DIVERSE PROSJEKTOPPGAVER

Transkript

1 NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Fakultet for informasjonsteknologi, og elektroteknikk Institutt for teknisk kybernetikk DIVERSE PROSJEKTOPPGAVER - Dette dokumentet omfatter oppgaver innen temaene biomedisinsk kybernetikk robotteknikk signalbehandling innvevde datasystemer (embedded) Enkeklte oppgaver overlapper med mer enn ett av temaene. Jeg vil også være involvert som veileder på en del andre oppgaver innen biomedisisnk kybernetikk, for detaljer om disse oppgavene se denne nettsiden: De fleste av oppgavene kan fortsettes i form av en masteroppgave kommende vår hvis ønskelig. Øyvind Stavdahl, april 2019 Side 1 av 6

2 Biomedisinsk kybernetikk En av menneskekroppens viktigste funksjoner er å skaffe oksygen til cellenes forbrenning, og å kvitte seg med karbondioksid og andre forbrenningsprodukter. Gassutveksling mellom blodet og pustegassen (f.eks. luft) foregår i lungene, mens hjertet og blodkarene besørger oksygentransport til og CO 2 -transport fra kroppens ulike organer.oppgavene nedenfor er knyttet til modellering og regulering av dette systemet. Oppgavene er knyttet tett opp mot pågående forskning ved NTNU/St.Olavs Hospital, og vil gi studenten erfaring i tverrfaglig akademisk arbeid. Modellering og estimering av menneskets respirasjonssystem Det foreligger ulike dynamiske modeller for sammenhengen mellom pustefrekvens, sammensetningen av pustegassen og blodets metning mhp. O 2 og CO 2. Vil tilbyt et antall oppgaver i tilknyting til dette, som bl.a. omfatter - Studium av observerbarheten til disse modellene med hensyn på parametre og tilstander - Utprøving av ulike metoder for å estimere systemparametre og dynamiske tilstander (Kalmanfilter/observere m.m.) basert på måleserier fra dyreforsøk. Passer for studenter med interesse for systemteori generelt, modellering, estimering og modellvalideing spesielt. Interesse for biomedisinsk kybernetikk er en fordel, men ingen absolutt forutsetning. eller Maria V. Ottermo. Estimering av hjertefrekvens og variabilitet under ulike oksygeneringsregimer For pasienter med nedsatt lungefunkskjon, f.eks. KOLS-pasienter, er det vanskelig å få nok oksygen og å kvitte seg med karbondioksyd. Dette gir nedsatt livskvalitet og økt risiko for sekundære lidelser. For bedre å forstå hvorodan kroppen reagerer på nedsatt lungefunksjon, og for bedre å kunne avdekke når en pasient trenger justering i oksygentilførselen, skal du i denne oppgaven studere hvordan hjertefrekvens og variasjon i denne frekvensen avhenger av oksygentilgang, pustefrekvens og andre parametre. Arbeidet vil kunne bidra til økt livskvalitet for en stor gruppe mennekser. Oppgaven passer for en student med interesse for generell signal- og dataanalyse, systemidentifikasjon og parameterestimering. eller Maria V. Ottermo. Side 2 av 6

3 Biomedisinsk kybernetikk/robotteknikk Robotbasert treningsmaskin for nakkeslengskadde Institutt for maskinteknikk og produksjon (IMP) lager i samarbeid med et fysikalsk institutt en treningsmaskin for nakkeslengskadde. Maskinen er basert på en robotarm. Teamet, som blant annet består av prosjektstudenter fra nevnte institutt, har behov for en kybernetikkstudent som kan delta i arbeidet med programmering og integrasjon av roboten. Prosjektet passer for en student med interesse for robotteknikk og programmering. (ITK) eller Knut E. Aasland (IMP). Side 3 av 6

4 Robotteknikk/Slangeroboter Sensorstyrte slangeroboter (Perception-Driven Obstacle-Aided Locomotion for Snake Robots) Stadig utvikling innen sensorteknologi muliggjør gir stadig nye styringsstrategier for slangeroboter. På samme måte som en biologisk slange intuitivt og ubevisst bruker en mengde sensorisk informasjon (som berøringsfølelse i huden, vinkel- og hasithetssensorer i leddene, kraftsensorer i musklene etc.) til å komme seg effektivt fram i verden, vil en godt instrumentert slangerobot i prinsippet ha mulighet til å utnytte omgivelsene på samme måte for å oppnå optimal fremdrift. Velprøvde, fysikkbaserte teknikker for sensorbasert styring av robotmanipulatorer kan tilpasses frittgående slangeroboter og gi fundamentale fordeler i forhold til alternative ad hoc-metoder. I denne oppgaven skal du delta i tilpasning av slike teknikker og prøve ut resultatet på en simulert slangerobot. Oppgaven passer for en student med interesse for og kompetanse innen modellering og styring av roboter. Hovedfokuset blir på klassisk robotteori (kinematikk, dynamikk) og utvikling av egnede parametriseringer. Oppgaven bygger på et tidligere studentprosjekt innen samme tema. Her er det betydelig potensial for å produsere publiserbare vitenskapelige resultater, og problemstillingen bør derfor være meget aktuell for studenter som ser for seg en forskerkarriære med PhD-studium etter endt mastergrad. Dette er imidlertid ingen forutsetning for å kunne gjøre oppgaven. Path Planning for Perception-Driven Obstacle-Aided Locomotion of Snake Robots A number of different prinsciples for snake robot locomotion have been proposed and tested. In this project you will exploit this existing knowledge to generate optimal paths/trajectories for a snake robot in a given environment. Eventually the result will be integrated as a path planning module in the department s existing SnakeSIM simulation&rapid prototyping framework. The assignment is suitable for students with interests in programming, simulation and practical/theoretical robot control. Side 4 av 6

5 Signalbehandling Modified Empirical Mode Decomposition Teknikken kjent som Empirical Mode Decomposition, EMD (Hilbert-Huang-transformen) har vist seg å være svært godt egnet til å dekomponere komplekse signaler i komponenter som stammer fra ulike underliggende prosesser. Metoden minner litt om Fouriertransformen, men istedenfor å dekomponere signalet i sinus-komponenter med konstant amplitude og frekvens, lar EMD oss skille ut komponenter som kan variere både i amplitude og frekvens over tid. En ulempe er imidlertid at denne transformen ikke gir entydige resultater, blant annet fordi et mellomliggende trinn i algoritmen benytter en splines-metode for å approksimere signalets amplitudevariasjon. I denne oppgaven skal vi teste alternative metoder for estimering av amplitudevariasjon, som f.eks. Kalman Smoothing, og studere hvordan dette påvirker metodens egenskaper. Oppgaven passer for en student med interesse for modellering, signalbehadling og programmering. Side 5 av 6

6 Innvevde datasystemer (embedded) Automatisert vanningssystem for bonsai-trær Bonsai er navnet på en asiatisk kunstart der selve kunstverket er et miniatyrtre som lever i ei lita potte. En bonsai kan bli flere hundre år gammel, det kan ta flere tiår før et nytt tre er «ferdig trent», og velutviklede trær selges for svimlende summer (planten på bildet t.h. har f.eks. en utsalgspris på nesten NOK, trær på flere hundre år er nærmest ubetalelige). Som levende organismer må disse kunstverkene vannes regelmessig (typisk daglig) for ikke å bli ødelagt. Bonsai begynner å bli populært som hobby også i Norge, og det er behov for utstyr som kan sørge for forutsigbar vanning i perioder der eieren selv er forhindret fra å stelle treet (i ferier etc.). I denne oppgaven, og evt. påfølgende masteroppgave, skal du kartlegge kravene til et slikt automatisk vanningssystem og konstrukere en prototype som kan testes ut. Arbeidet kan typsk omfatte enkel mekanisk konstruksjon og 3D-printing, valg av sensorer, aktuatorer og prosessorkort, samt utvikling av styringsprogrammer og brukergrensesnitt. Passer for en student med litt erfaring med eller interesse for «hobbyprosjekter» og små mikrokontrollerbaserte systemer. Side 6 av 6