Student projects: Difference between revisions
No edit summary |
No edit summary |
||
Line 10: | Line 10: | ||
<!-- This is a comment ---> | <!-- This is a comment ---> | ||
== Eksperimentaalne materjaliteadus == | == Eksperimentaalne materjaliteadus == | ||
===Süsinik elektroodidega polümeersed täiturid=== | |||
=== IPMC täiturid mikrovedelike juhtimissüsteemides=== | |||
===Tekstiilikiudude märgumisvastase tehnoloogia (gore-tex) analüüs skaneeriva elektronmikroskoobiga=== | ===Tekstiilikiudude märgumisvastase tehnoloogia (gore-tex) analüüs skaneeriva elektronmikroskoobiga=== | ||
Kaasaegsete tekstiilmaterjalide töötluste juures on üheks olulisemaks suunaks materjalide vee – ja määrdumiskindluse suurendamine. Kui kootud materjalide (enamus kangaid) puhul on enamvähem toimivad lahendused (n.n. Gore-tex) välja töötatud, siis sidumata kiudude korral (näiteks paelad) need meetodid paraku enamasti ei toimi. Samas on tekstiilitööstuses kasvav huvi kvaliteetsete veekindlate paelte vastu. Koostöös Eesti (ja Põhjamaade ning Ida-Euroopa ) juhtiva paelatootjaga on TÜ IMS laboris arendamisel innovaatilised töötlustehnoloogiad, mis peaksid võimaldama niisuguste materjalide tootmiseni jõuda. Kvaliteedi peamiseks kriteeriumiks peab olema kapillaarse märgumise puudumine. Nende protsesside uurimiseks oleme kasutusele võtnud kontrastainega „ilmutamise“ ning järgneva skaneeriva elektornmikroskoopia (SEM). | Kaasaegsete tekstiilmaterjalide töötluste juures on üheks olulisemaks suunaks materjalide vee – ja määrdumiskindluse suurendamine. Kui kootud materjalide (enamus kangaid) puhul on enamvähem toimivad lahendused (n.n. Gore-tex) välja töötatud, siis sidumata kiudude korral (näiteks paelad) need meetodid paraku enamasti ei toimi. Samas on tekstiilitööstuses kasvav huvi kvaliteetsete veekindlate paelte vastu. Koostöös Eesti (ja Põhjamaade ning Ida-Euroopa ) juhtiva paelatootjaga on TÜ IMS laboris arendamisel innovaatilised töötlustehnoloogiad, mis peaksid võimaldama niisuguste materjalide tootmiseni jõuda. Kvaliteedi peamiseks kriteeriumiks peab olema kapillaarse märgumise puudumine. Nende protsesside uurimiseks oleme kasutusele võtnud kontrastainega „ilmutamise“ ning järgneva skaneeriva elektornmikroskoopia (SEM). | ||
===Juhtivpolümeeridel põhinevate mitmekihiliste kunstlihaste valmistamine ja iseloomustamine=== | ===Juhtivpolümeeridel põhinevate mitmekihiliste kunstlihaste valmistamine ja iseloomustamine=== | ||
Kunstlihased, sensorid ja energiahõiveseadmed on elektritjuhtivate orgaaniliste polümeeride uudsemateks ja põnevamateks arengusuundadeks. Neid loodetakse kasutada meditsiinis, robootikas, kosmose- ja militaartööstuses. Enne laiaulatuslikku kasutuselevõttu on siiski vaja veel teha hulk arendustööd. Mitmekihilise disain loob eeldused juhtivpolümeerse materjali paremaks kontrollimiseks ning tema omaduste parandamiseks. TÜ IMS laboris on välja töötatud uudsed sünteesimeetodid metallivabade kunstlihaste valmistamiseks. Senistel lihtsa ühekihilise struktuuriga materjalidel on mitmeid puudusi (juhtuvuse langus, tundlikus väliskeskkonna mõjudele). Aktuatsiooni tekitavale polümeerikihile vastupidise ioonliikuvusega kihtide lisamine loob eelduse neid puudusi vältida. | Kunstlihased, sensorid ja energiahõiveseadmed on elektritjuhtivate orgaaniliste polümeeride uudsemateks ja põnevamateks arengusuundadeks. Neid loodetakse kasutada meditsiinis, robootikas, kosmose- ja militaartööstuses. Enne laiaulatuslikku kasutuselevõttu on siiski vaja veel teha hulk arendustööd. Mitmekihilise disain loob eeldused juhtivpolümeerse materjali paremaks kontrollimiseks ning tema omaduste parandamiseks. TÜ IMS laboris on välja töötatud uudsed sünteesimeetodid metallivabade kunstlihaste valmistamiseks. Senistel lihtsa ühekihilise struktuuriga materjalidel on mitmeid puudusi (juhtuvuse langus, tundlikus väliskeskkonna mõjudele). Aktuatsiooni tekitavale polümeerikihile vastupidise ioonliikuvusega kihtide lisamine loob eelduse neid puudusi vältida. | ||
== Arvutieksperimendid ja materjalide simuleerimine == | == Arvutieksperimendid ja materjalide simuleerimine == | ||
===Liitiumiion-polümeerakude ja kunstlihaste materjalide uurimine erinevate arvutisimulatsioonimeetodite abil=== | ===Liitiumiion-polümeerakude ja kunstlihaste materjalide uurimine erinevate arvutisimulatsioonimeetodite abil=== | ||
* liitiumioon-polümeeraku on üks olulisimaid osi tuleviku energiamuundamise ja -salvestamise vallas alates käepärastest elektroonikasedametest ja elektriautodest kuni kodumajapidamiseni välja | * liitiumioon-polümeeraku on üks olulisimaid osi tuleviku energiamuundamise ja -salvestamise vallas alates käepärastest elektroonikasedametest ja elektriautodest kuni kodumajapidamiseni välja | ||
* kunstlihas on tükk sellist materjali, mida välise elektriväljaga on võimalik panna kuju muutma: painduma, punduma, kokku tõmbuma - nagu teeb reaalne lihas | * kunstlihas on tükk sellist materjali, mida välise elektriväljaga on võimalik panna kuju muutma: painduma, punduma, kokku tõmbuma - nagu teeb reaalne lihas | ||
Line 38: | Line 28: | ||
* tahad teada, kuidas liiguvad ja mõjutavad üksteist aatomid ja molekulid kunstlihases ja liitiumioonaku elektroodides ning elektrolüüdis? võta molekulaardünaamiline simulatsioon ja sa saad siseneda maailma, mis on 10000 korda väiksem sinu juuksekarva läbimõõdust | * tahad teada, kuidas liiguvad ja mõjutavad üksteist aatomid ja molekulid kunstlihases ja liitiumioonaku elektroodides ning elektrolüüdis? võta molekulaardünaamiline simulatsioon ja sa saad siseneda maailma, mis on 10000 korda väiksem sinu juuksekarva läbimõõdust | ||
* tahad virtuaalselt istuda iga aatomi peal ja näha, kuidas ühe aatomi elektronpilv lööb teise oma segamini? võta kvantkeemiline molekulaardünaamika ja sinu sõit lainefunktsioonide harjadel on pöörasem kui Ristna neemel Katja ajal | * tahad virtuaalselt istuda iga aatomi peal ja näha, kuidas ühe aatomi elektronpilv lööb teise oma segamini? võta kvantkeemiline molekulaardünaamika ja sinu sõit lainefunktsioonide harjadel on pöörasem kui Ristna neemel Katja ajal | ||
===Liitium-ioon akude arhitektuuri optimeerimine arvutisimulatsioonide abil=== | ===Liitium-ioon akude arhitektuuri optimeerimine arvutisimulatsioonide abil=== | ||
Kaasaskantav mikroakutoide on oluliseks faktoriks paljudes arenevates tehnoloogiasuundades, kuna mikroelektroonika mõõtmete vähenemine on jätnud kaugele seljataha väikesemõõduliste vooluallikate arengu. Sobivate kaasaskantavate vooluallikate vähene energiamahtuvus on saamas takistuseks mitmete tehnoloogiasuundade nagu kaasaskantavate arvutusseadmete (Weareable Computing Technology e. WCT), mikroelektromehaaniliste seadmete (MEMS), biomeditsiiniliste mikromasinate arengus. Üheks võtmeprobleemiks selliste seadmete edukaks toimimiseks on nende varustamine vooluallikatega, mis ühelt küljelt tagavad seadme piisava energiahulgaga varustamise ning teiselt küljelt, on võimalikult väikesemõõduised ning kergekaalulised. Sellise konfiguratsiooni juures tulevad ilmsiks olemasolevate, olemuselt kahemõõtmeliste (2D) liitium-ioonakude puudused – nii väikeste ruum- ja pindalade puhul ei ole võimalik saavutada piisavaid energiatihedusi. Seda probleemi võimaldab lahendada 3D mikroakude (MB) kasutusele võtmine. | Kaasaskantav mikroakutoide on oluliseks faktoriks paljudes arenevates tehnoloogiasuundades, kuna mikroelektroonika mõõtmete vähenemine on jätnud kaugele seljataha väikesemõõduliste vooluallikate arengu. Sobivate kaasaskantavate vooluallikate vähene energiamahtuvus on saamas takistuseks mitmete tehnoloogiasuundade nagu kaasaskantavate arvutusseadmete (Weareable Computing Technology e. WCT), mikroelektromehaaniliste seadmete (MEMS), biomeditsiiniliste mikromasinate arengus. Üheks võtmeprobleemiks selliste seadmete edukaks toimimiseks on nende varustamine vooluallikatega, mis ühelt küljelt tagavad seadme piisava energiahulgaga varustamise ning teiselt küljelt, on võimalikult väikesemõõduised ning kergekaalulised. Sellise konfiguratsiooni juures tulevad ilmsiks olemasolevate, olemuselt kahemõõtmeliste (2D) liitium-ioonakude puudused – nii väikeste ruum- ja pindalade puhul ei ole võimalik saavutada piisavaid energiatihedusi. Seda probleemi võimaldab lahendada 3D mikroakude (MB) kasutusele võtmine. | ||
Liitiumioonakude arhitektuuri optimeerimise eesmärgiks on valmistada töötav 3D-MB, mille energiatihedus ning mahtuvus on vähemalt suurusjärgu võrra suuremad praegu kasutusel olevate akude omadest. Toimiva 3D-MB välja töötamiseks arendatakse ja uuritakse erinevaid mikroaku arhitektuure, neist sobiva väljavalimist ning optimeerimist lihtsustavad oluliselt teoreetilised, arvutisimulatsioonidega läbi viidavad uuringud, mis võimaldavad testida erinevaid 3D-MB arhitektuure, lahendada optimeerimisülesandeid elektroodide optimaalse geomeetria leidmiseks; optimeerida elektroodi pinda; uurida terve aku käitumist laadimisel-tühjakslaadimisel; optimeerida sobivaid mikroaku arhitektuure. | Liitiumioonakude arhitektuuri optimeerimise eesmärgiks on valmistada töötav 3D-MB, mille energiatihedus ning mahtuvus on vähemalt suurusjärgu võrra suuremad praegu kasutusel olevate akude omadest. Toimiva 3D-MB välja töötamiseks arendatakse ja uuritakse erinevaid mikroaku arhitektuure, neist sobiva väljavalimist ning optimeerimist lihtsustavad oluliselt teoreetilised, arvutisimulatsioonidega läbi viidavad uuringud, mis võimaldavad testida erinevaid 3D-MB arhitektuure, lahendada optimeerimisülesandeid elektroodide optimaalse geomeetria leidmiseks; optimeerida elektroodi pinda; uurida terve aku käitumist laadimisel-tühjakslaadimisel; optimeerida sobivaid mikroaku arhitektuure. | ||
Meetodid makrotasandis, mida selliste uuringute läbiviimiseks kasutatakse on lõplike elementide meetod (LEM) ning mikrotasandil molekulaardünaamilise simulatsiooni meetod (MD). Simulatsioonide läbiviimiseks kasutatakse LEM-i puhul tarkvarapakette COMSOL Multiphysics ja Elmer ning MD puhul tarkvarapaketti dl_poly. | Meetodid makrotasandis, mida selliste uuringute läbiviimiseks kasutatakse on lõplike elementide meetod (LEM) ning mikrotasandil molekulaardünaamilise simulatsiooni meetod (MD). Simulatsioonide läbiviimiseks kasutatakse LEM-i puhul tarkvarapakette COMSOL Multiphysics ja Elmer ning MD puhul tarkvarapaketti dl_poly. | ||
===Materjalidefektide simuleerimine kõrgsageduslikes elektriväljades=== | ===Materjalidefektide simuleerimine kõrgsageduslikes elektriväljades=== | ||
Uute elementaarosakeste tekitamiseks kiirendatakse elementaarosakesi kuni nende energiad ulatuvad mitme TeV piiridesse, kiirendamise efekt saavutatakse kahekiirelise kiirendiga. Eksperimentides kasutatakse uudse disainiga kompaktset lineaarpõrgutit (CLIC), asukohaga CERN’is Genfis ning see on paljude osakestefüüsikute poolt kauaoodatud seade, mis peaks andma vastuse paljudele olulistele osakestefüüsika küsimustele. Kahekiireline kiirendi CLIC suudab saavutada kiirendusgradiente 100 MV/m mille juures kokkupõrkeenergia ulatub 3TeV. Kiirendi ise on 50 km pikk. | Uute elementaarosakeste tekitamiseks kiirendatakse elementaarosakesi kuni nende energiad ulatuvad mitme TeV piiridesse, kiirendamise efekt saavutatakse kahekiirelise kiirendiga. Eksperimentides kasutatakse uudse disainiga kompaktset lineaarpõrgutit (CLIC), asukohaga CERN’is Genfis ning see on paljude osakestefüüsikute poolt kauaoodatud seade, mis peaks andma vastuse paljudele olulistele osakestefüüsika küsimustele. Kahekiireline kiirendi CLIC suudab saavutada kiirendusgradiente 100 MV/m mille juures kokkupõrkeenergia ulatub 3TeV. Kiirendi ise on 50 km pikk. | ||
Üheks olulisemaks probleemiks kiirendi opereerimise juures on elektrilistest probleemidest põhjustatud töökatkestused. Kuigi probleem on hästi tuntud, ei ole teada millised füüsikalised effektid seda täpselt pühjustavad. Üks lubavamaid meetodeid kiirendi struktuuri parandamiseks on uute materjalide leidmine, mis suudavad taluda kõrgeid elektrivälju ning kiireid elektriväljade muutusi. Võtmeprobleemiks uute materjalide leidmisel on arusaamine füüsikalistest protsessidest, mis toimuvad materjalis elektriliste katkestuste tekkimisel. | Üheks olulisemaks probleemiks kiirendi opereerimise juures on elektrilistest probleemidest põhjustatud töökatkestused. Kuigi probleem on hästi tuntud, ei ole teada millised füüsikalised effektid seda täpselt pühjustavad. Üks lubavamaid meetodeid kiirendi struktuuri parandamiseks on uute materjalide leidmine, mis suudavad taluda kõrgeid elektrivälju ning kiireid elektriväljade muutusi. Võtmeprobleemiks uute materjalide leidmisel on arusaamine füüsikalistest protsessidest, mis toimuvad materjalis elektriliste katkestuste tekkimisel. | ||
Meetodid, mida probleemi uurimisel kasutatakse on lõplike elementide meetod(LEM) ja molekulaardünaamika (MD) simulatsioonid. | Meetodid, mida probleemi uurimisel kasutatakse on lõplike elementide meetod(LEM) ja molekulaardünaamika (MD) simulatsioonid. | ||
===Arvutieksperimendid ioonjuhtivate polümeeride uurimiseks=== | ===Arvutieksperimendid ioonjuhtivate polümeeride uurimiseks=== | ||
Töö eesmärgiks on uurida ioonjuhtivate polümeeride ja polümeersete elektrolüütide omadusi kasutades arvutieksperimenti. Töös saab ja peab kasutama molekulaardünaamika ja lõplike elementide erinevaid mmeetodeid. Konkreetsed ülesanded sõltuvad tudengi huvidest ja oskustes. Töö eeldab huvi materjaliteaduse vastu ning programeerimise oskust ning soovi. Edasine tegevus doktorantuuri raames on ülimalt teretulnud. Vajalik on soov ja huvi õppida/töötada väljaspool Eestit nii lühema kui ka pikema ajaliselt. | Töö eesmärgiks on uurida ioonjuhtivate polümeeride ja polümeersete elektrolüütide omadusi kasutades arvutieksperimenti. Töös saab ja peab kasutama molekulaardünaamika ja lõplike elementide erinevaid mmeetodeid. Konkreetsed ülesanded sõltuvad tudengi huvidest ja oskustes. Töö eeldab huvi materjaliteaduse vastu ning programeerimise oskust ning soovi. Edasine tegevus doktorantuuri raames on ülimalt teretulnud. Vajalik on soov ja huvi õppida/töötada väljaspool Eestit nii lühema kui ka pikema ajaliselt. | ||
== Aktuaatorid, seadmed ja nende juhtimine == | == Aktuaatorid, seadmed ja nende juhtimine == | ||
Line 78: | Line 53: | ||
===IPMC/süsinik polümeer materjalidest energiakogujate uurimine=== | ===IPMC/süsinik polümeer materjalidest energiakogujate uurimine=== | ||
Töö eesmärgiks on parametriseerida ning uurida materjaliteadlaste poolt laboris loodud uudsete materjalide elektromehaanilisi omadusi eesmärgiga vinkeskkonnas olevate vibratsioonidest saadav energia muundada elektrienergiaks. Töö kujutab endast vajalike elektromehaaniliste ja füüsikaliskeemiliste mudelite loomist, nende mudelite kirjeldamine nin eksperimentaalsete tulemuste vastu kinnitamine. Töö sobib (erinevates mahtudes) bakalaureuse, magistri ja doktroritöödeks. Vajalik on võõrkeele oskus ning soov ja võimalus töötada aegajalt erinevates laborites välismaa ülikoolides. | Töö eesmärgiks on parametriseerida ning uurida materjaliteadlaste poolt laboris loodud uudsete materjalide elektromehaanilisi omadusi eesmärgiga vinkeskkonnas olevate vibratsioonidest saadav energia muundada elektrienergiaks. Töö kujutab endast vajalike elektromehaaniliste ja füüsikaliskeemiliste mudelite loomist, nende mudelite kirjeldamine nin eksperimentaalsete tulemuste vastu kinnitamine. Töö sobib (erinevates mahtudes) bakalaureuse, magistri ja doktroritöödeks. Vajalik on võõrkeele oskus ning soov ja võimalus töötada aegajalt erinevates laborites välismaa ülikoolides. | ||
=== Fokuseeritava läätsesüsteemi konstrueerimine ja prototüüpimine === | === Fokuseeritava läätsesüsteemi konstrueerimine ja prototüüpimine === | ||
Eesmärgiks on ehitada lihtne prototüüp, mis suudab vedeliku rõhuga manipuleerides muuta pehme läätse fooksukaugust. Aktiivseks elemendiks on süsinik-polümeer materjalist valmistatud täitur ehk nn kunstlihas. | Eesmärgiks on ehitada lihtne prototüüp, mis suudab vedeliku rõhuga manipuleerides muuta pehme läätse fooksukaugust. Aktiivseks elemendiks on süsinik-polümeer materjalist valmistatud täitur ehk nn kunstlihas. | ||
== Robootika == | == Robootika == | ||
===Inimest jälgiv minirobotite farm=== | ===Inimest jälgiv minirobotite farm=== | ||
Töö eesmärgiks on luua robotite kooslus, mis suudab järgneda ruumis kõndivale inimesele. Selleks tuleb täiustada olemasolevat robotiplatformi lisamooduli(te)ga. Töö nõuab oskusi elektroonikas ja programmeerimises. | Töö eesmärgiks on luua robotite kooslus, mis suudab järgneda ruumis kõndivale inimesele. Selleks tuleb täiustada olemasolevat robotiplatformi lisamooduli(te)ga. Töö nõuab oskusi elektroonikas ja programmeerimises. | ||
Line 106: | Line 61: | ||
Töö eesmärgiks on luua seade, mis suudab määra ta oma asukoha kaugust laialdaselt kasutusel olevast Wifi võrguseadmetest nii et olemasoelvaid võrguseadmeid ei modifitseerita. Kauguse abil on võimlik trangulatsiooni abil määrata seadme asukohta ruumis eeldusel et Wifi accesspointide asukoht on teada. | Töö eesmärgiks on luua seade, mis suudab määra ta oma asukoha kaugust laialdaselt kasutusel olevast Wifi võrguseadmetest nii et olemasoelvaid võrguseadmeid ei modifitseerita. Kauguse abil on võimlik trangulatsiooni abil määrata seadme asukohta ruumis eeldusel et Wifi accesspointide asukoht on teada. | ||
Töö käigus on vaja välja töötada andmeside protokolli põhimõtted, koostaa seade ning realiseerida tarkvaraliselt protokoll ning viia läbi reaalsed testid. Töö sobib bakalaureuse, magistri ning doktoritööks, vastavalt milline alamülesanne ära lahendatakse. | Töö käigus on vaja välja töötada andmeside protokolli põhimõtted, koostaa seade ning realiseerida tarkvaraliselt protokoll ning viia läbi reaalsed testid. Töö sobib bakalaureuse, magistri ning doktoritööks, vastavalt milline alamülesanne ära lahendatakse. | ||
=== | ===Aldabaran Nao rakendamine === | ||
Aldebaran NAo on poole meetri pikkune humanoid robt, kes on varsutatud mitmete andurite ja mootoritega. ÜLesandaks on Nao rakendamine erinevate vajalike ja huvitavate ülasenante täitmiseks: suhtlmine, jalgpalli mängimine jne jne..RM/Intel Atom baasil töötav miniarvuti | |||
===Õpperobotid=== | ===Õpperobotid=== |
Revision as of 09:25, 19 September 2011
Bakalauruse, magistri ja doktoritööd
Siin on mõned tegemised, mide meie uurimisgrupi juures on võimalik teha. Tegemist pole lõpliku nimekirjaga ning head tegijad on alati oodatud huvitavate ideedega. Kõikidest teemadest on võimalik edasi minna kuni PhD kaitsmiseni. Tegijad, kes teevad oma töö hindele A, saavad ka väärilise töötasu. Huvi korral võta ühendust
Lehekülg on ümbertegemisel kuni 19.09.2011
Eksperimentaalne materjaliteadus
Süsinik elektroodidega polümeersed täiturid
IPMC täiturid mikrovedelike juhtimissüsteemides
Tekstiilikiudude märgumisvastase tehnoloogia (gore-tex) analüüs skaneeriva elektronmikroskoobiga
Kaasaegsete tekstiilmaterjalide töötluste juures on üheks olulisemaks suunaks materjalide vee – ja määrdumiskindluse suurendamine. Kui kootud materjalide (enamus kangaid) puhul on enamvähem toimivad lahendused (n.n. Gore-tex) välja töötatud, siis sidumata kiudude korral (näiteks paelad) need meetodid paraku enamasti ei toimi. Samas on tekstiilitööstuses kasvav huvi kvaliteetsete veekindlate paelte vastu. Koostöös Eesti (ja Põhjamaade ning Ida-Euroopa ) juhtiva paelatootjaga on TÜ IMS laboris arendamisel innovaatilised töötlustehnoloogiad, mis peaksid võimaldama niisuguste materjalide tootmiseni jõuda. Kvaliteedi peamiseks kriteeriumiks peab olema kapillaarse märgumise puudumine. Nende protsesside uurimiseks oleme kasutusele võtnud kontrastainega „ilmutamise“ ning järgneva skaneeriva elektornmikroskoopia (SEM).
Juhtivpolümeeridel põhinevate mitmekihiliste kunstlihaste valmistamine ja iseloomustamine
Kunstlihased, sensorid ja energiahõiveseadmed on elektritjuhtivate orgaaniliste polümeeride uudsemateks ja põnevamateks arengusuundadeks. Neid loodetakse kasutada meditsiinis, robootikas, kosmose- ja militaartööstuses. Enne laiaulatuslikku kasutuselevõttu on siiski vaja veel teha hulk arendustööd. Mitmekihilise disain loob eeldused juhtivpolümeerse materjali paremaks kontrollimiseks ning tema omaduste parandamiseks. TÜ IMS laboris on välja töötatud uudsed sünteesimeetodid metallivabade kunstlihaste valmistamiseks. Senistel lihtsa ühekihilise struktuuriga materjalidel on mitmeid puudusi (juhtuvuse langus, tundlikus väliskeskkonna mõjudele). Aktuatsiooni tekitavale polümeerikihile vastupidise ioonliikuvusega kihtide lisamine loob eelduse neid puudusi vältida.
Arvutieksperimendid ja materjalide simuleerimine
Liitiumiion-polümeerakude ja kunstlihaste materjalide uurimine erinevate arvutisimulatsioonimeetodite abil
- liitiumioon-polümeeraku on üks olulisimaid osi tuleviku energiamuundamise ja -salvestamise vallas alates käepärastest elektroonikasedametest ja elektriautodest kuni kodumajapidamiseni välja
- kunstlihas on tükk sellist materjali, mida välise elektriväljaga on võimalik panna kuju muutma: painduma, punduma, kokku tõmbuma - nagu teeb reaalne lihas
- kunstlihase materjal võib ka reageerida välisele mehaanilisele kujumuutusele elektrilise signaaliga
- kunstlihas tegutseb hääletult, olles ise mõõtmetelt väga väike
- kunstlihase materjalidena uuritakse selliseid "hitte" nagu grafeen ja ioonvedelik
- arvutisimulatsioonid viivad sind materjali "sisse", võimaldades näha seda, mis katses jääb varju, anda infot toimuvate protsesside kohta ja näpunäiteid materjalide parendamiseks
- tahad teda, kuidas liigutab 2 cm pikkune riba kunstlihast? võta lõplike lementide meetod ja sa näed ära pinged ja deformatsioonid kujumuutmisel
- tahad teada, kuidas elektroodide kuju muutmine mõjutab liitiumioonaku mahtuvust - seda, kui kaua sinu elektriauto mööda Tartu-Tallinna maanteed suudaks kihutada? võta lõplike elementide meetod ja sa saad välja arvutada aku tühjenemise kiiruse sinu elektriauto toitmisel
- tahad teada, kuidas liiguvad ja mõjutavad üksteist aatomid ja molekulid kunstlihases ja liitiumioonaku elektroodides ning elektrolüüdis? võta molekulaardünaamiline simulatsioon ja sa saad siseneda maailma, mis on 10000 korda väiksem sinu juuksekarva läbimõõdust
- tahad virtuaalselt istuda iga aatomi peal ja näha, kuidas ühe aatomi elektronpilv lööb teise oma segamini? võta kvantkeemiline molekulaardünaamika ja sinu sõit lainefunktsioonide harjadel on pöörasem kui Ristna neemel Katja ajal
Liitium-ioon akude arhitektuuri optimeerimine arvutisimulatsioonide abil
Kaasaskantav mikroakutoide on oluliseks faktoriks paljudes arenevates tehnoloogiasuundades, kuna mikroelektroonika mõõtmete vähenemine on jätnud kaugele seljataha väikesemõõduliste vooluallikate arengu. Sobivate kaasaskantavate vooluallikate vähene energiamahtuvus on saamas takistuseks mitmete tehnoloogiasuundade nagu kaasaskantavate arvutusseadmete (Weareable Computing Technology e. WCT), mikroelektromehaaniliste seadmete (MEMS), biomeditsiiniliste mikromasinate arengus. Üheks võtmeprobleemiks selliste seadmete edukaks toimimiseks on nende varustamine vooluallikatega, mis ühelt küljelt tagavad seadme piisava energiahulgaga varustamise ning teiselt küljelt, on võimalikult väikesemõõduised ning kergekaalulised. Sellise konfiguratsiooni juures tulevad ilmsiks olemasolevate, olemuselt kahemõõtmeliste (2D) liitium-ioonakude puudused – nii väikeste ruum- ja pindalade puhul ei ole võimalik saavutada piisavaid energiatihedusi. Seda probleemi võimaldab lahendada 3D mikroakude (MB) kasutusele võtmine. Liitiumioonakude arhitektuuri optimeerimise eesmärgiks on valmistada töötav 3D-MB, mille energiatihedus ning mahtuvus on vähemalt suurusjärgu võrra suuremad praegu kasutusel olevate akude omadest. Toimiva 3D-MB välja töötamiseks arendatakse ja uuritakse erinevaid mikroaku arhitektuure, neist sobiva väljavalimist ning optimeerimist lihtsustavad oluliselt teoreetilised, arvutisimulatsioonidega läbi viidavad uuringud, mis võimaldavad testida erinevaid 3D-MB arhitektuure, lahendada optimeerimisülesandeid elektroodide optimaalse geomeetria leidmiseks; optimeerida elektroodi pinda; uurida terve aku käitumist laadimisel-tühjakslaadimisel; optimeerida sobivaid mikroaku arhitektuure. Meetodid makrotasandis, mida selliste uuringute läbiviimiseks kasutatakse on lõplike elementide meetod (LEM) ning mikrotasandil molekulaardünaamilise simulatsiooni meetod (MD). Simulatsioonide läbiviimiseks kasutatakse LEM-i puhul tarkvarapakette COMSOL Multiphysics ja Elmer ning MD puhul tarkvarapaketti dl_poly.
Materjalidefektide simuleerimine kõrgsageduslikes elektriväljades
Uute elementaarosakeste tekitamiseks kiirendatakse elementaarosakesi kuni nende energiad ulatuvad mitme TeV piiridesse, kiirendamise efekt saavutatakse kahekiirelise kiirendiga. Eksperimentides kasutatakse uudse disainiga kompaktset lineaarpõrgutit (CLIC), asukohaga CERN’is Genfis ning see on paljude osakestefüüsikute poolt kauaoodatud seade, mis peaks andma vastuse paljudele olulistele osakestefüüsika küsimustele. Kahekiireline kiirendi CLIC suudab saavutada kiirendusgradiente 100 MV/m mille juures kokkupõrkeenergia ulatub 3TeV. Kiirendi ise on 50 km pikk. Üheks olulisemaks probleemiks kiirendi opereerimise juures on elektrilistest probleemidest põhjustatud töökatkestused. Kuigi probleem on hästi tuntud, ei ole teada millised füüsikalised effektid seda täpselt pühjustavad. Üks lubavamaid meetodeid kiirendi struktuuri parandamiseks on uute materjalide leidmine, mis suudavad taluda kõrgeid elektrivälju ning kiireid elektriväljade muutusi. Võtmeprobleemiks uute materjalide leidmisel on arusaamine füüsikalistest protsessidest, mis toimuvad materjalis elektriliste katkestuste tekkimisel. Meetodid, mida probleemi uurimisel kasutatakse on lõplike elementide meetod(LEM) ja molekulaardünaamika (MD) simulatsioonid.
Arvutieksperimendid ioonjuhtivate polümeeride uurimiseks
Töö eesmärgiks on uurida ioonjuhtivate polümeeride ja polümeersete elektrolüütide omadusi kasutades arvutieksperimenti. Töös saab ja peab kasutama molekulaardünaamika ja lõplike elementide erinevaid mmeetodeid. Konkreetsed ülesanded sõltuvad tudengi huvidest ja oskustes. Töö eeldab huvi materjaliteaduse vastu ning programeerimise oskust ning soovi. Edasine tegevus doktorantuuri raames on ülimalt teretulnud. Vajalik on soov ja huvi õppida/töötada väljaspool Eestit nii lühema kui ka pikema ajaliselt.
Aktuaatorid, seadmed ja nende juhtimine
IPMC elektromehhaanilisi omadusi uuriva seadme juhtimine
Töö eesmärgiks on koostada eksperimentaalne seade, mis mõõdab elektroaktiivsete polümeeride elektromehaanilisi omadusi. Materjale kasutatakse kunstlihastena erinevates rakendustes. Töö tulemuseks peab valmima moodul, mis võimaldab seadet juhtuda USB kaudu. vt. ka http://eap.jpl.nasa.gov/ http://www.ims.ut.ee/wiki/index.php/Image:01-06-06IPMCJ6uM66tmine.pdf
IPMC täitureid kasutava autonoomse seadme konstrueerimine
Eesmärgiks on nn kunstlihaeid kasutavate materjalide abil liikuvate autonoomsete seadmete konstrueerimine ning töö kirjeldamine. Valik ideid: "putukas", ratas, minipurilennuk, mikrohumanoid jne jne...
Süsinik-polümeermaterjalidest täiturite juhtimine
Töö eesmärgiks on parametriseerida ning uurida materjaliteadlaste poolt laboris loodud uudsete materjalide elektromehaanilisi omadusi. St. vajalike elektromehaaniliste ja füüsikaliskeemiliste mudelite loomine, nende mudelite kirjeldamine ning eksperimentaalsete tulemuste vastu kinnitamine. Töö sobib (erinevates mahtudes) bakalaureus, magistri ja doktroritöödeks. Vajalik on võõrkeele oskus ning soov ja võimalus töötada aegajalt erinevates laborites välismaa ülikoolides.
IPMC/süsinik polümeer materjalidest energiakogujate uurimine
Töö eesmärgiks on parametriseerida ning uurida materjaliteadlaste poolt laboris loodud uudsete materjalide elektromehaanilisi omadusi eesmärgiga vinkeskkonnas olevate vibratsioonidest saadav energia muundada elektrienergiaks. Töö kujutab endast vajalike elektromehaaniliste ja füüsikaliskeemiliste mudelite loomist, nende mudelite kirjeldamine nin eksperimentaalsete tulemuste vastu kinnitamine. Töö sobib (erinevates mahtudes) bakalaureuse, magistri ja doktroritöödeks. Vajalik on võõrkeele oskus ning soov ja võimalus töötada aegajalt erinevates laborites välismaa ülikoolides.
Fokuseeritava läätsesüsteemi konstrueerimine ja prototüüpimine
Eesmärgiks on ehitada lihtne prototüüp, mis suudab vedeliku rõhuga manipuleerides muuta pehme läätse fooksukaugust. Aktiivseks elemendiks on süsinik-polümeer materjalist valmistatud täitur ehk nn kunstlihas.
Robootika
Inimest jälgiv minirobotite farm
Töö eesmärgiks on luua robotite kooslus, mis suudab järgneda ruumis kõndivale inimesele. Selleks tuleb täiustada olemasolevat robotiplatformi lisamooduli(te)ga. Töö nõuab oskusi elektroonikas ja programmeerimises.
Roboti asukoha määramine ruumis kasutades olemas olevaid Wifi access pointe
Töö eesmärgiks on luua seade, mis suudab määra ta oma asukoha kaugust laialdaselt kasutusel olevast Wifi võrguseadmetest nii et olemasoelvaid võrguseadmeid ei modifitseerita. Kauguse abil on võimlik trangulatsiooni abil määrata seadme asukohta ruumis eeldusel et Wifi accesspointide asukoht on teada. Töö käigus on vaja välja töötada andmeside protokolli põhimõtted, koostaa seade ning realiseerida tarkvaraliselt protokoll ning viia läbi reaalsed testid. Töö sobib bakalaureuse, magistri ning doktoritööks, vastavalt milline alamülesanne ära lahendatakse.
Aldabaran Nao rakendamine
Aldebaran NAo on poole meetri pikkune humanoid robt, kes on varsutatud mitmete andurite ja mootoritega. ÜLesandaks on Nao rakendamine erinevate vajalike ja huvitavate ülasenante täitmiseks: suhtlmine, jalgpalli mängimine jne jne..RM/Intel Atom baasil töötav miniarvuti
Õpperobotid
Eesmärgiks on arendada välja meelalahutuslike robootika teemalisi vahendeid lastele nii AHHAA teaduskeskuse kui nn robotiteatri tarbeks. Töö sisaldab sadem kosntrueerimist,ning realiseerimist töötava prototüübi kujul. Konkreetseid ideid on mitmedi, kui uued ideed on ka oodatud.
Partneritega seotud teemad
Robotmannekeen rõivatööstusele
Projekti eesmärgiks on arendada välja inimkeha kujuline mannekeen rõivatööstusele kiirendamaks ning parendamaks disainerrõivaste väljatöötamist. Projektis on vaja konstrueerida mehaanika sõlmed, realiseerida elektroonika juhtsõlmed, modeleerida ning luua algoritmid mannekeeni välispinna juhtimiseks ning arendada välja süsteemi kontroll tarkvara. Samuti on vaja arendada välja kasutajatarkvara. Projekti käigus tuleb koostööd teha mitemete põnevate inimestega, kes on aktiivsed moe- ja rõivatööstuse vallas. Sobib mitmeteks bakalaureuse ja magistritöödeks, sõltuvalt tasemest on ka töö maht erinev.
Õppetööga seotud
Sensori-anduri töö uurimine ja juhendmaterjali koostamine
Töö eesmärgiks on eksperimentaalselt parametriseerida robootikas/automaatikas kasutatav sensor/täitur ning tulemuse põhjal koostada protokoll ja metoodika selle kasutamiseks. -->
Üldine info bakalaureuse ja magistritöö tegijatele
- Teil on kaks juhendajat. Eeldame et te vähemalt 1 kord nädalas vähemalt ühe juhendajaga kontakti võtate ja arutate läbi oma töö mured ja tegemised.
- Töö esimene versioon peab olema esitatud hiljemalt 1. mai. Hilinemiseks sobivad ainult dokumentaalselt tõestatavad meditsiinilised põhjused. Esimene version peab sisaldama:
- Sissejuhatus, mis räägib miks projekti tulemus on vajalik ja mis teised selles valdkonnas maailmas teinud on.
- Projekti teoreetilised/matemaatilised//mudel alused lahti kirjutatuna.
- Tehtud tegevuse detailne kirjeldus (detaile pole kunagi liiga palju, delete on lihtsaim funktsioon, mida juhendaja teie kirjaliku töö ümber kirjutamisel :) teha saab)
- Töö tulemused, st kas mõõtmistulemused või seadme töötav! prototüübi tehnline kirjeldus ja seade ise.
- Hinnang oma tööle, st töö tulemuste edasise arengu analüüs, tulemuste analüüs ja töö tulemuse kvaliteedile oma hinnang.