Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 5 of 7
- ItemSyntéza pyrrol-cyklodextrinových konjugátů pro tkáňové inženýrstvíLukášek, Jan; ; Stibor Ivan, prof. Ing. CSc. Skolitel : 55180Tato práce si klade za cíl připravit pokročilý materiál pro tkáňové inženýrství a především hlouběji pochopit vliv povrchové úpravy na interakci substrátu s biologickou hmotou. Tento materiál dále poslouží jako platforma pro cílovou aplikaci v oblasti regenerace nervové tkáně. Navzdory intenzivnímu výzkumu v průběhu posledních několika dekád trpí tkáňové nosiče řadou nedostatků. Jedním z nich je netečnost implantátů, které neposkytují nezbytné podněty pro stimulaci buněčného růstu. Současná analytická chemie však disponuje širokou paletou metod, které nám pomáhají pochopit základní děje probíhající při interakci biologické hmoty s povrchem materiálu. Tyto nástroje také hrají důležitou roli při designování nových tkáňových nosičů, které dnes mohou být připraveny řadou pokročilých metod. Nejen proto jsme se rozhodli zkombinovat znalosti z několika různých oblastí a vytvořit postup pro přípravu pokročilého materiálu se zajímavými vlastnostmi pro tkáňové inženýrství. Námi navržený tkáňový nosič je postaven na 3D vlákenné polymerní síti, která byla vyrobena elektrostatickým zvlákňováním. Tato technika umožňuje produkci vlákenného materiálu s variabilními mechanickými vlastnostmi, morfologií nebo stabilitou ve fyziologickém prostředí. Ačkoliv elektrostatické zvlákňování produkuje náhodně uspořádaná vlákna, tak poskytuje dobrou kontrolu nad průměrem vláken či tloušťkou vznikající vrstvy. Orientace vláken dále propůjčuje materiálu schopnost ovlivňovat směr růstu buněk.Je obecně známo, že interakce většiny typů buněk s materiálem je zprostředkována adhezními proteiny. Tyto biomolekuly jsou adsorbovány na povrchu a následně rozpoznány specifickými membránovými receptory. Záměrem našeho výzkumu je v první řadě syntéza pyrrol-cyklodextrinových derivátů, které mohou být následně deponovány na povrch zvoleného materiálu. Alternativní cestou je pokrytí vlákenného substrátu vhodným beta-substituovaným derivátem polypyrrolu, jehož funkční skupiny budou v následném kroku využity pro navázání cyklodextrinových makrocyklů. Věříme, že lipofilní kavita cyklodextrinu umožní díky slabým nevazebným interakcím s proteiny jejich přitažení k povrchu, čímž dojde k vytvoření struktury připomínající extracelulární hmotu. Tato interakce povede k adsorpci proteinů v jejich přirozené prostorové konformaci, což bude mít za následek lepší adhezi a proliferaci buněk. Povrchová vrstva vodivého polypyrrolu může být navíc využita k elektrické stimulaci růstu buněk. Očekáváme, že studium takového tkáňového nosiče přinese zajímavé informace o interakci buněk s materiálem a otevře cestu k pokročilým biologicky aktivním materiálům pro tkáňové inženýrství.
- ItemRychlé heuristické metody numerického řešení úlohy inverzní kinematikyČejka, Jan; ; Černohorský Josef, doc. Ing. Ph.D. Skolitel : 54931Při zkoumání rozsáhlých robotických soustav pro potřeby firmy ŠKODA AUTO a.s. bylvytvořen software, který je zaměřen na kontrolu robotů a robotových standardů používanýchv koncernu Volkswagen AG. Součástí je i matematická knihovna, která řeší několik základníinženýrských úloh. Jedná se o přímou a inverzní kinematickou úlohu v robotice a o řešení soustavlineárních rovnic více proměnných. Při zkoumání numerických metod v rámci programováníuvedených úloh byly vyvinuty dva zcela nové algoritmy. Jedná se o metodu relaxace úhlu, která jeurčena pro řešení soustav lineárních rovnic. Může být také nepřímo použita pro řešení inverzníkinematické úlohy v robotice. Druhý algoritmus je přímo určen pro řešení inverzní kinematické úlohyv robotice. V tomto případě se jedná o metodu relaxace délky.Metoda relaxace úhlu je diskutována z hlediska základního principu a numerických vlastnostípři výpočtu soustav lineárních rovnic. Je zkoumána rychlost konvergence, závislost na číslupodmíněnosti a schopnost řešit obecné soustavy lineárních rovnic pro různé podoby matice soustavy.V rámci jednotlivých experimentů se metoda porovnává s výsledky známých numerických metod.Ukazuje se, že metoda relaxace úhlu konverguje k výsledkům podobným jako Mooreova-Penroseovapseudoinverze i v případě singulární matice soustavy. Tato vlastnost je vhodná pro řešení inverzníkinematické úlohy v robotice, protože se při výpočtu matice soustavy dynamicky mění v závislosti napostavení kinematické struktury robota.Aby bylo možné metodu relaxace úhlu použít pro výpočet inverzní kinematické úlohyv robotice, vychází práce z přístupů, které převádí tuto problematiku do podoby soustav lineárníchrovnic. Jelikož inverzní kinematická úloha v robotice vede na soustavy nelineárních rovnic, jedná seo přístupy, které linearizují řešení ve vybraném pracovním bodě pomocí Jacobiho matice, tzn.Newtonova metoda, inverze Jacobiho matice a metoda Levenberg-Marquardt. Všechny tři přístupy jsouodzkoušeny na kinematické struktuře planárního manipulátoru a robotu KUKA KR210 R2700 EXTRA.Vzniklé soustavy lineárních rovnic jsou řešeny standardní cestou pomocí Mooreovy-Penroseovypseudoinverze a zároveň metodou relaxace úhlu. Výsledky obou přístupů jsou vyhodnocenya porovnány.Na závěr práce je diskutována metoda relaxace délky, kterou lze zařadit do skupinyheuristických metod. Metoda je popsána z hlediska jejího principu a porovnána se známýmiheuristickými metodami CCD a FABRIK.
- ItemPrediktivní řízení odezvy strany spotřeby využívající termostatické spotřebičeZemtsov, Nikita; ; Hlava Jaroslav, doc. Dr. Ing. Skolitel : 54948Charakteristickým rysem moderní energetiky je narůstající podíl výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. To přináší řadu výhod z pohledu kvality životního prostředí. Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů má však výrazně stochastický charakter a integrace většího množství takto vyrobené elektřiny do elektrizační sítě není možná, pokud nebudou vytvořeny nové metody řízení spotřeby elektřiny, nové technologie pro skladování elektrické energie a vyspělá řídicí a komunikační infrastruktura. Na straně spotřeby elektrické energie připadá významný podíl termostaticky řízeným spotřebičům. Ty jsou navíc obvykle těsně propojeny s velkými tepelně akumulačními kapacitami. Jsou proto zvláště vhodné pro řízení spotřeby elektřiny a nákladově efektivní akumulaci energie. Z této motivace vychází zaměření této disertační práce na pokročilé algoritmy pro řízení termostatických spotřebičů.Jakékoliv řízení nutně předpokládá, že existuje vhodný řídicí signál, kterým můžeme chování řízené soustavy ovlivňovat. V této práci pracujeme s nepřímým řídicím signálem: cenou elektřiny proměnnou v reálném čase. Tento koncept je používán v řadě pilotních projektů v USA i v EU. Z řady hledisek je tento koncept výhodný: zákazníci si mohou sami rozhodnout, jak na proměnnou cenu budou reagovat bez toho, že by jejich komfort byl ohrožen. Rovněž tak není nutné instalovat složitá rozhraní pro přímé ovládání spotřebičů a monitorování jejich stavu. Návrh vhodných algoritmů pro to, jak reagovat na proměnné ceny však zůstává stále do značné míry otevřeným problémem. Tato práce je zaměřena na dva aspekty tohoto problému.První část práce se zabývá problematikou řízení jednotlivých velkých termostatických spotřebičů, které reaguje na proměnnou cenu elektřiny. Tyto spotřebiče jsou zde popsány obecně jako lineární časově proměnné systémy a jejich řízení je navrženo jako lokální ekonomické prediktivní řízení. Tento ekonomický prediktivní regulátor musí vzít v úvahu časově proměnný charakter řízené soustavy. Tím, že provádí lokální ekonomickou optimalizaci, napomáhá tento regulátor udržet rovnováhu výroby a spotřeby v elektrizační soustavě. Tato část práce vznikla v rámci projektu H2020 SmartNet a jako případovou studii používá jedno z pilotních experimentálních zařízení tohoto projektu: vyhřívaný plavecký bazén. Časová proměnnost matematického modelu tohoto bazénu pramení ze změn součinitele přestupu tepla mezi vodou a vzduchem v závislosti na rychlosti větru.Druhá část práce je zaměřena na menší termostatické spotřebiče, které sice mají jednotlivě zanedbatelný příkon, mohou však hrát významnou roli, pokud je jejich větší počet sdružen dohromady. Struktura navrhovaného řídicího systému je hierarchická. Ekonomický prediktivní regulátor na vyšší rovině řízení reaguje na proměnnou cenu elektřiny a mění žádané hodnoty termostatů na nižší rovině. Cíl řízení je stejný jako v první části práce: cena provozu celé skupiny spotřebičů je minimalizována a to napomáhá udržení rovnováhy v síti. Vzhledem k velkému počtu spotřebičů však není možné, aby prediktivní regulátor pracoval s modely všech jednotlivých spotřebičů, ale bylo nutné vyvinout a ověřit sdružený model dynamiky celé skupiny. Tento model je nelineární a ekonomický prediktivní regulátor musí řešit úlohu nelineárního smíšeného celočíselného programování. Efektivita navržené strategie řízení byla prokázána pomocí simulačních experimentů.
- ItemVývoj systému pro adaptivní tlumení vibracíNečásek, Jakub; ; Márton Pavel, Ing. Ph.D. Skolitel : 61533Disertační práce se věnuje tlumení vibrací a hluku semi-aktivní metodou založenou na aktivním řízení tuhosti aktuátoru pomocí elektronického bočníku, umístěného v tlumeném systému. Tato metoda je zde stručně popsána i se základním dělením na pasivní a aktivní impedanci bočníku. V závěru popisu semi-aktivní metody jsou nastíněny možné přístupy k adaptivitě tlumení při změnách vnějších podmínek. S tímto souvisí popis rychlého impedančního analyzátoru pro adaptivní metodu založenou na přímém měření impedance aktuátoru.Hlavní část práce tvoří vývoj přesného impedančního bočníku - digitální syntetické impedance (DSI) a její následné použití. Na teoretický rozbor možných, a v literatuře publikovaných řešení, navazuje popis vývoje a vlastní konstrukce jednotlivých částí tohoto zařízení. Simulovány, změřeny a následně diskutovány jsou zde vlivy parametrů digitální části a různých topologií zapojení analogové části na přesnost a laditelnost výsledné impedance. Tuto část uzavírá představení a popis druhé verze digitální syntetické impedance (DSIv2), navržené na základě zkušeností z úprav a praktického nasazení verze první.Obě verze digitální syntetické impedance byly úspěšně aplikovány na různé experimentální systémy tlumení vibrací a hluku. Tyto systémy jsou zde popsány včetně měřicí aparatury a rozboru dosažených výsledků. Příkladem je snížení přenosu vibrací u jednodimenzionálních systémů o 19 - 23 dB, či 40dB pokles prostupu hluku v případě aktuátory vyztužené skleněné tabule. Na tomto systému byla též úspěšně testována adaptivita na změnu okolních podmínek.Závěrem práce je uveden návrh možného dalšího postupu ve vývoji zařízení, plynoucí z praktické aplikace obou verzí digitální syntetické impedance a jejich podrobného teoretického rozboru. Diskutovaná zlepšení jednotlivých částí zařízení povedou ke zkvalitnění syntetizované impedance, a tím i kvality výsledného tlumení.
- ItemRozšířené metody konečných prvků pro aproximaci singularitExner, Pavel; ; Březina Jan, doc. Mgr. Ph.D. Skolitel : 58132Tato doktorská práce je zaměřena na řešení problému proudění podzemní vody v porézním prostředí, které je ovlivněno přítomností vrtů či studní. Model proudění je sestaven na základě konceptu redukce dimenzí, který je hojně využíván při modelování rozpukaného porézního prostředí, především granitů. Vrty jsou modelovány jako 1d objekty, které protínají blok horniny. Propojení těchto domén v redukovaném modelu způsobuje singularity v řešení v okolí vrtů. Vrty i porézní médium jsou síťovány nezávisle na sobě což vede k výpočetním sítím kombinujícím elementy různých dimenzí.Jádrem doktorské práce je pak vývoj specializované metody konečných prvků pro výše popsaný model. Pro umožnění propojení sítí různých dimenzí a pro zpřesnění aproximace singularit v okolí vrtů je použita rozšířená metoda konečných prvků (XFEM), v rámci níž jsou navrženy nové typy obohacení konečně-prvkové aproximace. Metoda XFEM je nejprve aplikována v modelu pro tlak, dále je navrženo obohacení pro rychlost a metoda je použita ve smíšeném modelu, jehož řešením jsou rychlost i tlak.Doktorská práce se dále detailně věnuje numerickým aspektům v metodě XFEM, a to především adaptivním kvadraturám, volbě velikosti obohacené oblasti nebo podmíněnosti výsledného lineárního systému. Vlastnosti navržené XFEM metody a optimální konvergence jsou ověřeny na sérii numerických experimentů. Praktickým výstupem doktorské práce je implementace metody XFEM jako součásti open-source softwaru Flow123d.