Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c.
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D., FEng.
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D.
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D.
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D.
Člen externí :
Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA

Hlavním cílem doktorského studia ve studijním programu Konstrukční a procesní inženýrství je, v souladu se zákonem o vysokých školách, výchova vysoce kvalifikovaných a vzdělaných odborníků, kteří jsou schopni samostatné vědecké, výzkumné a tvůrčí činnosti v oblastech konstrukčního a procesního inženýrství. Studium poskytuje absolventům patřičné znalosti a dovednosti, které umožňují vykonávat tyto činnosti v akademických i aplikačních institucích na mezinárodně požadované a standardizované úrovni. Důraz je kladen na poskytnutí potřebných teoretických znalostí a praktických zkušeností z oblasti tématu doktorského studia. Intenzivně je podporováno rovněž získání zkušeností ze zahraničních výzkumných pracovišť. Studijní program je koncipován svým zaměřením a obsahem tak, aby v maximální míře uspokojoval nároky a požadavky průmyslu a společnosti na vysoce vzdělané a kvalifikované odborníky v oblastech konstrukčního a procesního inženýrství.

Doktorské studium je založeno především na vlastní výzkumné a tvůrčí činnosti studentů – doktorandů. Tyto aktivity jsou intenzivně podporovány participací studentů ve výzkumných projektech národního i mezinárodního charakteru. Výzkumné oblasti zahrnují konstrukční inženýrství (analýzu, koncepci, konstrukci a projekci strojních zařízení, dopravních prostředků, výrobních strojů a energetiky) a procesní inženýrství (analýza, návrh a projekce procesů strojírenského, dopravního, energetického a petrochemického průmyslu).

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství je vysoce kvalifikovaným odborníkem s hlubokými teoretickými znalostmi a praktickými dovednosti v oblasti tématu doktorského studia, které mu umožňují vykonávat tvůrčí a výzkumnou činnost jak samostatně, tak ve vědeckých týmech. Absolvent je vybaven znalostmi současného stavu poznání z oblasti konstrukčního a procesního inženýrství, které nachází uplatnění v dalších činnostech výzkumu a vývoje a umožňují absolventovi realizovat navazující výzkumné a tvůrčí aktivity. Absolvent je rovněž schopen připravit návrh výzkumného projektu a následně jej vést. Současně je vybaven dovednostmi pro aplikaci a transfer teoretických poznatků základního výzkumu do aplikační sféry. Absolvent je dále schopen se přizpůsobit a adaptovat i dalším příbuzným vědním oborům, spolupracovat na interdisciplinárních úlohách a zvyšovat svoji profesní kvalifikaci. Vysoká úroveň získaného vzdělání je podpořena zapojením studentů do národních a mezinárodních výzkumných projektů a spoluprací se zahraničními výzkumnými institucemi. Tyto zkušenosti umožňují absolventům nejen uskutečňovat vlastní vědeckou činnost, ale také profesionálně prezentovat své výsledky, diskutovat o nich a prosazovat své názory a myšlenky na mezinárodní úrovni.

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství disponuje znalostmi a dovednostmi ve třech hlavních oblastech, jejichž synergie umožňuje široké uplatnění.
1. Vysoce odborné teoretické znalosti i praktické dovednosti úzce související s tématem dizertační práce (viz níže).
2. Odborné znalosti a dovednosti nezbytné pro vykonávání vědecké práce, výzkumných a tvůrčích činností.
3. Osobnostní a interpersonální dovednosti (soft skills), které umožňují absolventovi na profesionální úrovni prosazovat své myšlenky a názory, prezentovat a obhajovat výsledky své práce a diskutovat o nich a také efektivně pracovat ve vědeckém týmu či být jeho vedoucím.
Podle tématu dizertační práce získá absolvent vysoce odborné znalosti a dovednosti strojního inženýrství v konstrukci, projekci, návrhu a provozu strojů, strojních zařízení, inženýrských procesů a pochodů či transportních a dopravních prostředcích. Tyto znalosti a schopnosti umožňují uplatnění absolventů jak ve výzkumných institucích v ČR i zahraničí, tak i v komerčních společnostech a aplikovaném výzkumu.

Absolvent doktorského studijního programu Konstrukční a procesní inženýrství je vybaven vysoce odbornými a specializovanými teoretickými znalostmi a praktickými dovednostmi strojního inženýrství v oblastech konstrukce a projekce strojů a strojních zařízení, procesů a pochodů, transportu a dopravních prostředků, které mu umožňují vykonávat samostatnou i týmovou vědecko-výzkumnou a vývojovou činnost jak v akademických či výzkumných institucích, tak ve firmách a aplikačně orientovaných institucích. Charakteristickou pracovní pozicí zastávanou absolventem je výzkumník, vědecký pracovník, vývojář, výpočtář, projektant či konstruktér. Absolvent je také vybaven schopnostmi pro vykonávání vedoucí či manažerské pozice.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program Konstrukční a procesní inženýrství je zaměřen na poskytnutí nejvyššího stupně terciárního vzdělání a je pokračováním navazujícího magisterského studijního programu Strojní inženýrství a bakalářského studijního programu Strojírenství, které jsou aktuálně akreditované a uskutečňované na FSI VUT v Brně. Absolventi jiných studijních programů se zájmem o studium v doktorském studijním programu Konstrukční a procesní inženýrství musí prokázat úroveň svých znalostí odpovídající výše uvedeným studijním programům.

1. Aditivní příprava vysokoteplotních slitin zpevněných disperzí nanočástic

   Hlavním cílem práce bude vyvinout a optimalizovat parametry 3D tisku precipitačně zpevněných niklových superslitin s přidanými nekoherentními nanočásticemi na boridové bázi a stanovit vztah mezi mikrostrukturou a základními mechanickými vlastnostmi nově připravených slitin. Mezi dílčí cíle práce bude patřit příprava práškových směsí niklových superslitin pomocí tříosého elektromagnetického vibračního mixéru s odstupňovaným podílem zpevňujících nanočástic. Počítá se s následnou mikrostrukturní analýzou pomocí elektronové mikroskopie a to jak prášků, tak 3D tištěných materiálů před a po jednoosém mechanickém zatěžování za teplot až do 1000 °C.

   Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

2. Aerodynamická optimalizace letounů kategorie GA

   Letouny kategorie GA (general Aviation) dosáhují stále vyšších výkonů v nižších hmotnostních kategoriích a trendem je zvyšování výkonů při zachování kvalitních letových vlastností. Klíčem k tomuto trendu je aerodynamický návrh letounu. Vzhledem k vyspělosti konstrukcí je nutno využívat moderní sofistikované optimalizační metody spolu s komplexními SW z oblasti počítačové dynamicky tekutin které byly dostupné pouze pro vyšší kategori letadel. Cílem práce je vytvoření optimalizačního prostředí pro aerodynamickou optimalizaci letounu kategorie GA se všemi specifiky a jeho ověření na praktickém případě.

   Školitel: Juračka Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

3. Aktivní manipulace proudového pole pro zvýšení manévrovatelnosti bezpilotního letounu

   Aktivní manipulace proudu je aktuálním směrem výzkumu a vývoje v oblasti mnoha kategorií letectví - komerční velké proudové dopravní letouny, vojenské proudové letouny, bojové UAV i menší průzkumné UAV. Daná technika by měla umožnit snížit hmotnost letounu při zvýšení aerodynamické účinnosti ploch, případně přímo náhradu řídících ploch letounu a zvýšení manévrovatelnosti a odolnosti proti přetažení za extrémních podmínek letu.

   Školitel: Jebáček Ivo, doc. Ing., Ph.D.

4. Aktivní tlumení hluku vozidel

   Téma se zabývá aktivním tlumením hluku vozidla. Mezi aktuální trendy nepatří jen snižování emisí spalovacích motorů, ale také snižování hluku vozidel. Běžný přístup úpravou různých komponent hnacího traktu může být velice nákladný a tím to může být pro některé automobilové firmy problém realizovat. Proto je zapotřebí je rozšiřovat o modernější přístupy jako je aktivní tlumení hluku využitím mechatronického přístupu a tyto metody rozvíjet. Proto by nové přístupy byly testovány jak experimentálně, tak virtuálně.

   Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

5. Algoritmy řízení pro systémy s neceločíselnými diferenciálními rovnicemi

   V syntéze elektrických obvodů a návrhu regulačních obvodů se stále více začínají uplatňovat přístupy, které k modelování využívají aparát diferenciálních rovnic s neceločíselnými derivacemi (FOE, Fractional-Order Elements). V disertační práce bude cílem implementovat algoritmy řízení pro systémy popsané takovým typem diferenciálních rovnic a ukázat použitelnost v praktických aplikacích.

   Školitel: Šeda Miloš, prof. RNDr. Ing., Ph.D.

6. Alternativní metody pro obnovu adheze v kolejové dopravě

   Práce je zaměřena na experimentální výzkum alternativních metod pro obnovu adheze v kolejové dopravě (aplikace vody, nových materiálů/částic apod.). Cílem těchto metod je redukovat opotřebení kontaktních dvojic, poškození povrchu a množství uvolněných částic do ovzduší. Efektivita těchto nově vyvíjených metod bude srovnávána s pískováním, které představuje konvenční metodu pro obnovu adheze.

   Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

7. Analýza a vyhledávání lokálních struktur DNA

   Zadaný projekt představuje vývoj softwarové platformy pro analýzu DNA sekvencí se zaměřením na velké objemy dat, která bude zahrnovat algoritmy pro vyhledávání lokálních struktur (např. kvadruplexy) a pro analýzu proteinových motivů s vizualizačními nástroji a jejich ukládání v daném databázovém systému. Navrhovaný software bude implementován jako webová služba a bude k dispozici online pro veřejné použití. Software bude použit pro charakterizaci a vyhodnocování lokálních DNA struktur v sekvencích DNA se zaměřením na možnost analýzy celých genomů a různých lokálních DNA struktur včetně triplexů a kvadruplexů.

   Školitel: Šťastný Jiří, prof. RNDr. Ing., CSc.

8. Aplikace strojového učení v energetice

   Práce se věnuje vysoce aktuální otázce přechodu energetiky na maximálně bezemisní s vyšším podílem obnovitelných zdrojů. Tyto zdroje, často zastoupené fotovoltaickými panely a do budoucna větrnými elektrárnami, jsou nestabilní v důsledku závislosti na počasí. Pro zvýšení jejich podílu je nutné řešit otázky nejen akumulace energie a ale také například přizpůsobení spotřeby výrobě. Zavádí se také nové koncepty jako komunitní energetika. Významným pomocníkem v těchto snahách může být umělá inteligence. Ta může být užitečná jak ve fází návrhové, tak i během provozu. Investice do nových zdrojů energie jsou zpravidla vysoké a je tedy žádoucí mít rozhodnutí podloženo komplexním hodnocením. Stejně tak během provozu je nutné řídit zdroje i spotřebiče tak, aby byl provoz maximálně efektivní. Umělá inteligence dnes pomáhá k lepším výsledkům v mnoha oblastech průmyslu a je jen logické, že bude využívána i v oblasti energetiky. Práce je zaměřena na aplikaci umělé inteligence, konkrétně strojového učení, v dané problematice a předmětů výzkumu se nabízí hned několik. Například využití moderních algoritmů při návrhu energetického zdroje, kdy je potřeba zvolit vhodnou kombinaci a kapacitu jednotlivých prvků (např. fotovoltaické panely, větrná elektrárna, kogenerační jednotka, teplené čerpadlo, bateriové úložiště). Dále jde o návrh řízení, tedy spouštění jednotlivých prvků energetického zdroje tak, aby se maximalizovalo využití obnovitelných zdrojů. Nebo plánování spotřeby na základě disponibility obnovitelných zdrojů energie. V těchto případech jsou stěžení co nejpřesnější predikce budoucího vývoje. Velkým problémem však bývá objem dostupných dat pro účely strojového učení, a i to bude tématem v rámci disertační práce.

   Školitel: Máša Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.

9. Automatické anotace pro Deep learnig

   Téma se zabývá automatizovanou anotací dat pro Deep learning. Současný vývoj autonomních vozidel je kombinován s umělou inteligencí a různými typy strojového učení jako je Deep learning. Tyto neuronové sítě potřebují ke svému učení velké množství dat. Používá se pro klasifikaci objektů kolem autonomních vozidel. V těchto datech je nutné označit příslušné objekty buď ve 2D nebo 3D. Při běžném přístupu ručního vytváření anotací s ohledem na množství dat v milionech a více souborech to není možné. Proto je třeba rozšířit stávající metody. Nebo vymyslet nové, aby bylo možné zpracovat tak velké množství dat a ušetřit tak čas na vývoj.

   Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

10. Benchmarking globálních optimalizačních metod

    Student se zaměří na výzkum technik pro benchmarking globálních optimalizačních metod, které nepoužívají derivace. Dvěma hlavními směry ve vývoji těchto optimalizačních metod jsou matematické programování (např. metoda DIRECT) a evoluční algoritmy (např. algoritmus diferenciální evoluce). Pojmem benchmarking se rozumí soubor postupů pro porovnávání takových metod. Vhodně zvolenými benchmarking technikami lze odkrýt strukturální zaujatost některých metod, nebo vytvořit doporučení pro výběr vhodných metod pro daný optimalizační problém. Jedněmi ze současných problémů v této oblasti jsou velký důraz na uměle vytvořené sady úloh, strukturální problémy některých úloh a algoritmů, a malá míra průniku mezi benchmarking technikami a srovnáním metod z výše uvedených dvou hlavních vývojových směrů. Cílem výzkumu bude identifikace špatných benchmarking technik, syntéza různých benchmarking přístupů, identifikace problémů z reálného světa, které by mohly posloužit pro benchmarking a vytvoření doporučení pro výběr vhodných algoritmů.

    Školitel: Kůdela Jakub, Ing., Ph.D.

11. Bio-inspirovaní roboti - pokročilé autonomní řízení robotického psa založené na metodách umělé inteligence

    Spot je malý čtyřnohý robot, který váží kolem 40 kilogramů a je kompletně elektrický, s výdrží 60 minut na jedno nabití. Robot je vybaven senzory, které zahrnují stereokamery, hloubkové kamery, inerciální měřicí jednotku a snímače polohy/síly v končetinách. Na tomto robotu bude prováděn výzkum spojený s umělou inteligencí, zahrnující autonomní řízení, strategii mise a počítačové vidění. Řídicí jednotka pro AI je Jetson Xavier NX / Orin NX.

    Školitel: Matoušek Radomil, prof. Ing., Ph.D.

12. Digitální dvojče hnacího ústrojí elektromobilu včetně tepelného chování

    disertační práce se zaměřuje na pokročilé modelování hnacího ústrojí moderních elektromobilů s důrazem na kombinaci 0D, 1D a 3D modelů a analýzu jejich tepelného chování. Tento přístup umožňuje komplexní pochopení dynamiky a efektivity hnacího ústrojí elektromobilů, což je klíčové pro optimalizaci jejich výkonu a životnosti. Návrh strategie pro optimalizaci tepelného managementu a efektivity hnacího ústrojí na základě zjištěných výsledků.

    Školitel: Štětina Josef, prof. Ing., Ph.D.

13. Digitální dvojče rozhraní kolo-kolejnice

    Cílem práce je pomocí experimentálních metod vyvinout model, který bude popisovat třecí chování kontaktu kolo-kolejnice v přítomnosti maziv. Model využije data z reálného provozu k predikci tření v kontaktu, díky čemuž mazací systém pozná, kdy je nutná opětovná aplikace maziva. Výsledek práce bude mít vliv na efektivnější proces mazání kontaktu kola s kolejnicí. Dojde k optimalizaci spotřeby maziva při redukci opotřebení kontaktních těles.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

14. Digitální dvojče snímačů pro automobilní průmysl

    Téma se zabývá rozviřováním metod pro vytváření digitálního dvojčete snímačů v automobilovém průmyslu. Pro aktuální trend autonomních vozidel, je zapotřebí dostatečně otestovat řídicí algoritmus a např. v rámci MIL testování simulovat funkci snímače jako jsou lidar, radary atd. Proto vhodným přístupem je využití digitálního dvojčete. Aby se digitální dvojče chovalo realisticky za každé situace je potřeba rozšiřovat metody vytváření digitálního dvojčete konkrétních snímačů a tím zlepšovat vývoj autonomních vozidel. Ověření nových přístupů by bylo na referenčním projektu vývoje autonomního řízení.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

15. Dynamické chování magneticky aktivních elastomerů

    V současné době probíhá intenzivní výzkum v oblasti magneticky aktivních elastomerů a jejich aplikací. Tyto materiály dokáží reverzibilně měnit tuhost, tlumení či geometrii v závislosti na aplikovaném vnějším magnetickém poli. Cílem tématu je popsat vliv složení, způsobu zatěžování a výroby magneticky aktivních elastomerů na jejich dynamické chování. Součástí práce je i vývoj experimentálního zařízení, které umožní efektivní a přesně měření časových konstant těchto materiálů.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

16. Ekoinovace raketových pohonů synergií peroxidu vodíku a 3D tisku

    Kapalinové raketové pohonné systémy, ve kterých peroxid vodíku (PV) slouží jako oxidační činidlo nebo monopropelant, představují významný potenciál pro redukci environmentálního dopadu a zjednodušení procesů skladování a manipulace s palivem. Nicméně, využití PV přináší specifické technické výzvy, které souvisí s jeho vysokou reaktivitou a omezenou stabilitou. Jedním z možných směrů řešení je tvarová optimalizace komponent raketového pohonného systému, vycházející z nejnovějších možností additivní výroby (3D tisku) s použitím materiálů kompatibilních s PV. Součástí řešení může být také začlenění pokročilých senzorických a řídicích systémů pro efektivní monitorování a řízení dekompozice PV, a to s cílem optimalizovat výkon a zvýšit bezpečnost pohonných systémů. Cílem tématu je tedy výzkum perspektivních konstrukčních návrhů pomocí výpočtových simulací a experimentálního modelování, který přispěje k rozvoji efektivnějších a bezpečnějších kapalinových raketových pohonných systémů. Pro tento výzkumný záměr je předpokládána podpora z projektů Evropské vesmírné agentury (ESA), včetně příležitosti získání doplňujících stipendií. Průmyslovým partnerem záměru je společnost OteSpace, s.r.o. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k softwaru pro výpočtovou mechaniku tekutin (CFD), vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení. V rámci řešení tématu je také předpokládána aktivní účast studenta na experimentální části výzkumu (sestavování, nastavování a ladění testovací aparatury, přípravné testy s vodou, testy PV).

    Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

17. Emise částic z rozhraní kolo-kolejnice

    Práce se věnuje experimentálnímu výzkumu emisí pevných částic z rozhraní kolo-kolejnice, vnikajících zejména při aplikaci maziv a materiálů pro obnovu trakce nebo v důsledku opotřebení. Cílem je popsat kritické faktory ovlivňující jejich vznik a působení na okolí.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

18. Energeticky efektivní elektromotory

    Cílem tématu je vývoj konstrukce elektromotoru za pomocí strukturovaného magnetického obvodu vyrobeného metodou 3D kovového tisku. Předpokládá se, že vhodná konstrukce strukturovaného magnetického obvodu by měla zvýšit účinnost elektromotoru, snížit jeho hmotnost a zároveň zlepšit chlazení. Konstrukce magnetického obvodu bude založena na patentované technologii odboru Technické Diagnostiky (EP3373311).

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

19. Experimentální výzkum mazání pístových strojů

    Cílem práce je objasnit jaké principy mazání se vyskytují v kontaktu pístových strojů, kde válcový píst pracuje ve válcovém otvoru, a geometrie obou součástí je si velmi blízká. Problém souvisí s problematikou mazání těles s nominálně rovnoběžnými povrchy. Práce bude obsahovat měření mazacího filmu na simulátorech s transparentním tělesem pro opticky vhled do kontaktu. Nové poznatky umožní vyvinout výkonově optimalizované stroje s podobnou geometrií.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

20. Experimentální výzkum tribologických procesů pomocí metody akustické emise

    Cílem práce je experimentální studium provozních a mezních stavů tribologických kontaktů, zejména kluzných ložisek, s využitím metody akustické emise. Účelem je implementovat pokročilou metodu pro sledování stavu a diagnostiku vzniku a rozvoje poškození těchto uzlů ve fázi testování nebo provozu.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

21. Hybridní mazací povlaky pro kosmické aplikace

    Cílem výzkumu je vysvětlit fungování hybridních vrstev, které se skládají z tenkého kapalného mazacího filmu a kluzného povlaku na bázi MoS2. Chování těchto vrstev v pilotních studiích ukazuje synergický efekt obou mazacích složek a výrazné prodloužení životnosti vrstev. Mazací vrstvy vyvinuté v pozdější části práce pak najdou využití v kosmických komponentách, jako jsou ložiska, aktuátory, převody atp.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

22. Inovativní metody pro online monitoring vlastností odpadních vod

    Rostoucí důraz na udržitelnost průmyslových procesů se mimo jiné promítá do požadavků na efektivní čištění průmyslových odpadních vod a jejich recyklaci. Vývoj nových recyklačních metod předpokládá, že vypouštěná odpadní voda bude splňovat stále se zpřísňující emisní limity. Konvenční metody pro analýzu složení odpadních vod zahrnují manuální odběr vzorků, jejich převoz a analýzu v externí laboratoři. Tento proces je typicky časově i finančně nákladný. Navíc je z pohledu moderního řízení recyklačních technologií nedostatečný, protože neumožňuje sledování proměnlivosti ve složení odpadní vody v reálném čase. Se současnými metodami tedy není možné přizpůsobit chod recyklačních technologií okamžitým potřebám provozu, a tím například ušetřit provozní náklady na elektrickou energii a provozní chemikálie, nebo naopak předejít ekologickým škodám. Vývoj nových metod pro monitoring kritických parametrů odpadních vod v reálném čase je tedy nanejvýš žádoucí. Nové metody by přitom měly být nejen spolehlivé, ale zejména finančně dostupné. Cílem doktorské práce bude vyvinout a ověřit inovativní metody pro monitorování vlastností průmyslových odpadních vod v reálném čase s důrazem na provozní spolehlivost a finanční dostupnost. Práce bude zahrnovat vývoj a testování nových senzorů a zařízení, návrh adaptabilních monitorovacích systémů a použití algoritmů strojového učení pro zvýšení přesnosti předpovědí modelů a umožnění adaptivních reakcí na měnící se podmínky. Práce bude mít multidisciplinární charakter. Předpokládá se, že k naplnění cílů bude využita kombinace experimentálního výzkumu a matematického modelování s podporou strojového učení. Práce bude mimo jiné vyžadovat znalosti z oblasti hydrodynamiky, chemie životního prostředí, měření a regulace, elektrotechniky a programování.

    Školitel: Máša Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.

23. Inteligentní systém detekování vzdálenosti objektů pro autonomní vozidla

    Téma se bude zabývat rozšířením stávajících metod pro detekování vzdálenosti objektu pohybujících se okolo vozidla. Metoda bude založena na neuronových sítích, stereo kameře nebo lidaru a bude zaměřena na rychle určení vzdálenosti objektu v nepříznivých povětrnostních podmínkách, kde tato oblast je stále problémová pro řízení autonomního vozidla. Systém by byl postaven na produktech k tomu určených a testován v provozu.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

24. Inženýrská optimalizace pomocí smíšených náhradních modelů a bio-inspirovaných algoritmů

    Řešení složitých inženýrských problémů v moderní době je náročné především kvůli jejich numerickému modelování a analytické složitosti. Tato práce se bude zabývat využitím bioinspirovaných optimalizačních algoritmů s podporou náhradních modelů pro řešení rozsáhlých a výpočetně náročných optimalizačních problémů v oblasti topologické optimalizace.

    Školitel: Matoušek Radomil, prof. Ing., Ph.D.

25. Kompenzace pohybových zkreslení při zpracování hyperspektrálního obrazu

    Běžné barevné kamery rozdělují viditelnou část elektromagnetického spektra do tří spektrálních pásem. V případě, že kamera dokáže rozdělit snímané spektrum na desítky až stovky pásem, mluvíme o kameře hyperspektrální. Hyperspesktrální kamery s vysokým počtem pásem pracují obdobně jako řádkové kamery, tj. je nutné zajistit plynulý pohyb kamery nebo snímaného objektu, tak aby byl postupně zachycen celý snímaný objekt. Jakýkoliv pohyb navíc (ať snímaného objektu, nebo kamery) vede k nežádoucímu zkreslení výsledného obrazu. Těžištěm práce bude návrh metod, které tento typ zkreslení potlačí nebo odstraní.

    Školitel: Škrabánek Pavel, doc. Ing., Ph.D.

26. Komplexní topologické struktury vyráběné 3D tiskem pro intezifikaci přenosu tepla: Modelování a optimalizace

    Efektivní přenos tepla a optimální návrh tepelných výměníků patří mezi důležité oblasti související s účinností a ekonomičností široké řady zařízení, ve kterých dochází k tepelné výměně a její intenzifikaci. V minulosti byly technologie pro návrh a výrobu teplosměnných ploch omezeny na konvenční způsoby. V posledních letech však došlo k výraznému rozvoji aditivních technologií zahrnující 3D tisk kovových materiálů. Tento způsob výroby otevírá zcela nové možnosti výroby teplosměnných struktur s velmi komplikovanou topologií pro maximalizaci teplosměnné plochy (např. využití gyroidů). Cílem tématu bude vytvořit a validovat výpočtové modely pro simulaci tepelného chování komplexních struktur pro intenzifikaci přenosu tepla a tepelný výkon těchto struktur dále optimalizovat, např. pomocí soft computing metod. V tomto ohledu se předpokládá využití především přírodou inspirovaných algoritmů a metaheuristik, např. genetického algoritmu či optimalizace hejnem částic. Tyto metody mají totiž dle již publikovaných studií značný potenciál úlohy tohoto typu efektivně řešit. Tento výzkumný záměr je součástí aktuálně řešeného projektu MEBioSys (projekt výzvy OP JAK Špičkový výzkum). Dále je v úzké návaznosti na toto téma připravovan návrh projektu GAČR s předpokladem řešení od roku 2025. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k softwaru pro výpočtovou mechaniku tekutin (CFD), vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení. V rámci řešení tématu je také předpokládána aktivní účast studenta na experimentální části výzkumu (testování vyrobených tepelných výměníků a sběr dat pro validaci výpočtových modelů).

    Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

27. Mazání plastových ozubených převodů pomocí ekomaziv

    Cílem práce je objasnit utváření mazacího filmu v kontaktech ozubení pomocí experimentů v různých měřítcích od modelových kontaktů po záběr reálných ozubení. Nové trendy se zaměřují například na plastové ozubení s povlaky využívající maziva založené na vodě, nebo vodou mísitelných mazivech. Nové poznatky a technologie mají potenciál přispět k formování nové generace převodovek pro nižší až střední výkony s ekologickými mazivy, efektivní výrobou a provozem.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

28. Metamateriálové struktury pro morfovací aplikace

    Vývoj technologií aditivní výroby umožňuje vytvářet funkční strukturální metamateriály a integrovat pokročilé materiály do těchto tisknutelných struktur. Jedná se především o materiály s tvarovou pamětí a piezoelektrické materiály, které v rámci vyvinuté struktury jako celku dovedou změnit tvar a tuto morfovací operaci i snímat. Tyto metamateriálové struktury najdou uplatnění jak v letectví, tak i v robotických aplikacích.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

29. Modelování a algoritmizace logistických problémů

    Disertační práce bude zaměřena na identifikaci významných provozních parametrů při tvorbě dopravních plánů. Nově nabyté znalosti budou využity pro modelování variability v jednotlivých trasách a opakujících se celcích přepravního plánu. Jádro disertační práce bude tvořit formální popis navržených modelů a tvorba nových heuristických algoritmů zohledňující stochastický charakter vybraných vstupních dat. Kromě nově vzniklých aplikací budou výstupy práce využity pro rozšíření existujících aplikací (např. webové aplikace POPELKA), které jsou dlouhodobě na Ústavu procesního inženýrství vyvíjeny.

    Školitel: Šomplák Radovan, doc. Ing., Ph.D.

30. Modelování evakuace obyvatelstva v rizikových zónách

    S rozvojem průmyslu a výstavbou velkých celků roste potenciální nebezpečí ohrožení obyvatelstva při haváriích. S tím souvisí nutnost vytvořit plány evakuace obyvatelstva v katastrofou postižených oblastech. Obecně se dají rozlišit dva případy, kdy pro evakuaci musí být k dispozici dostatečný počet přepravních prostředků k evakuaci všech obyvatel v co nejkratším čase, v méně kritickém případě je možné obyvatele odvážet postupně s menším počet prostředků. Cílem práce je modelovat operace přepravy při evakuaci a minimalizovat její dokončení při zohlednění všech omezujících podmínek ve vztahu k dané oblasti a míře rizika, např. hustoty obyvatelstva, počtů a kapacity přepravních prostředků, vzdáleností svozových míst apod.

    Školitel: Šeda Miloš, prof. RNDr. Ing., Ph.D.

31. Modelování přechodového chování suspenzí v bodových kontaktech těles

    Práce je zaměřena na využití metod CFD/DEM k modelování chování suspenze vody a pevných částic ve vysoce zatížených kontaktech těles. Cílem je poskytnout teoretické vysvětlení přechodového chování souvisejícího s propadem tření v těchto kontaktech.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

32. Modelování tření v kontaktech technických plastů a kovů

    Cílem práce je pomocí MKP analýz a experimentů studovat třecí chování kontaktů technických plastů a kovů. Numericky bude řešen kontaktní problém styku poddajného tělesa s nerovnou deskou a výsledky porovnávány s experimenty. Budou využity nové experimentální přístupy, kde bude měřena plošné rozložení spáry mezi tělesy pomocí optických metod při současném záznamu tření. Výsledky mají potenciál nalézt uplatnění v širokém spektru aplikací, kde modelování a predikce kontaktů a tření mezi danými materiály je klíčové.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

33. Moderní metody řízení dronů za hranicí viditelnosti operátorem založené na principech Ad Hoc Flying Network

    Důležitým prvkem v implementaci bezpilotních prostředků v civilních i vojenských operacích je vzájemná komunikace a koordinace mezi drony. Tato může být významným faktorem pro zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti provozu a také efektivity nasazení při různých typech záchranných, průzkumných nebo monitorovacích operacích. Mezi aktuálně intenzivně rozvíjené obory patří Ad Hoc sítě umožňující decentralizovanou komunikaci a koordinaci skupin dronů. Cílem práce by měla být analýza možných způsobů implementace komunikace založené na FANET, návrh HW implementace a případné ověření v reálných podmínkách.

    Školitel: Juračka Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

34. Multidisciplinární vývoj materiálových struktur pro biomechanické aplikace

    Současný vývoj moderních materiálů a výrobních technologií, včetně aditivní výroby, umožňuje vytvářet nové konstrukce a postupy vývoje inženýrských aplikací. V kombinaci jednotlivých multioborových systémů lze vytvářet nové materiálové struktury, která mají využití v biomechanických aplikacích. Důraz je kladen na senzorické funkcionality biomechanických aplikací, které navazují na technologie digitálního dvojčete pacienta a aplikace telemedicíny.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

35. Multi-materiálový 3D tisk prostorově tvarovaných rozhraní

    Téma je zaměřeno na výzkum vlivu procesních parametrů na rozhraní dvou kovových materiálů vytvářených pomocí aditivního procesu laserové fúze práškového lože (LPBF) a popsání disperze napěťových vln a útlumu kinetické energie na těchto rozhraních. Práce je experimentálního charakteru a zahrnuje modifikaci zařízení, testování výrobních strategií a parametrů, studium rozhraní pro kombinace měděné slitiny (CuCr1Zr) a nerezové oceli (AISI 316L). Pro dosažení prostorově tvarovaných rozhraní se předpokládá popis jednoduchého rozhraní, sendvičových struktur až po složitější prostorové tvary.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

36. Multistabilní metamateriály proměňující tvar

    Téma práce se zaměřuje na studium přepínatelných meta-materiálů inspirovaných přírodními tvary, které jsou uspořádané do pravidelných mřížek a dosahují strukturální bistability. V rámci práce se předpokládá návrh meta-materiálových konfigurací s využitím nástrojů pokročilého výpočtového modelování s následnou výrobou aditivní technologií laserové fúze s práškovým ložem (L-PBF) a experimentálním testováním.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

37. NÁVRH AKTIVNÍHO SYSTÉMU PRO POTLAČENÍ TŘEPETÁNÍ

    S technologickým a materiálovým pokrokem se konstrukce letadel stává lehčí a pružnější. Tento vývoj přináší řadu výhod, například snížení spotřeby paliva či zvýšení letových výkonů, ale také problémy spojené s aeroelastickými jevy. Mezi těmito jevy vyniká třepetání neboli flutter jako jeden z nejnebezpečnějších. V minulosti se v konstrukční praxi letadel přistupovalo k dodržení návrhových doporučení při konstrukci letounu tak, aby k výskytu flutteru nedocházelo v rámci obálky provozních rychlostí letounu. S rozvojem návrhových a výpočetních metod však vznikaly nové možnosti cílené aeroelastické optimalizace konstrukce letounu, což umožňuje navržení hmotově efektivní konstrukce letounu při zajištění odolnosti vůči aeroelastickým jevům. Tento přístup se označuje jako pasivní potlačování vzniku aeroelastických jevů. Vedle tohoto přístupu stoupá zájem o vývoj systémů aktivního potlačení třepetání (active flutter suppresion - AFS). Tyto systémy mohou dynamicky zmírňovat účinky třepetání a umožnit tak návrh efektivnějších konstrukcí letadel při zachování bezpečnosti letu. Hlavním cílem této práce je prozkoumat oblast aktivního potlačení třepetání. AFS zahrnuje implementaci řídicích systémů, které aktivně potlačují oscilace vyvolané flutterem v reálném čase, čímž posunují vznik aeroelastické nestability k vyšším rychlostem letu. Práce bude zahrnovat komplexní zkoumání metodik AFS, včetně teoretických rámců a numerických simulací. Perspektivní návrh bude implementován do jednoduchého aeroelastického modelu (se dvěma stupni volnosti) pro testování v aerodynamickém tunelu. Pomocí toho modelu v kontrolovaném experimentálním prostředí bude umožněno spolehlivé ověření přínosů navrženého systému pro aktivní potlačení flutteru.

    Školitel: Juračka Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

38. Nevýfukové emise motorových vozidel

    Vaše disertační práce se bude zabývat aktuálním a důležitým tématem, které má přímý dopad na životní prostředí a veřejné zdraví. Emise z pneumatik a brzdových systémů představují významný zdroj znečištění, který je často opomíjen vedle tradičních emisí z výfukových systémů motorových vozidel. Tyto částice mohou mít různou velikost a chemické složení, což ztěžuje jejich monitorování a regulaci. Hlavním úkloem bude vývoj predikčních modelů pro uvolňování těchto částic.

    Školitel: Štětina Josef, prof. Ing., Ph.D.

39. Nová generace kloubních implantátů s využitím 2D nanomateriálů

    Cílem je výzkum a vývoj nové generace kloubních implantátů s využitím 2D nanomateriálů, které umožnují dosáhnout podmínky superlubricity a zajistit tak správnou funkci náhrady při extrémně nízkém součiniteli tření a téměř nulovém opotřebení. Obecně se předpokládá, že 2D materiály představují milník v mnoha inženýrských oblastech, přičemž biomedicínské inženýrství není výjimkou. Předpokládá se spolupráce jak s akademickou, tak komerční sférou, přičemž výstupem bude implantát nové generace, který bude splňovat požadavky biokompatibility a bude tak vhodný ke klinickým testům.

    Školitel: Nečas David, doc. Ing., Ph.D.

40. Optimalizace obslužnosti v síťových aplikacích

    V aplikacích, které z obslužných míst rozmístěných v rozlehlé oblasti zajišťující určité služby zákazníků, je typickou úlohou minimalizace těchto míst tak, aby každý zákazník měl alespoň jedno ze středisek v dostupné vzdálenost. Problém pokrytí, na nějž tato úloha vede, má pro množinu složitost O(2^n), kde n je počet daných míst a je nutné jej řešit heuristickými metodami pro "velké" instance problému. Úloha má však ještě složitější formulace, kdy je třeba uvážit i kapacity obslužných míst a požadavky zákazníků. V disertační práce bude cílem aplikovat obecné řešení problému v úlohách komunikace 5G mobilních sítí a ukládání dat v NoSQL databázích.

    Školitel: Šeda Miloš, prof. RNDr. Ing., Ph.D.

41. Optimalizace výkonových prvků elektromobilu pro snížení energetické náročnosti

    Téma se zabývá optimalizací výkonových prcků elektronického obvodu elektromobilu. Aktuální trend elektromobilů přináší i řadu problému. Jedním z nich je dojezdová vzdálenost a snahou je tento parametr elektromobilu zvyšovat. Proto je velice důležité se věnovat výkonové elektronice vozidla, kde dochází k významným ztrátám energie spínáním a vypínáním např. Mosfetů. Proto je zapotřebí se věnovat vývoji ať samotných elektronických prvků a zlepšovat jejich vlastnosti tak optimalizaci celého managementu řízení toku energie.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

42. Pokročilá diagnostika ložisek pro větrné elektrárny

    Větrné elektrárny (VE) jsou jedním z celosvětově rozšířených alternativních zdrojů elektrické energie. Snaha o maximalizaci účinnosti elektrárny vede k vysokým nárokům na konstrukci a zároveň je požadována vysoká spolehlivost všech konstrukčních částí. Mezi kritické součásti patří zejména ložiska hnacího ústrojí. Vzhledem k časově proměnlivému zatížení je obtížné stanovit spolehlivě jejich životnost a zároveň je třeba zabránit jejich havárii za provozu, neboť může dojít k poškození celé turbíny a vysokým škodám. Cílem práce je vývoj pokročilé prediktivní diagnostické metody pro sledování technického stavu ložiska VE s využitím metod nedestruktivního testování.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

43. Pokročilá laboratorní automatizace a zpracování dat ve zdravotnictví

    Automatizace a inteligentní zpracování dat je významným prvkem moderní laboratorní praxe. Automatizace laboratoří a zpracování dat ve zdravotnictví zahrnuje multidisciplinární strategické technologie. Cílem je navrhnout autonomní laboratoř pro daný druh provozu, v našem případě se zaměřením na analýzu krve a následné zpracování dat s podporou umělé inteligence. Práce bude probíhat ve spolupráci s FN Brno.

    Školitel: Matoušek Radomil, prof. Ing., Ph.D.

44. Pokročilá proaktivní multiparametrická on-line a off-line diagnostika elektrických pohonů strojních zařízení

    Téma dizertační práce je zaměřeno na řešení pokročilé proaktivní multiparametrické on-line a off-line diagnostiky elektrických pohonů strojních zařízení, směrodatné vyhodnocení získaných dat, uložení do internetu věcí a následné aktivní zpracování dat se zpětnovazebním vlivem na elektrický pohon a strojní zařízení. Získané výsledky budou verifikovány ve vybraných strojírenských firmách.

    Školitel: Hammer Miloš, doc. Ing., CSc.

45. Pokročilé metody detekci jízdních pruhů autonomních vozidel.

    Téma se bude zabývat rozšířením stávajících metod pro rozpoznávání jízdních pruhů na vozovce. Metoda bude založena na neuronových sítích a bude zaměřena na rychle rozpoznávání pruhů v nepříznivých povětrnostních podmínkách, kde tato oblast je stále problémová pro řízení autonomního vozidla. Systém by byl postaven na produktech k tomu určených a testován v provozu.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

46. Pokročilé metody rozpoznávání objektů pro autonomní vozidla

    Téma se bude zabývat rozšířením stávajících metod pro rozpoznávání objektu pohybujících se okolo vozidla. Metoda bude založena na neuronových sítích a bude zaměřena na rychle rozpoznávání objektu v nepříznivých povětrnostních podmínkách, kde tato oblast je stále problémová pro řízení autonomního vozidla. Systém by byl postaven na produktech k tomu určených a testován v provozu.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

47. Pokročilé odpružení sjezdového kola

    Cílem práce bude vývoj systému inteligentního odpružení horských elektrokol. Současné komerčně nabízené elektricky řízené systémy odpružení na kolech nevyužívají potenciál rychlé semiaktivní regulace. Současné systémy tak pouze umožňují automatické ovládání ventilů, které se u starších modelů musely nastavovat ručně. Kvalitou jízdy ale tyto elektricky ovládané tlumiče nejsou schopny zajistit lepší jízdní vlastnosti. Rychlé semiaktivní tlumení s magnetoreologickými tlumiči umožňuje kvalitativní posun v dosažitelném pohodlí jízdy a přítlaku kola na vozovku. V současnosti probíhá vývoj demonstrátorů jednotlivých komponent. Tyto komponenty ale bude nutné integrovat do celého funkčního systému a experimentálně ověřit funkčnost. Těžiště práce bude zejména ve zjištění omezujících vlastností reálných prvků systému (tlumiče, senzory atd.) a následnému návrhu optimálního řízení systému.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

48. Postupy a nástroje pro plánování systému nakládání s odpady z nových zdrojů energie

    Očekávaný strmý rozvoj technologií souvisejících s novými zdroji energie jako náhrady výroby energie ze zdrojů fosilních bude znamenat také nárůst produkce nových druhů odpadů. Tyto odpady budou vznikat při výrobě inovativních technologií a zejména pak na konci jejich života. Pro efektivní nakládání s těmito odpady bude potřeba monitorovat penetraci zdrojů na trhu, prognózovat výskyt odpadů a nastavit efektivní zpracovatelské a logistické řetězce (tzv. reverzní logistika). V souladu s hierarchií nakládání s odpady je preferována recyklace těchto dopadů, která umožňuje nahradit primární suroviny surovinami druhotnými. Disertační práce se zaměří na vybrané odpadové proudy související využitím a koncem života nových zdrojů energie a navrhne postupy pro jejich systematické sledování ve vybraném území. Důraz bude kladen na hodnocení potenciálu jejich recyklace. Základem bude podrobná analýzu dostupných dat, která může být v případě potřeby doplněna postupy rozšíření informační základny pomocí terénních prací. Práce bude současně využívat a dále rozvíjet nástroje dříve vytvořené na Ústavu procesního inženýrství. Postup řešení: • Seznámení se se současnými postupy sledování toku vybraných proudů. • Výběr perspektivních materiálových toků pro provádění analýz. • Návrh a aktivní účast na sběru dat v terénu. • Návrh inovativních postupů pro efektivní využití potenciálu recyklace analyzovaných toků.

    Školitel: Pavlas Martin, doc. Ing., Ph.D.

49. Predikce opotřebení dentálních výplňových materiálů při čištění zubů

    Výzkum je zaměřen na analýzy opotřebení dentálních výplňových materiálů v důsledku čištění zubů pomocí zubního kartáčku a zubní pasty při každodenní ústní hygieně. Jedná se o experimentální práci, ve které budou diskutovány zejména vlivy materiálu zubní výplně, tvaru zakončení a tvrdosti vláken kartáčku, abrazivity zubní pasty či vliv použití manuálního a elektrického kartáčku.

    Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.

50. Predikce poruch vozidle pomocí Deep learning

    Téma se zabývá detekcí a predikcí poruch ať vozidla jako celku nebo jednotlivých komponent. K aktuálnímu trendu propojování vozidel, sbírání informací a vytváření chytrých měst je potřeba vhodně predikovat poruchy ať různých zařízení tak i vozidel. Proto je nutné stávající metody dále rozvíjet nasazením umělé inteligence a různých přístupů strojového učení jako Deep learning. Důležitým aspektem je přesnost predikce a s tím spojené náklady. Proto by nové přístupy byly testovány jak experimentálně, tak virtuálně.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

51. Přechodové jevy ovlivňující tření v bodových kontaktech

    Cílem práce je poskytnout experimentální důkaz o přechodovém chování bodových kontaktů za přítomnosti suspenze vody a pevných částic v okamžiku propadu tření a vysvětlit povahu tohoto jevu na základě optického pozorování kontaktu. Důraz je kladen na popis rozsahu tohoto problému ve smyslu provozních podmínek a reologických parametrů suspenze.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

52. Rozvíjení metod odhadu hloubky z dvourozměrných obrazových dat

    Obrazová data zachycená běžnou kamerou s maticovým snímačem poskytují pouze dvourozměrnou reprezentaci trojrozměrné reality. Pro některé aplikace je však klíčová i znalost třetího rozměru, tedy hloubky. Pro tento účel bylo navrženo několik metod, které umožňují odhad hloubky z dvourozměrných obrazových dat. Tyto metody se liší jak způsobem sběru dat, tak i jejich následným zpracováním, přičemž oba tyto aspekty zásadně ovlivňují jejich použitelnost v praxi. Mezi jednotlivými metodami existují výrazné rozdíly v množství potřebných dat, přesnosti odhadu, výpočetní náročnosti i pořizovacích nákladech. Žádná z dosud používaných metod však není jednoznačně nejlepším řešením z hlediska všech těchto parametrů. Oblast odhadu hloubky z dvourozměrných obrazových dat tak nabízí významný prostor pro inovace, ať už ve formě modifikace stávajících řešení s cílem zlepšit jejich klíčové vlastnosti, nebo v podobě návrhu zcela nových metod. Oba tyto přístupy přestavují možné těžiště práce.

    Školitel: Škrabánek Pavel, doc. Ing., Ph.D.

53. Sofistikované testování mechatronických systémů

    Téma se zabývá sofistikovaným testováním mechatronikých systémů. Každý vývoj mechatronických systémů v sobě obsahuje obrovské množství testů složených TC a TP a vše je spojeno přes V digram. To přináší velký přínos v hledání chyb, ale také stále vysokou cenu vývoje a čas vývoje. Proto se řada vývojářů v této oblasti snaží standartní přístup v podobě V digramu optimalizovat, aby se snížily náklady a čas, ale zároveň bezpečnost mechatronických systémů se zvyšovala. Proto je potřeba tyto metody a přístupy testování dále rozšiřovat a optimalizovat využitím umělé inteligence.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

54. Superlubricita kloubní chrupavky

    Cílem výzkumu je tribologický a biochemický popis principů superlubricity kloubní chrupavky. Metodicky se jedná o experimentální práci založenou na využití kombinace biotribologických simulátorů a fluorescenční mikroskopie. Předpokládá se vývoj věrného tribologického modelu synoviálního kloubu reprezentujícího biologický systém a následná realizace experimentálních analýz zaměřených na vizualizaci mazacího filmu včetně vývoje součinitele tření v čase.

    Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.

55. Systémový přístup ke zvyšování kvality obrobených součástí

    Téma je zaměřeno na výzkum pokročilých možností hodnocení kvality povrchu po třískovém obrábění. Cílem je vyvinout metodiku monitoringu a vyhodnocování profilových i plošných parametrů textury povrchu v souladu s trendy digitalizace průmyslových procesů a efektivity výroby.

    Školitel: Jankových Róbert, doc. Ing., CSc.

56. Testování autonomních vozidel a ADAS systémů

    Vývoj autonomních vozidel je spjat s nárustem nutnosti jejich testování v takovém rozsahu, že se bez automatizace testů a virtuálního testování nebude možné obejít. Tématem práce je vývoj nástrojů a metod testování autonomních vozidel a ADAS systémů. Konkrétně je výzkumná a vývojová činnost v rámci tohoto tématu zaměřená na matematické modelování vozidla, na efektivní vytváření virtuálního prostředí, ve kterém se modelované vozidlo pohybuje a na sdílení informací mezi různými nástroji používanými v průběhu vývoje a testování vozidla prostřednictvím standardizovaných formátů dat.

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

57. Topologická optimalizace aditivně vyráběných chladičů

    Téma je zaměřeno na vytvoření metodiky navrhování nové generace aditivně vyráběných tepelných výměníků, využívajících strukturované materiály, splňujících veškeré pevností požadavky při minimalizaci hmotnosti a zároveň umožňujících řídit distribuci chladícího média dle potřeb konkrétní aplikace. Vrámci řešení tématu se předpokládá úprava stávajících algoritmů multiúrovňové topologické optimalizace pro účely výměny tepla. Algoritmus by měl nově umožňovat vedle změny tuhosti vrámci jedné komponenty také lokální řízení chladícího výkonu. Experimentální vzorky i funkční díly budou realizovány prostřednictvím kovové aditivní technologie SLM a informace o proudění a tepelných vlastnostech struktur budou získány ze spolupráce s Ústavem procesního inženýrství.

    Školitel: Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D.

58. Transport inhalovaných aerosolů v modelech lidských plic

    Mechanika proudění inhalovaných částic v postupně se větvících kanálech má uplatnění v mnoha oblastech. I konkrétní aplikace v dýchacích cestách je dvojí, jednak ochrana plic před škodlivými částicemi (ať už nanočástice, azbestová vlákna, nebo bioaerosoly), a dále také doprava léčiv pro inhalační léčbu. Práce má interdisciplinární charakter a vyžaduje kombinovat poznatky strojního inženýrství, chemie, matematiky, biologie a farmacie. Cílem je vyvinout přesné modely pro výpočet transportu a zejména dopraveného množství částic do konkrétních oblastí plic. Předpokládá se spolupráce se zahraničními pracovišti, např. University of Delaware, Centre for Energy Research Budapešť a další.

    Školitel: Lízal František, doc. Ing., Ph.D.

59. Virtuální prostředí pro testování autonomie.

    Téma se zabývá vývojem virtuálního prostředí pro testování autonomních vozidel nebo jejich snímačů. Trend autonomních vozidel přináší řadu úskalí, a to v podobě bezpečnosti. To je výzvou pro vývojáře, kdy jim pomáhá standart ISO/PAS 21448 SOTIF, aby bezpečnost takovýchto autonomních vozidel nebo jejich asistenčních systému ADAS byla zvýšena. S tím souvisí testování autonomních vozidel ve virtuálním prostředí. Proto je potřeba aktuální metody a přístupy rozšiřovat. A vyvíjet takové virtuální prostředí zahrnující různé scénáře pro testování ať celého autonomního systému nebo jednotlivých snímačů jako jsou kamery, lidary, radary atd.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

60. Virtuální svět okolo autonomních vozidel

    Téma se zabývá vytvářením virtuálního světa okolo autonomních vozidel. Pro aktuální trend autonomních vozidel, je zapotřebí dostatečně přesně predikovat trajektorie objektů okolo autonomně řízeného vozidla. Dále je nutné sledovat další aspekty pro řízení jako jsou křižovatky, značky, jízdní pruhy atd. Z těchto informací je potřeba vytvářet dostatečně přesný virtuální svět okolo vozidla. To znamená kombinací výpočtových modelů vozidel, objektů a dalších informací rozšiřovat metody pro ucelené a přesnější vnímání okolí.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

61. Vliv betonového základu na vlastnosti CNC obráběcího stroje.

    Při instalaci CNC obráběcího stroje na jeho základ, který je vybudován u zákazníka, se neuvažuje jak tento ovlivňuje některé jeho budoucí vlastnosti. Jedná se zejména o přesnost obrábění, nebo také o odolnost vůči samobuzenému kmitání po jeho připevnění k betonovému základu. Přišroubováním stroje k základu není dostatečně známo, pro různé velikosti strojů jak došlo k ovlivnění výše uvedených vlastností. Cílem práce bude pro zvolený druh a typ obráběcího stroje ověřit jakou roli hraje způsob a druh připevnění k základu. Dále jakou roli hraje topologie nosné soustavy, případně, zda se nevyskytují jiné doposud neznáme vlivy.

    Školitel: Marek Jiří, prof. Dr. Ing., Ph.D., DBA, FEng.

62. Vliv nestacionárního elektrického pole na chování iontových kapalin

    Cílem je objasnit mechanismus utváření mazacího filmu ve vysoce zatížených kontaktech mazaných iontovými kapalinami za působení nestacionárního elektrického pole. Jedná se o experimentální práci založenou na využití kolorimetrické interferometrie, jejíž součástí je vývoj experimentálního simulátoru pro měření tření, tloušťky a teploty maziva.

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

63. Výpočtové modelování proudění tekutin a přestupu tepla ve vnitřních prostorech rotačních strojů

    Cílem práce je popsat proudění směsí tekutin a jejich interakce s vnitřními stěnami rotačních strojů. Výzkumné činnosti zahrnují výzkum fyzikální podstaty interakce tekutiny s pohyblivou a nepohyblivou stěnou a vývoj a aplikaci vhodných numerických metod pro popis tohoto fyzikálního děje. Předpokládá se využití výpočtové dynamiky tekutin (CFD) v rámci komerčních softwarů (ANSYS FLUENT, ANSYS CFX apod.) s následným ověřením pomocí cíleného technického experimentu na zkušebním stavu. Ověřený výpočtový model bude následně aplikován reálné pohonné jednotky a jejich subsystémy jako například elektrické pohonné jednotky, elektrické kompresory nebo turbodmychadla. V průběhu studia se předpokládá úzká spolupráce s průmyslovým partnerem a reálné uplatnění výsledků práce. Součástí studia jsou dlouhodobá stáž na světově významném výzkumném pracovišti v zahraničí, pravidelná účast na mezinárodních konferencích v oboru a publikace v odborných časopisech.

    Školitel: Novotný Pavel, prof. Ing., Ph.D.

64. Využití AI pro zvýšení efektivity při optimalizaci konstrukčního návrhu defoelementu u osobních vozidel

    V rámci testování osobních automobilů je vykonávána řada crash testů, přičemž při čelním testu je jedním z klíčových prvků deformační element. Defoelement je klíčový zejména pro bezpečnost posádky za účelem snížení dopadu zrychlení při nárazu na jejich zdraví. Při jeho konstrukci a následné optimalizaci je nutné vzít v úvahu celý koncept vozidla a proto je navrhován pro každou modelovou řadu vozidla. Vzhledem k nutnosti realizace technického experimentu a odladění výpočtového modelu včetně materiálových charakteristik jsou klíčové znalosti inženýra. Vzhledem k již vykonanému velkému množství simulací a technických experimentů, je možné tyto informace využít pro návrh nové koncepce deformačního elementu s využitím nestandardních materiálů či výrobních přístupů. Pro účely návrhu je možné využít prvky umělé inteligence a tím významnou měrou snížit časovou náročnost řešení z pohledu inženýrského času. Vyuziti AI/ML technik pro trenovani plochy odezvy multiparametrickeho materialoveho modelu, a akceleraci inference natrenovaneho modelu. Provest analyzu PINN reseni optimalizacni ulohy s prihlednutim k transferu uceni dilcich reseni, bude-li dosazitelna na dostupném HW. Cílem disertační práce je návrh a optimalizace defoelementu pro osobní automobily na základě nízko a vysokorychlostního komponentního testu a následného kompletního crash testu včetně začlenění rozptylu vstupních parametrů a v neposlední řadě i výrobních nákladů.

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

65. Využití strojového učení při zpracování dat vibrodiagnostiky železničních vozidel

    Prediktivní identifikace poruch a opotřebení je klíčovým aspektem pro bezpečný a efektivní provoz železničních vozidel. Metody strojového učení jsou využitelné k trénování modelu z dat a zobecňování na doposud nezměřená data. Cílem práce je natrénovat model s využitím strojového učení na datech získaných z podvozku železničního vozidla. Výsledný model poté bude nasazen k prediktivní údržbě železničního podvozku.

    Školitel: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.

66. Vývoj adaptronického systému založeného na metamateriálové struktuře

    Adaptronické systémy integrují v mechanické konstrukci senzorické a aktuační prvky, které umožnují řízenou změnu odezvy takového systému na mechanické buzení. Vývoj technologií aditivní výroby umožňuje vytvářet nové funkční strukturální materiály, které mohou integrovat piezoelektrické prvky pro senzorickou a aktuační funkcionalitu. Vyvinutý adaptronický systém umožní elektricky měnit mechanické vlastnosti takové struktury. Vyvinutá multimateriálová struktura bude reprezentovat metamateriálové buňky a celá struktura bude vyvíjena s cílem maximalizovat změnu elektro-mechanických vlastností takovéto konstrukce.

    Školitel: Hadaš Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

67. Vývoj diagnostických metod pro testování aktivních odpružení

    S rozvojem elektromobilty a zvyšováním požadavků na komfort a bezpečnost osobních vozidel a motocyklů se lze stále častěji setkat s aktivně řízeným odpružením podvozku. Takový podvozek může přizpůsobit své vlastnosti provozním podmínkám. Jestliže se jedná o semi-aktivně řízené odpružení, může řídicí algoritmus nejen reagovat na okamžité podmínky při jízdě ale také kompenzovat menší, nebo pomalu se rozvíjející opotřebení částí odpružení, např. tlumičů. V současnosti není k dispozici zkušební metoda, která by umožňovala posuzovat správnou funkci aktivně řízených odpružení. Cílem práce by byl vývoj metody, která by umožnila diagnostikovat správnou funkci odpružení a případně odhalit některé běžné závady, např. zvýšené opotřebení tlumiče apod.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

68. Vývoj magnetoreologického systému tlumení rázových dějů pro armádní aplikace

    V armádních aplikacích je důležitým požadavkem efektivní utlumení rázového zatížení. Může se jednat o tlumení zákluzů děl, tlumení sedaček při výbuchu či pádu stroje, a další. Publikované práce ukazují, že nasazení magnetoreologického (MR) systému odpružení spolu se semi-aktivním řízením může být významný posunem vtéto oblasti. Pro tyto aplikace je typické, že se pístové rychlosti pohybují vjednotkách m/s a dosahuje se vysokých tlumících sil. Jedná se tedy o poměrně extrémní pracovní podmínky pro tlumiče. Těžiště práce bude zejména voblasti popisu chování MR kapaliny ve vysokých rychlostech a následná aplikace těchto poznatků do konstrukce magnetoreologického tlumiče. Důležitou oblastí bude i problematika návrhu senzorů a způsobu řízení. Cílem práce tedy bude vývoj a experimentální ověření MR systému odpružení pracujících za vysokých pístových rychlostí.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

69. Vývoj měřicího systému pro monitoring a ochranu rostlin

    Trend efektivního využívání přírodních zdrojů ovlivňuje celou řadu odvětví, mezi které patří také zemědělství. Pro správný růst rostlin je nutné zvolit vhodně způsob zavlažování tak, aby nedocházelo k nedostatečnému zalití, či naopak přelití rostliny a případnému plýtvání vodou. K rozhodnutí, zda rostlina potřebuje zálivku je třeba znát její aktuální kondici. Jak ukázaly předchozí výzkum, kondici rostliny lze spolehlivě monitorovat s využitím metody akustické emise (AE), která vznikla jako citlivá metoda pro diagnostiku únavového poškození ložisek. Na základě dat získaných ze snímačů AE lze rozhodovat o zálivce a případně i dávkování dalších půdních živin apod. K rozhodnutí lze využít také řízení s pomocí AI. Automatizované řízení pak lze užít pro automatizované zavlažovací systémy skleníků či např. pro hydroponii apod. Cílem práce je pak vývoj vhodné měřicí metody, které dovolí spolehlivý monitoring a vývoj algoritmu pro hodnocení získaných dat.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

70. Vývoj pevné mazací vrstvy se zvýšenou odolností vůči vlhkosti

    Cílem je vyvinout inovované pevné mazací vrstvy, které se používají pro mazání ve vakuových a kryogenních aplikacích, se zvýšenou odolnosti vůči provozu ve vlhké vzdušné atmosféře. Záměrem je experimentálně studovat vliv dopovaných pevných mazacích vrstev na tření a opotřebení s prostředí cyklických změn vlhké a inertní atmosféry. Budou použity originální optické metody pro on-line hodnocení povrchů během testu. Pevné mazací vrstvy budou realizovány ve spolupráci s dalšími pracovišti.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

71. Vývoj uložení hřídele s nízkými ztrátami

    Cílem práce je vyvinout demonstrátor uložení hřídele s nízkými třecími ztrátami využívající prvků superlubricity. Požadavkem je dosáhnout nízkého tření v širokém spektru otáčkových frekvencí. Práce navazuje na předchozí výzkum. Práce kombinuje experimentální výzkum a vývoj na úrovni kontaktu a laboratorní testování komponenty. Poznatky přispějí k vývoji nové generace technických řešení, které mají potenciál být využity v průmyslu v příštích desetiletích.

    Školitel: Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D.

72. Vývoj 3D tištěného implantátu pro lokální náhrady kloubní chrupavky

    Podstatou výzkumu je tribologický popis chování nově vyvíjených implantátů pro lokální náhrady defektů kloubní chrupavky. Jedná se o experimentální práci založenou na využití kombinace univerzálních tribologických simulátorů, unikátních biotribologických simulátorů a optických metod. Předpokládá se testování vhodných biokompatibilních materiálů jako jsou slitiny titanu vyrobených aditivní technologií Selective Laser Melting, slitiny CoCrMo a moderních biomateriálů jako je PEEK či hydrogel.

    Školitel: Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D.

73. Výzkum a vývoj umělé kloubní chrupavky na bázi hydrogelu

    Cílem je výzkum, vývoj a komplexní popis materiálu na bázi hydrogelu, který lze potenciálně využít jako náhradu kloubní chrupavky. Jedná se o experimentální práci založenou na využití kombinace biotribologických simulátorů při současném studiu mechanických a viskoelastických vlastností. Výstupem bude materiál, kterým bude možné alespoň částečně nahradit kloubní chrupavku bez nutnosti zavedení kloubní náhrady.

    Školitel: Nečas David, doc. Ing., Ph.D.

74. Výzkum hydrodynamické kavitace a superkavitace pro zařízení pro úpravu vody CaviPlasma

    Zařízení CaviPlasma kombinuje hydrodynamickou kavitaci a nízkoteplotní plazmový výboj pro čištění odpadní vody od biologických polutantů (bakterie, sinice) ale také zbytků léčiv, antikoncepce, pesticidů atd. Cílem dizertační práce je optimalizace hydraulické části, tj. výzkum optimálního generování kavitace resp. superkavitace pro zajištění efektivní eliminace kontaminantů. Bude využita kombinace výpočtového modelování proudění a experimentálního výzkumu v hydraulické laboratoři s využitím vysokorychlostní vizualizace proudění. Práce bude navazovat na rozsáhlý předchozí výzkum.

    Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

75. Výzkum tenkých hydrostatických filmů zohledňující komplexní vliv klíčových faktorů

    Cílem je vyvinout experimentálně ověřený numerický model popisující průtokové a výkonnostní parametry v úzkých spárách velkorozměrných hydrostatických uložení s uvažováním vlivů elastické deformace, geometrických chyb, asymetrického zatížení, termálních efektů a řízení průtoku.

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

76. Výzkum vzniku a šíření hluku v kolejové dopravě

    Hluk vznikající za provozu kolejových vozidel je stále aktuálním společenským problémem. Jedním z hlavních zdrojů silných hlukových projevů je kontakt kola a kolejnice. V případě nepřiznivých provozních podmínek může dojít k nadměrnému příčnému rozkmitání kola, které vede k vyzáření silného akustického signálu. Ačkoliv již byly popsány některé hypotetické mechanismy, jak hluk v kontaktu kola a kolejnice vzniká, stále nebyla celá řada jevů uspokojivě prozkoumána. Zejména v souvislosti s moderním přístupem řízení adheze na rizikových traťových úsecích díky aplikaci tekutých či pevných látek na povrch či boky kolejového svršku. Cílem práce je zkoumání vlivu provozních podmínek v modifikovaném kontaktu na výskyt nežádoucího hluku a jeho šíření do okolí.

    Školitel: Klapka Milan, doc. Ing., Ph.D.

77. V2X v oblasti elektromobilů

    Téma se zabývá vývojem v oblasti komunikace vozidle s čímkoliv dalším. Aktuální trend Internetu věcí, chytrých měst a V2X přináší výzvu pro vývojáře, kde mohou nastat problémy z hlediska bezpečnosti nebo jaké informace předávat a jak s nimi mají vozidla pracovat. Této problematice pomáhá zavádění 5G sítí a tím je potřeba stávající metody dále rozšiřovat, nebo vymýšlet nové přístupy a využití v oblasti autonomních vozidel a elektromobilů. To znamená například V2X v oblasti komunikace s dobíjecími stanicemi, rezervace volných dobíjecích míst atd.

    Školitel: Kučera Pavel, doc. Ing., Ph.D.

78. Zvyšování výkonnostních parametrů hydrostatického ložiska

    Cílem je výrobní a výkonnostní optimalizace geometrie kapsy a buňky velkorozměrového hydrostatického ložiska pomocí CFD simulace s experimentálním ověřením. Jedná se o výzkumnou experimentální práci vedoucí ke snížení ztrátového součinitele a energetické náročnosti hydrostatických uložení.

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

79. 3D tisk magnetických obvodů

    Cílem tématu je výzkum a vývoj strukturovaných magnetických obvodů vyráběných metodou 3D tisku. Konstrukce magnetických obvodů bude založena na patentované technologii odboru Technické Diagnostiky (EP3373311). Tato technologie umožní vývoj vysoce efektivních magnetických obvodů. Vývoj lze směřovat do několika oblastí jako například elektromagnetické aktuátory, ventily či senzory.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

80. 4D tisk magneticky aktivních materiálů

    V současné době probíhá intenzivní výzkum a vývoj v oblasti magneticky aktivních elastomerů či hydrogelů, které je možné vyrobit za pomocí tzv. 4D tisku. 4D tisk je nová a zcela unikátní technologie, která umožní tisknout dynamické 3D struktury schopné měnit svůj tvar v průběhu času. Cílem tohoto tématu je vývoj zařízení a metodiky 4D tisku magneticky aktivních elastomerů a hydrogelů. Součástí práce bude i aplikace této technologie na problematiku mikro robotiky.

    Školitel: Kubík Michal, doc. Ing., Ph.D.

2. kolo (podání přihlášek od 16.09.2024 do 27.10.2024)

1. Digitální dvojče výrobního procesu pro optimalizaci energetické náročnosti výroby

   Téma je zaměřeno na vývoj digitálního dvojčete výrobního procesu, které bude zahrnovat nástroje pro predikci spotřeby energie daného výrobního procesu a posuzování energetické náročnosti výrobních prostředků. Důraz bude kladen na využívání obnovitelných zdrojů energie při zohlednění chování trhu a požadavků zákazníků.

   Školitel: Blecha Petr, doc. Ing., Ph.D., FEng.