výzkumu vyplynulo, že s použitím správného typu grafického zpracování vstupních dat, techniky SMOTE a vhodným nastavením parametrů, dokáží konvoluční neuronové sítě s vysokou přesností předpovídat finanční selhání podniků. The doctoral thesis deals with the use of convolutional neural networks for predicting the financial failure of companies. A bibliometric analysis was used during the processing of the literature review, which enabled a better orientation in scientific works oriented to the methods and approaches used in the past to predict the financial failure of companies. On the basis of the obtained knowledge, a deep learning model based on the GoogLeNet architecture was proposed, with inputs consisting of financial and macroeconomic indicators of companies. The modeling was based on the transfer learning method, in which it is possible to fine-tune the parameters of the pre-established networks to accelerate the learning process of the convolutional neural network. The initial set of financial and macroeconomic indicators was compiled from the variables that were most often used in business failure prediction models in scientific papers. Appropriate statistical methods were used for the specific selection of indicators from which the model is built. Since convolutional neural networks work best with image processing, the quantitative values of the input indicators were graphically interpreted and it was investigated which type of graphical processing is most suitable for predicting the failure of companies. Due to the existence of an unbalanced data set, the effect of the SMOTE method on the accuracy of the model's prediction was analyzed in the thesis. The method was used to increase the number of samples of the minority class of firms. To model the prediction of financial default, several variants of models were proposed, which differed in the form of input data. It was tested how the removal of outliers from the data set, the point in time from which the data come or the method of predictor selection will affect the accuracy of the prediction. The parameters of the resulting model were further fine-tuned so that it was able to classify businesses from new real data. The research conducted showed that using the right type of graphical processing of input data, SMOTE technique and appropriate parameter settings, convolutional neural networks can predict the financial failure of companies with high accuracy.
Keywords:
finanční selhání; bankrot; predikce; finanční ukazatele; hluboké učení; modelování; konvoluční neuronové sítě; přenosové učení; SMOTE; financial default; bankruptcy; prediction; financial ratios; deep learning; modeling; convolutional neural networks; transfer learning; SMOTE
Available in a digital repository NRGL
Využití konvolučních neuronových sítí pro predikci finančního selhání podniků
Dizertační práce se zabývá využitím konvolučních neuronových sítí pro predikci finančního selhání podniků. Při zpracování literární rešerše byla použita bibliometrická analýza, která umožnila lepší ...
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