Prezenční studium

4 roky

doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Předseda :
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Lubomír Brančík, CSc.
doc. RNDr. Martin Kovár, Ph.D.
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.
doc. RNDr. Dana Hliněná, Ph.D.
Člen externí :
prof. RNDr. Martin Knor, Ph.D.
prof. RNDr. Ondřej Kalenda, Ph.D.
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc.
prof. Ing. Jan Macháč, DrSc.

Doktorský studijní program "Theoretical Electrical Engineering" je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v různých oblastech teoretické elektrotechniky. Zejména v teorii a aplikacích elektromagnetismu, elektrických obvodů, v metodách elektro/magnetických měření a metodách zpracování signálů. Příprava je podpořena poskytnutím znalostí v souvisejících matematických disciplínách, jakými jsou problematika stochastických procesů a statistických metod vyšetřování zkoumaných systémů, analýza systémů pomocí funkcionálních rovnic, návrh multikriteriálních optimalizačních metod, numerických metod řešení spojitých a diskrétních dynamických systémů a dalších. Cílem programu je poskytnout ve všech těchto dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia, prohloubit jejich teoretické znalosti a rozvíjet spojené praktické odborné dovednosti a naučit je metodám vědecké práce.

Absolventi doktorského studia v programu "Theoretical Electrical Engineering" umí řešit vědecké a složité technické inovační úlohy v oblasti elektrotechniky. A to v teoretické rovině a také při jejím praktickém nasazení ve výzkumu, vývoji a výrobě. Pro řešení technických výzkumných a vývojových úloh jsou vybaveni komplexními znalostmi z teorie a aplikací elektromagnetického pole, elektrických obvodů, metod měření veličin a zpracování signálů a jejich fyzikálním a matematickým popisem. Jsou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní, měřicí a diagnostickou techniku.
Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání, odborným praktickým dovednostem a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté a řídící pracovníci v oblasti obecné elektrotechniky. Uplatní se jako vědečtí, výzkumní a řídící pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci a vedoucí týmů vývoje, konstrukce a provozu ve výzkumných a vývojových institucích a elektrotechnických a elektronických výrobních společnostech působících v oblasti pokročilých technologií.

Specialisté a řídící pracovníci v oblasti obecné elektrotechniky, vědečtí, výzkumní a řídící pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, specializovaní odborníci a vedoucí týmů vývoje, konstrukce a provozu ve výzkumných a vývojových institucích a elektrotechnických a elektronických výrobních společnostech působících v oblasti pokročilých technologií

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění.
Student si zapíše a vykoná zkoušky z povinných předmětů Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemi a Zkouška z angličtiny před státní doktorskou zkoušku, minimálně dvou povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, a dále minimálně dvou volitelných předmětů (Angličtina pro doktorandy, Řešení inovačních zadání, Vědecké publikování od A do Z, Citování ve vědecké praxi).
Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat.
Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti elektrotechniky, elektromagnetismu, teorie obvodů, metod měření elektrických a jiných fyzikálních veličin, zpracování a analýzy signálů a matematického modelování technických procesů. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertačním práce se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účasti na mezinárodním tvůrčím projektu.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení.
Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce.
Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka.
Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce.
Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.

1. Agregační operátory ve fuzzy logice

   Fuzzy logika je forma vícehodnotové logiky, která má bohaté uplatnění v mnoha vědných a praktických oborech. Modelování reálních situací vyžaduje použití fuzzy logických spojek. Modelování těchto spojek se často realizuje pomocí agregačních operátorů. Konstrukce a vlastnosti agregačních operátorů budou hlavní náplní dizertační práce.

   Školitel: Hliněná Dana, doc. RNDr., Ph.D.

2. Algebraické hyperstruktury v autonomním řízení

   Cílem disertace je zkoumat možnosti využití algebraické teorie hyperstruktur pro řízení autonomních vozidel a řešení dopravních situací. Předpokládá se využití hrubých množin, zobecnění teorie automatů a dalších algebraických nástrojů umožňujících modelování situací využívajících aspektů mnohoznačnosti výsledků algebraických operací a jejich přibližného vyjádření.

   Školitel: Novák Michal, doc. RNDr., Ph.D.

3. Analýza metod pro rekonstrukci obrazu v EIT

   Cílem práce je analýza matematických modelů pro rekonstrukci obrazu elektrické impedanční tomografie z pohledu aplikovatelnosti na jednotlivé inženýrské obory (chemický průmysl, geologie, materiálové inženýrství a diagnostika, apod.). Výstupem práce bude teoretický rozbor a optimalizace limitujících faktorů metod při řešení vybraných technických úloh včetně vyhodnocení nejistot měření (měrná konduktivita a poloha nehomogenit), výpočetní náročnosti, apod. Konkrétně bude práce zaměřena např. na a) optimalizaci parametrů matematického modelu s ohledem na skutečné parametry fyzikálního modelu, b) metody regularizace, c) metody zpracování obrazu (segmentace nehomogenity), d) metody adaptivního síťování podle průběžných výsledků rekonstrukce.

   Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

4. Aplikace vysoce dvojlomných optických vláken pro snímání fyzikálních veličin

   Moderní typy optických vláken umožňují aplikace optovláknových snímačů v oblastech, kde klasické snímače nelze jednoduše použít. Příkladem je snímání elektrických proudů nebo magnetických polí, které mohou dosahovat extrémních hodnot nebo snímání v prostředí, kde silně působí nežádoucí vlivy. Pro potlačení nežádoucího působení vnějších vlivů je možné použít speciální typy vláken s výrazným dvojlomem. Ty potenciálně umožňují konstrukci robustních snímačů s minimalizovanou citlivostí na vnější vlivy. Disertační práce bude zaměřena na výzkum a vývoj metod snímání elektromagnetických veličin s využitím vysoce dvojlomných vláken.

   Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

5. Detekce a klasifikace pohybujících se objektů

   Práce je zaměřena na testování a vývoj algoritmů pro detekci pohybujících se objektů. Tyto algoritmy by měly umět detekovat a rozpoznat vybrané typy objektů, které by se mohly objevit v prostorách se zvýšenou mírou bezpečnosti, jako jsou například letiště, jaderné elektrárny a muniční sklady. Na základě detekovaného nežádoucího typu letícího tělesa bude potřeba navrhnout možnosti jeho zneškodnění.

   Školitel: Marcoň Petr, doc. Ing., Ph.D.

6. Detekce materiálů s využitím principu nukleární kvadrupólové rezonance

   Disertační práce je zaměřena na vývoj technik pro detekci různých materiálů (zejména na bázi N a Cl) s využitím nukleární kvadrupólové resonance. Aktuálně se tato metoda jeví jako velmi perspektivní pro oblast detekce a klasifikace výbušnin, léků a drog. Problematika buzení jader a následného snímání signálu rezonujících jader s možností přelaďování je relativně složitou úlohou jak z pohledu nároků na signálovou cestu, tak z hlediska konstrukce budicího obvodu. Vzhledem k malé úrovni signálu rezonujících jader a krátkým relaxacím je nutné vyřešit celou řadu technických problémů. Problematika je do značné míry mezioborová.

   Školitel: Steinbauer Miloslav, doc. Ing., Ph.D.

7. Elektrická měření v plazmatu

   Plazma vysokofrekvenčního výboje vytváří celou řadu zajímavých elektrických jevů díky interakci záporných a kladných nábojů o významně rozdílných hmotnostech. Na druhou stranu, elektrická měření nám mohou poskytnout mnoho informací o plazmových procesech. Cílem tohoto PhD projektu je prozkoumat plazma elektrických výbojů využívaných v pokročilých technologických aplikacích přípravy nanomateriálů nebo biomateriálů. Výběr metod měření závisí na typu výboje. Měření vysokofrekvenčního proudu a napětí je základním a pohodlným nástrojem ke sledování relevantních vlastností plazmatu. To však vyžaduje vhodné modely, které dají do souvislosti elektrické měření a fyzikální vlastnosti jako hustota, toky a energie elektronů a iontů. Langmuirova sonda a analyzátor se zpoždujícím polem jsou další způsoby elektrického měření, které poskytují informace o elektronech a iontech v plazmatu. Mohou být použity v nízkotlakých výbojích. Fascinující, ale stále málo vysvětlený, je výskyt vyšších harmonických frekvencí, které jsou detekovatelné bud měřením v obvodu elektrického výboje nebo pomocí antén. Nelineární chování plazmatu souvisí např. s vytvářením prachových částic (nanočástic), ale preciznější korelace s plazmovými procesy vyžaduje další výzkum.

   Školitel: Zajíčková Lenka, doc. Mgr., Ph.D.

8. Modelování a rekonstrukce obrazu v EIT pomocí prvků umělé inteligence a strojového učení

   Cílem disertační práce je tvorba modelu pro rekonstrukci obrazu v elektrické impedanční tomografii s využitím prvků strojového učení a umělé inteligence. Výstupem práce bude funkční model a dostatečně velká sada dat pro učení takových systémů k rozpoznávání nehomogenit elektrické impedance uvnitř neznámého prostředí. Předpokládá se také tvorba laboratorního modelu tomografu pro získání skutečných dat k rekonstrukci měrné vodivosti a případně optimalizace navržených metod pro navazující aplikovaný výzkum řešený na UTEE.

   Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

9. Multispektrální zobrazování rostlin

   Cílem práce je výzkum a testování metod pro vyhodnocení snímků z multispektrální kamery. Součástí práce je sběr velkého množství dat pomocí bezpilotního letounu a také návrh vhodných metod pro zpracování obrazů, které budou využity pro korelaci s laboratorními vzorky snímaných rostlin. Výsledkem by měly být mimo jiné příslušné aplikační mapy.

   Školitel: Marcoň Petr, doc. Ing., Ph.D.

10. Numerické metody řešení frakcionálních kontrolních systémů

    Cílem disertace je modifikace numerické semi-analytické metody založené na Adomianově dekompoziční metodě a integrálních transformací pro řešení počátečních úloh frakcionálních kontrolních systémů ve smyslu Caputovy frakcionální derivace. Rovněž bude vyšetřována konvergenční analýza navržené metody.

    Školitel: Šmarda Zdeněk, doc. RNDr., CSc.

11. Obecná řešení slabě zpožděných lineárních diferenciálních systémů

    Cílem bude odvodit explicitní vzorce pro obecné řešení slabě zpožděných lineárních diferenciálních systémů, ukázat jejich případnou redukci na lineární systémy obyčejných diferenciálních rovnic a dokázat výsledky o podmíněné stabilitě. K získání výsledků budou použity různé matematické nástroje, jedním z nich bude Laplaceova transformace. Prvotní literaturou je článek: D. Ya. Khusainov, D. B. Benditkis and J. Diblik, Weak delay in systems with an aftereffect, Functional Differential Equations, 9, 2002, No 3-4, 385-404 a nedávno publikované výsledky pro spojitý i diskrétní případ. Během studia je plánován výjezd na Univerzitu Bialystok, Polsko, kde je podobná problematika studována.

    Školitel: Diblík Josef, prof. RNDr., DrSc.

12. Optovláknové snímání elektromagnetických přechodových dějů

    Využití magnetooptického jevu v optických vláknech je atraktivní možností pro konstrukci snímačů magnetických polí a elektrických proudů. Jejich nasazení je zajímavé zejména v případě měření silných magnetických polí, respektive proudů dosahujících hodnot v oblasti jednotek kiloampérů až desítek megaampérů. V této souvislosti je vysoce potenciální jejich aplikace v diagnostice plazmatických výbojů v budoucích fúzních reaktorech. Pro úspěšné nasazení těchto snímačů je velmi žádoucí disponovat možnostmi jejich testování při vývoji. Řada prací se již problematikou měření vlastností snímačů zabývala. Doposud ale nebyla věnována potřebná pozornost možnosti testování dynamických vlastností snímačů pro přechodné děje v nanosekundové a sub-nanosekundové oblasti. A to spolu s magnetickými poli indukovanými proudy o hodnotě jednotek kiloampérů a výše. Dizertační práce se bude věnovat výzkumu vlastností a testování senzorů v nano a sub-nanosekundové oblasti. Předpokládá se vlastní návrh a vývoj unikátního testovacího zařízení.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

13. Pokročilé metody radiofrekvenční detekce částečných výbojů

    Jedním z klíčových problémů spolehlivosti výkonových vysokonapěťových transformátorů je existence částečných výbojů v jejich olejové náplni. Radiofrekvenční metody mohou poskytnout účinný nástroj pro sledování aktivity částečných výbojů. Pro jejich úspěšné nasazení je stěžejní možnost detekce elektromagnetického signálu v pásmu UKV vyzařovaného výbojem. Tento signál má relativně nízkou úroveň a jeho výskyt je doprovázen silným impulzním rušením z jiných výbojových dějů. Na druhou stranu signál disponuje specifickými časovými a kmitočtovými relacemi, které mohou umožnit jeho spolehlivou detekci a vyhodnocení. Téma je zaměřeno na výzkum nového přístupu k detekci elektromagnetických signálů vyzařovaných částečnými výboji, který bude využívat jejich časových a kmitočtových specifik. Cílem práce je prohloubit stav poznání v problematice spolehlivé detekce a identifikace aktivity částečného výboje a zvýšení spolehlivosti provozu výkonových vysokonapěťových transformátorů.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

14. Prostorová analýza silového zatížení deformované rostoucí páteře a využití modelování korekčních sil k minimalizaci rozsahu operace skoliózy

    Deformita páteře v dětském věku (skolióza) je onemocnění, jehož průběh v čase nelze předvídat. Výsledky konzervativní terapie jsou pochybné a při určitém stupni zakřivení je nutné přistoupit k operační léčbě s rizikem opakovaných reoperací a komplikací. V současné době používaný systém rostoucích tyčí a usměrňovaného růstu zasahuje průměrně 9 segmentů páteře, tyto se stávají nepohyblivé a mají vliv na přetížení zbývajících volných segmentů pod fúzí, což se projeví časnějším výskytem degenerativních změn, bolestmi zad v dospělosti, omezenou pohybovou aktivitou a poškozením muskuloskeletálního systému. Podstatou doktorského práce je navržení nové metodiky pro minimalizaci nežádoucích dopadů operační léčby progredující deformity páteře na dětech pomocí 3D modelování rozložení mechanických napětí v prostorové simulaci plánovaného zákroku. Do projektu budou zařazeni pacienti s idiopatickou, symptomatologickou a kongenitální skoliózou progredující přes konzervativní terapii, kteří by museli podstoupit jednu z uvedených metod operační terapie. Cílem práce je návrh unikátního operačního řešení korekce idiopatické, sypmtomatologické a kongenitální deformity osteotomií jednoho obratle bez negativních vlivů na okolní segmenty páteře pomocí 3D modelování zatížení se snahou o predikci vývoje páteře a sledování regenerace intervertebrálních plotének na MRI. Práce bude řešena ve spolupráci s fakultní nemocnicí v Brně Bohunicích.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

15. Rychlá rekonstrukce obrazů elektrické impedanční tomografie

    Cílem disertační práce bude rozvoj metod rekonstrukce obrazů elektrické impedanční tomografie. Důraz bude kladen jak na metody měření signálů s nízkým SNR, tak na zpracování signálů a rekonstrukci impedance uvnitř zkoumaných objektů. Jelikož s rostoucím počtem elektrod a jemnější FEM sítí dochází k rapidnímu zvyšování výpočetní náročnosti, bude navázáno na dosavadní činnost ústavu zaměřenou na řešení inverzních úloh a paralelizaci výpočtů na grafických kartách.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

16. Řízení dronu na základě algoritmů umělé inteligence

    Práce je zaměřena na vývoj metod strojového učení a jejich testování za účelem autonomního řízení dronu. Pro správnou volbu řídicích signálů je nutné zpracovávat obrazová data v reálném čase. Algoritmy tedy musí pracovat rychle a adaptabilně.

    Školitel: Marcoň Petr, doc. Ing., Ph.D.

17. Speciální metody měření magnetických vlastností materiálů

    Cílem disertační práce bude návrh nových a výrazné zlepšení stávajících metod umožňujících pro vzorky materiálu určit jeho materiálové vlastnosti. Zaměření bude na měření anizotropních magnetizačních charakteristik s potřebnou podporou numerických metod. Například nové kovové materiály v 3D tiskárnách vykazují výraznou anizotropii. Další oblastí bude měření materiálů s malou magnetickou susceptibilitou. Různé metody dávají odlišné výsledky, cílem tedy bude výsledky porovnat a sjednotit. Zvláštní oblastí je meření magnetických kapalin. U silových metod bude nutná i optimalizace ve FEM.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

18. Stochastické diferenciální rovnice v elektrotechnice

    Přidáním náhody do některých koeficientů obyčejné diferenciální rovnice vznikne stochastická diferenciální rovnice. Taková rovnice popisuje například průběh proudu v RL obvodu s náhodným zdrojem. Řešením rovnice je potom náhodný proces. Téma zahrnuje vytváření stochastických modelů, numerické řešení stochastických diferenciálních rovnic a statistické zpracování stochastických řešení.

    Školitel: Kolářová Edita, doc. RNDr., Ph.D.

19. Strojové učení pro klasifikaci obrazových dat

    Práce je zaměřena na testování a vývoj algoritmů strojového učení pro klasifikaci obrazových dat. Dílčí úkoly zahrnují zpracování získaných fotometrických map a 3D modelů, klasifikaci a trénování algoritmů založených na geometrii a přiřazení sémantických informací k objektům.

    Školitel: Marcoň Petr, doc. Ing., Ph.D.

20. Studium přenosu tepla turbulentním prouděním v studeném héliovém plynu v experimentu s Rayleigh-Bénardovou konvekcí

    Turbulentní proudění jsou v přírodě téměř všudypřítomné (představte si leteckou dopravu, testovaní aut v aerodynamickém tunelu, nebo v případě velké fantazie výbuchy supernov, či dynamiku kvantových vírů v supratekutém héliu za teplot blízko absolutní nuly). Jednou z jejich zásadních vlastností je posílení schopnosti vrstvy tekutiny přenášet teplo: Pro představu – v atmosférické mezní vrstvě vysoké 1km turbulentní přenos tepla stoupne aspoň o 5 řádů v porovnání s molekulární difuzí v stojatém vzduchu. Detailní pochopení těchto procesů má zjevný význam např. pro pochopení zemského klimatu nebo důležitých technologických aplikací jako procesů v chladících částech jaderných reaktorů nebo pro úschovu obnovitelné energie v bateriích na bázi tekutých kovů. Turbulentní přenos tepla je možno modelovat a studovat v laboratorních podmínkách, jenomže i nejpokročilejší současné experimenty s vysoce intenzivní turbulencí (příbližující se např. intenzitě turbulence v atmosféře), jako experiment s Rayleigh-Bénardovou konvekcí (RBC) v kryogenním héliovém plynu realizovaný v naší laboratoři na Ústavu přístrojové techniky (ÚPT) AV v Brně vykazují tzv. ne-Oberbeck-Boussinskovské (NOB) efekty v důsledku teplotně a tlakově závislých vlastností pracovních tekutin, jako hustota, viskozita nebo tepelní vodivost. NOB efekty nejsou dosud dostatečně pochopeny, protože i nejdetailnější numerické simulace pracují s konstantními vlastnostmi tekutin, což omezuje pochopení reálných dějů v přírodě na velkých prostorových škálách. Ve spolupráci se skupinou prof. J. Schumachera na TU Ilmenau v Německu pracujeme na nových efektivních numerických programech zahrnujících NOB efekty a plánujeme systematické a detailní porovnávání s kryogenními experimenty na ÚPT v Brně. Student/ka se do hloubky seznámí s turbulentními prouděními a bude mít možnost sbírat, analyzovat a porovnávat data se dvou odlišných zdrojů – kryogenního experimentu v Brně a masivně paralelních výpočtů v Ilmenau. Může se také podílet na návrzích a sestavení elektroniky a aparatur na sběr dat v upgradovaných aparaturách na ÚPT Brno. Interpretace dat proběhne také ve spolupráci s prof. L. Skrbkem na MFF UK v Praze a prof. K. Sreenivasanem na New York University, USA.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

21. Systémy zlomkového řádu a jejich aplikace v elektroinženýrství

    „Zlomkový počet“ je teorie o integrálech a derivacích libovolného (neceločíselného) řádu, která sjednocuje a zobecňuje pojem celočíselné derivace a n-násobné integrace. Tento zobecněný proces se nazývá „diferintegrace“. Systémy popsané diferenciálními rovnicemi zlomkového řádu se hojně vyskytují v aplikacích v elektrotechnice. Práce doktoranda by se měla zabývat teorií i aplikacemi a měla by posunout hranice poznání v obou oblastech. Konkrétní zaměření práce bude zvoleno na základě zkušeností a preferencí kandidáta. Preferováni jsou kandidáti, kteří už mají zkušenost se zlomkovými derivacemi a integrály.

    Školitel: Rebenda Josef, Mgr., Ph.D.

22. Teorie nelineární akustiky ve spojení s nehomogenními lokálně periodickými strukturami

    Nelineární akustika je relativně moderní výzkumnou disciplínou. Zabývá se šířením akustických vln v nelineárním prostředí, modelováním parametrického akustického pole a souvisejícími aplikacemi. Jedním z problémů, které je potřeba v současné době řešit je analytický popis nelineárního prostředí, případně jeho numerické modelování. Dalším směrem v této oblasti je návrh nehomogenních lokálně periodických struktur, pomocí kterých jsme schopni zacílit akustické vlny do svazku, vytvářet nelineární prvky je např. akustická dioda apod. Aplikačním odvětvím této výzkumné oblasti pak může být např. bezkontaktní testování materiálů. V rámci disertační práce se bude student věnovat popisu a analýze amplitudově modulovaných akustických vln konečných amplitud a analýze parametricky buzených akustických polí. Cílem práce je dále prohloubení stavu poznání v problematice nelineárních akustických interakcí v tekutinách s využitím nehomogenních periodických struktur, metod zpracování vstupních signálu a modulace nosných vln.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

23. Úlohy řiditelnosti pro diskrétní rovnice se zpětnou vazbou.

    Cílem práce bude řešit některé úlohy z teorie řízení o relativní a křivkové řiditelnosti pro systémy diskrétních rovnic se zpětnou vazbou. Předpokládá se, že budou získána kriteria řiditelnosti a budou konstruovány adekvátní algoritmy pro jejich řešení (včetně konstrukce řídících funkcí). Výchozí literaturou je kniha M. Sami Fadali a Antonio Visioli, Digital Control Engineering, Analysis and Design, Elsewier, 2013 a článek J. Diblík, Relative and trajectory controllability of linear discrete systems with constant coefficients and a single delay, IEEE Transactions on Automatic Control, (https://ieeexplore.ieee.org/document/8443094 ), 2158 - 2165, 2019. Během studia je plánován výjezd na Univerzitu Bialystok, Polsko, kde je podobná problematika studována.

    Školitel: Diblík Josef, prof. RNDr., DrSc.

24. Vizualizace kvantových a klasických proudění supratekutého a plynného hélia metodou laserem indukované fluorescence dlouho žijícího excimeru He2*

    Turbulentní proudění jsou v přírodě téměř všudypřítomné (představte si leteckou dopravu, testovaní aut v aerodynamickém tunelu, nebo v případě velké fantazie výbuchy supernov, či dynamiku kvantových vírů v supratekutém héliu za teplot blízko absolutní nuly). Jednou z jejich zásadních vlastností je posílení schopnosti vrstvy tekutiny přenášet teplo: Pro představu – v atmosférické mezní vrstvě vysoké 1km turbulentní přenos tepla stoupne aspoň o 5 řádů v porovnání s molekulární difuzí v stojatém vzduchu. Detailní pochopení těchto procesů má zjevný význam např. pro pochopení zemského klimatu nebo důležitých technologických aplikací jako procesů v chladících částech jaderných reaktorů nebo pro úschovu obnovitelné energie v bateriích na bázi tekutých kovů. Turbulentní přenos tepla je možno modelovat a studovat v laboratorních podmínkách, jenomže i nejpokročilejší současné experimenty s vysoce intenzivní turbulencí (přibližující se např. intenzitě turbulence v atmosféře), jako experiment s Rayleigh-Bénardovou konvekcí (RBC) v kryogenním héliovém plynu realizovaný v naší laboratoři na Ústavu přístrojové techniky (ÚPT) AV v Brně jsou omezeny na měření turbulentních teplotních fluktuací a postrádají vhodnou zobrazovací metodu, která by umožnila přímo měřit rychlostní pole proudění. Ve spolupráci se skupinou prof. W. Gua z National High-Magnetic Field Laboratory na Floridě, kteří aplikují novou a průlomovou metodu užívající laserem indukovanou fluorescenci (LIF) extrémně dlouho žijícího molekulárního excimeru He2* hélia 4 v režimu supratekuté kvantové turbulence, plánujeme vyvinout aparaturu pro vizualizaci klasických turbulentních proudění v RBC v héliovém plynu za nízkých teplot. Práce PhD studenta/ky nabízí možnost měření a analýzy velkých souborů dat z přípravných experimentů na Floridě a/nebo spolupráce na návrhu nové aparatury, kterou plánujeme postavit na ÚPT v Brně. Student/ka se přitom do hloubky seznámí s fascinující dynamikou klasických a kvantových proudění. Může se také podílet návrhu a sestavení elektroniky a aparatury na řízení experimentů a sběr dat.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

25. Vysokofrekvenční iontové motory

    Využití nízkých a velmi nízkých oběžných drah Země (LEO, resp. VLEO) pro satelitní provoz přináší celou řadu výhod. Pozorování Země skrze nižší tloušťku atmosféry vede ke zlepšení rozlišení, odstupu signálu od šumu (SNR) a umožňuje použití inovativních technologických přístupů. Vysokofrekvenční iontový motor je jedna z možných pohonných jednotek kosmických lodí a sond. Využívá paprsek iontů urychlených na rychlosti v řádu desítek km/s. Jako základní médium je k ionizaci využíváno různých plynů. Plyny jsou ionizovány zpravidla vysokofrekvenčním signálem. Základ iontového motoru tvoří anténa nebo rezonátor zajišťující optimální přenos elektromagnetické energie do ionizujícího média. Pro správnou funkci vysokofrekvenčních struktur je nezbytné jejich přesné kmitočtové naladění a impedanční přizpůsobení. Cílem práce je prohloubit stav poznání v problematice návrhu, analýzy a použití vysokofrekvenčních iontových motorů.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

26. Výzkum měřicích metod pro NQR spektrografii

    Cílem práce je výzkum metod zlepšení vlastností experimentálního NQR pracoviště pro spektroskopii látek v rozsahu 0,5 až 10 MHz. Půjde o nalezení vhodných měřicích metod pro vyloučení falešných signálů a zvýšení citlivost spektrometru a opakovatelnosti měření. Výsledkem by měl být také návrh a realizace úprav obvodového řešení spektrometru pro ověření účinnosti navržených metod.

    Školitel: Steinbauer Miloslav, doc. Ing., Ph.D.

27. Výzkum vlastností a aplikací šumových elektromagnetických polí

    Měřicí a diagnostické metody založené na využití vyzařovaného elektromagnetického (EM) pole a jeho interakce s testovanými objekty jsou v současné době dobře zvládnutou a široce využívanou technologií. Ovšem naprostá většina systémů založených na zmíněném přístupu používá koncept, kdy je generováno a vyhodnocováno EM pole s definovaným kmitočtem, resp. je tento kmitočet řízeně rozmítán. V tomto případě je nutno brát v úvahu možnost reaktančních vazeb měřeného a měřicího objektu v blízké oblasti, které mohou měření znehodnotit. Naopak, pokud by byly pro diagnostiku použity širokopásmové stochastické signály (šumové signály), bylo by možno tyto vazby potlačit. Téma studia je zaměřeno na výzkum využití konceptu diagnosticky materiálů a elektromagnetických struktur šumovým polem, především v radiofrekvenční a mikrovlnné oblasti, jeho rozvoj a experimentální ověření.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2021 do 15.05.2021)

1. Pokročilé metody nízkoúrovňových měření

   Práce se bude věnovat zejména problematice lehkých vzdušných iontů. Je třeba znát jejich pohyblivost a koncentraci v prostředích interiérů budov i léčebných jeskyní pro zhodnocení účinků na lidské zdraví. V poslední době vystupuje do popředí i jejich významný protibakteriální a protivirový účinek využitelný v interiérech budov. Přepokládá se zaměření práce na vylepšení metodiky měření lehkých vzdušných iontů, eliminaci vlivu rušivých signálů a šumů při měření velmi malých proudů. V oblasti aplikací pak především na měření lehkých vzdušných iontů v prostředí s vysokou vlhkostí v jeskyních. Součástí vyhodnocení bude vzájemná korelace s ostatními meteorologickými veličinami, radonem, seismickými vlnami a atmosférickou elektřinou.

   Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.