Töös olevad projektid
5G-BALTICS projekti üldeesmärk on rajada transpordikoridorile 5G taristu, et saavutada katkematu leviala, mis vastab Ühendatud ja Automaatse Liikuvuse (CAM), Intelligentsete Transpordisüsteemide (ITS) ning mitmeotstarbeliste/multi-rakenduste 5G teenuste nõuetele mööda Via-BALTICA Euroopa transpordikoridori. Projekt hõlmab transpordikoridore Eestis, Lätis ja Leedus, sealhulgas piiriüleseid lõike, ning tagab 663 km ulatuses katkematu 5G leviala Tallinnast Kalvarijani. Projektil on mitmeid piiriüleseid segmente, kuna rajatud tugijaamad võimaldavad 5G leviala Eestis, Lätis ja Leedus, pöörates erilist tähelepanu katkematule levialale piiripunktides.
Projekt keskendub jätkusuutlike, st energiaefektiivsete, keskkonnasäästlike ja turvaliste asjade interneti (IoT) tark- ja riistvaratehnoloogiate arendamisele ja rakendamisele kasutades selleks masinõppe servarvutuse meetodeid, arendatavaid analoog- ja digitaaltehnikas mikroskeemide lahendusi ja piloteerida tulemuste rakendatavust tuleviku taaskasutatavate elektroonika- ja muude materjalide kasutamise korral ning samuti nende materjalide monitooringu tarbeks.
Projekt keskendub tööstusliku asjade interneti (IoT ja IIoT) lahenduste loomisele ja praktilisele piloteerimisele fookusega energiasäästlikule tööstusandmehõivele ja masinõppe rakendamisele IoT seadmetes kohapeal. Lisaks tegeleb projekt turvalise ja töökindla IoT andmeside temaatikaga arendades selleks 5G ja järgnevaid mobiilside privaatvõrkude tehnoloogiaid. Projektis uuritakse ka võimalusi, kuidas projektis arendatavaid IIoT seadmeid muuta tulevikus keskkonnasäästlikumaks komponentide taaskasutatavuse parendamise teel.
Euroopa Liidu Horizon Europe projekt 5G-TIMBER – turvalise 5G abil edendatav rohe- ja digipööre Euroopa puidutöötlemissektoris – toetab 5G mobiilsidel põhinevate lahenduste rakendamist puidutööstuse tervikahelas, võttes arvesse tööstuspraktikaid ja tegelikke piiranguid. Projekti raames rajatakse 5G privaatvõrkude pilootpaigaldised, mis on seotud saeveskite seadmete ja puitmajamoodulite tootmisega, puitmajaehitusega. Piloodid viiakse läbi Eestis, Norras ja Soomes. Töödega on seotud kuusteist teadusasutust ja ettevõtet kümnest Euroopa riigist. Projekt demonstreerib innovatsiooni, mis lisaks 5G mobiilsidele kätkeb endas andmete servtöötlust, asjade internetti, liitreaalsust, digikaksikuid, täpset positsioneerimist siseruumides ja tooraine mudelite rakendamist terviklikus puidutööstusahelas. Planeeritud arendustöö tulemuseks on nö “tööriistakast” puiduvaldkonnas tegutsevatele ettevõtetele, mis toetab andmetel põhinevat efektiivset, ohutut ja jätkusuutlikku tootmist.
Projekt 5G-ROUTES kuulub Euroopa liidu 5G PPP kolmanda faasi (Phase 3) projektide hulka. Projekti tulemiks on CAM (Connected and Automated Mobility - automaatset ühilduvust tagav mobiilsus) nõuetele vastavate edukate testitulemuste saamine, võttes arvesse 5G lahenduste funktsionaalseid võimalusi. Lahendused peavad lähtuma 3GPP standardite versioonides Rel.16 ja Rel.17 toodud nõuetest ja demonstreerima katkematut piiriülest 5G funktsioneerimist igapäevastes kasutustingimustes olulises transpordikoridoris (Via Baltica-North, mis läbib Lätit ja Eestit ning jõuab välja Soome).
Projekt võimaldab süvendada veendumust uute teenuste usaldatavusest ning kiirendada 5G-le baseeruvate CAM ökosüsteemide ja teenuste juurutamist kogu Euroopas. Samaaegselt on eesmärgiks kinnistada 5G-d kui tõelist innovaatiliste CAM teenuste platvormi ning juhtida tähelepanu seda tüüpi võimaluste puudumisele täna kasutatavates tehnoloogilistes lahendustes. 5G-ROUTES pakub: (a) rohkem kui 150 võrgu-, äri- ja teenusetaseme võtmenäitajate valideerimist 13-ne CAM kasutusloo raames, mis nõuavad 5G võimekusi, kaasates mitmeid V2X stsenaariume ühisjuhtimise, teadliku juhtimise ja juhtimise seire alal. Samuti keskendub 5G-ROUTES e-teenuste katkestusteta pakkumisele täielikult ühendatud ökosüsteemides nii reisijatele kui kaubale (lastile) kolme erineva transpordiliigi vahendusel (auto, rong ja laev); (b) innovaatilised tehisintellektil baseeruvad tehnoloogilised võimalused hõlbustavad väliuuringute teostamist.
Iga kasutusloo jaoks on loodud mitu stsenaariumi, mis hõlmavad piiriüleseid, sideoperaatorite üleseid, seadmetootjate üleseid, integreeritud maa-satelliitside üleseid ja transpordi viiside üleseid seadeid. Neid valideeritakse järk-järgult alustades testidega labori tingimustes, seejärel lokaliseeritud laiaulatuslike testidega strateegilistes piiriületuskohtades (Valga linn, Tallinn ja Soome laht) ning lõpuks laiaulatuslike testidega, mis katavad olulise osa transpordi teekonnast antud transpordikoridoris. Meie 22 partneriga konsortsiumis on juhtivad tööstusettevõtted ja tuntud organisatsioonid, kellest suur osa osaleb 30-s 63-st 5G-PPP projektist ja mitmetes 5G-PPP töörühmades.
Projekti eesmärgiks on uurida & arendada märkimisväärselt parendatud metroloogiliste ja funktsionaalsete omadustega (nt mõõtetäpsus, kiirus, eraldusvõime, energiatarve, sageduslikud ja dünaamika ulatused) elektrilise impedantsspektroskoopia (EIS) lahendused. Eeldatakse, et leitud lahendused parendavad EISi olemasolevaid ning võimaldavad täiesti uudseid rakendusi tervishoiu, bioloogia, erinevate tööstusharude, materjaliteaduste jms valdkonnas. Rakendused hõlmavad- kudede, mikroorganismide, komposiitide, sulamite jpm füüsikaliste omaduste mõõtmist reaalajas. Arendatakse miniatuursed hinnatõhusad madala energiatarbega suure eraldusvõimega mõõte-komponente mitmesuguste ühenduvustega (IoT, kehavõrk jne). Oluline teema on sensor-massiivide sünkroniseeritud EIS-lahendused. Teadus- ja arendustegevuse aspektid: matemaatika (sämplimise teooria, hägusloogika, masinõpe/tehisintellekt jne), metroloogia (töötatakse välja uudsed kalibreerimistehnikad jmt) ja elektroonika (analoog-mõõteliidesed jm).
Teadusprojekti üldiseks eesmärgiks ja tulemuseks on elektroonikaseadmete arendus pehmete kudede kliiniliseks mõõtmiseks. Konkreetseks väljundiks on seade südamelihase seisundi pidevjälgimiseks südameoperatsioonidel. Südamehaigused on sagedasim surma põhjus (WHO 2019, https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death). Kaugelearenenud südamehaiguste ravis on oluline koht südamekirurgial, kus on oht (seisva südame!) südamelihase operatsiooniaegne kahjustumine. Kasutatavad südamelihase kaitsemeetodid on halvasti juhitud, põhinedes katse-eksituse meetodil välja töötatud skeemidel. Loodav unikaalne mõõte-lahendus ja süsteem tagaks objektiivsetel südamelihase näitajatel põhineva õigeaegse kaitselahuste manustamise. Samas võimaldaks loodav tehnoloogia mõõta ja testida tuleviku-uuringutes ka mitmesuguseid muid lihas-, rasv, side-kudesid ning real juhtudel ka eristada hea-ja pahaloomulisi (nt vähi-) kudesid. Loodavad lahendused kasutavad Tehnikaülikooli leiutuslikke elektrilise impedants-spektroskoopia tehnoloogiaid.
Räni-põhine CMOS-tehnoloogia on jõudmas oma jõudluspiirideni, kuid nõudlus võimsamate arvutite järele – mida ajendavad kiire areng sellistes valdkondades nagu asjade internet, suurandmed ja tehisintellekt (AI) – püsib. Erinevate nanomaterjalide avastamine pakub uusi võimalusi infotehnoloogia edasiseks arendamiseks. Eriti süsiniknanotorud (CNT-d) on näidanud suurepäraseid omadusi transistori kanalimaterjalina. CNT-väljatransistoritel (FET-del) põhinevad arvutid on teoreetiliselt prognoositud pakkuma kümnekordset energiatõhususe ja jõudluse paranemist võrreldes Si-CMOS-tehnoloogial põhinevate arvutitega.
Siiski on suure jõudlusega CNT-nanoelektroonika tootmine ja CNT-de täieliku potentsiaali realiseerimine äärmiselt keeruline. Tehnoloogiline revolutsioon oleks usaldusväärne viis uue CNT-põhiste seadmete perekonna tootmiseks, mis võimaldaks nanotore joondada ilma nanolitograafiaga seotud kriitiliste sammudeta. Eelkõige on näidatud, et DNA-matriitsil põhinevate CNT-arrays-FET-ide biofabritseerimine suudab CNT-de joondust FET-ides skaleerida palju kaugemale kui tavapärased litograafilised meetodid võimaldaksid.
3D-BRICKS viib selle CNT-nanointegratsiooni ja isekoostumise kontseptsiooni täiesti uuele tasemele, liikudes kolmandasse dimensiooni. Tegelikult saab DNA nanotehnoloogia mitmekülgsus olla aluseks 3-mõõtmeliste (3D) CNT-FET-ide ja CNT-mittekustutatava mälu väljatöötamisele. DNA nanotehnoloogia võimaldab ka CNT-dele lisada metallilisi ühendusi, luues seega töötava vooluringi. See vähendab lõpliku seadme jalajälge ja suurendab selle efektiivsust, pakkudes läbimurdelist lahendust järgmise põlvkonna nanoelektroonika loomiseks. Meie lähenemine võimaldab skaleeritava biotemplaat-elektroonika tootmist, mida saab laiendada mitmesugustele rakendustele, sealhulgas metamaterjalidele, anduritele, optoelektroonikale ja muule.
Antimikroobsete membraanide olulisus sai kõigile selgeks COVID pandeemia ajal. Selliseid membraane kasutatakse näiteks näomaskides erinevate patogeenide leviku tõkestamiseks või haavasidemetes krooniliste patsientide ravis. Elektrokedratud nanofiibritest tehtud komposiitvõrgud on heaks materjaliks selliste antimikroobsete membraanide valmistamiseks. Kitsaskohaks selliste mitmekihiliste- ja mitmest materjalist koosnevate membraanide tegemisel on see, et puudub kvaliteedi kontroll ketruse ajal. Käsitsi läbiviidav kontroll on aeglane, mis pidurdab oluliselt selle tehnoloogia edukat kommertsialiseerimist. Käesolev uurimisprojekt arendab välja tehnoloogia, mis võimaldab teostada kiiret reaalajas toimuvat kontrolli mitmekihiliste membraanide elektroketramisel. Kasutades kognitiivelektroonika põhimõtteid suudab välja töötatud tehnoloogiline lahendus jälgida korraga mitut erinevat parameetrit, mis määravad elektroketruse abil toodetud materjalide kõrge ning ühtlase kvaliteedi.
Lõppenud projektid
5G taristu kättesaadavus transpordikoridorides on oluline samm säästva liikuvuse edendamisel, transpordi- ja kaubaveo logistika innovatsiooni arendamisel ning liiklusohutuse parandamisel. Lisaks on teenuste järjepidevuse tagamine nii Via Baltica ja Rail Baltica transpordikoridorides kui ka üle riigipiiride maantee eduka digitaliseerimise ja arendamise oluline eeltingimus. Projekti raames viiakse läbi uuring, mis sisaldab tehnilisi lahendusi ja finantsmudeleid Via Baltica ja Rail Baltica transpordikoridoride vajamineva 5G juurutamise infrastruktuuri jaoks, mis on võimeline Balti riikides piiriüleselt 5G teenuseid osutama.
Uued või korduvad bakteriaalsed ohud on selle sajandi suureks väljakutseks tingituna välioludest. Ohtudele reageerimise piisavalt kiirete võimaluste puudumise tõttu on ohus inimelud ning võivad tekkida epideemiad. Tsütomeetrilised meetodid lubavad määrata rakkude parameetreid (rakkude arv, nende morfoloogia jmt). Kaasaegsed tsütomeetrid on suure läbilaskevõimega statsionaarsed ja kallid mõõtevahendid, mille kasutamine võib pōhjustada olulisi viivitusi bakterite testimisel kriisipiirkondades, kus tavaliselt on piiratud ligipääs infrastruktuurile.
Käesoleva uurimis ja arendustöö eesmärk on luua kontseptsioon ja platvorm mobiilsete voolutsütomeeterite loomiseks, mis põhineb vedeliku tilkade voolumehaanikal ning optiliste mōōtesignaalide detekteerimisel ning töötlemisel koos tulemuste edastamisega operatiivkeskusesse. Tulemuseks on uudne bakteriaalse välianalüüsi automatiseeritud täistsükliga uuringute ning tulemuste töötlemise võimekuse teke, mis omab rakutasandile taandatud eraldusvõimet.
2 miljonit närvihaiguste patsienti maailmas saaksid kasu funktsionaalsest elektrilisest stimulatsioonist. Tänased kehalised täiturid nagu neuromuskulaarsed ergutid, on vähese konteksti- ja situatsioonitundlikkusega, mis loob ohte patsientidele ja vähendab elukvaliteeti. Pakume välja tagasisidega kommunikatsioonilahenduse, mis võimaldab i) intelligentse jälgimise, ii) automaatse neuromuskulaarse ergutuse, iii) tagasiside täiturilt kesksele koordinaatorile täituri seadistuseks ja otsustustoeks.
Me - analüüsime ja valime välja moodsa, rakenduse reaalajanõudeid täitva juhtmeta side lahenduse; - loome seadmete kooseksisteerimise strateegia, mis väldib eetri ülekoormust ja tagab suurema läbilaske; - loome ülesannete jagamise ja planeerimise lahendused jälgimaks aja, energia ja töökindluse piiranguid; - realiseerime ja valideerime lahenduse koostöös arstidega kaasates neurodegeneratiivsete haiguste patsiente.
Juhtmeta biomeditsiini andurid peaksid dramaatiliselt vähendama kulusid ja riske personaal- tervishoius, olles samal ajal üha enam telemeditsiini poolt kasutatud ja tõhusad e-tervise süsteemides. Suure energiatarbe tõttu andmete pidev edastamisel väheneb andurite aku tööiga pikaajalisel kasutamisel. Töötatakse välja sub-Nyquist pideva diskreet-amplituudiga (CTDA) signaali võendusmeetodiga analoog-digitaalmuundurid võendussageduse ja energia vähendamiseks.
Kuna traditsioonilised masinõppe tehnikad ja arhitektuurid ei ühildu ebaühtlaste võendamisega, siis projekti eesmärk on välja töötada analoog-algoritmid, skeemid ja -süsteemid masinõppe tehnikate rakendamine CTDA andmete võenduseks juhtmeta biomeditsiini anduridte. See lähenemisviis kohe anduri lähedal aitab vähendada andmeside mahtu ja seega anduri energiatarvet. CTDA väljundsagedus on võrdeline analoogsignaali aktiivsusega anduri sisendis. Seetõttu taoline tark riistvara tarbib oluliselt vähem energiat.
Demonstreeritakse biomeditsiinilist anduri prototüüpi, et tuvastada ja klassifitseerida
näiteks uneapnoed või südame arütmiat. Andur võtab EKG ja inimese bioimpedantssignaalid ja kasutab andmete sulandamise ja õppimistehnikaid suure täpsuse saavutamiseks südamega seotud sündmuste tuvastamisel.
Antud projekti eesmärk on planeerida ja hinnata seadmelt-seadmele (D2D) sidesüsteemis efektiivset heterogeenset ressursside haldamist kasutades adaptiivset võimsuse häälestamist, läbilaskevõime suurendamist ja interferentsi juhtimist. Antud lahenduse originaalsus on kasutada masinõppe (ML – machine learning) tehnikaid olemasolevate kaasaegsete lahenduste täiustamiseks. Lisaks on kaasatud mehitamata õhusõidukit (UAV) nõrga signaali avastamiseks ning ühtlasi on oluline seadmete täpse asukoha hindamine. Kasutusele võetud lahendus UAV abistatud sidest on antud projekti uuenduslik panus. Lisaks on põhi eesmärgiks kontekst teadlik ja usalduslik D2D mitmik side ruutimine ning sidevõrgu ühendused tagamaks kõrget otsast lõpuni (end-to-end) läbilaskevõimet, madalat energia tarbimist ja hilistust.
Sihiks on luua senisest efektiivsemad impedants-spektroskoopia meetodid ja mikroelektroonsed vahendid eksperimentaaluuringute teostamiseks füüsikas, bioloogias ja materjaliteaduses ning tehnilise ja meditsiinilise diagnostika jaoks. Eesmärk saavutatakse infotehnoloogia alaste teadmiste suunatud arendamise ja rakendamise ning mikroelektroonika alaste saavutuste ühise implementeerimise kaudu. Tähelepanu koondub matemaatilise spektraalanalüüsi meetodite uurimisele ja arendamisele (üheaegne aeg-sagedus käsitlus, fraktsionaalne Fourier teisendus, ortogonaalsed teisendused), silmas pidades lühiajaliste ja laiaribaliste signaalide sünteesimeetodeid nõutava spektriga ergutussignaalide saamiseks ja elektroonseks genereerimiseks. Otsitakse selliseid binaarseid või ternaarseid impulssjadasid, millede rakendamine ergutuseks ning reaktsiooni analüüsiks annab maksimaalse kiiruse ja mahuga infovoo. Valmib originaalne meetod ja seade kognitiivse impedants-spektroskoopia eeliste demonstreerimiseks.
EL seisab silmitsi erinevate sotsiaalse, majanduslike ning keskkonnast tingitud väljakutsetega, mille lahendamise edukuse määrab panustamine erinevatesse ICT alastesse lahendustesse, nagu näiteks nutikad sensorvōrgud, (WSN) raadiosageduslik indentifitseerimine (RFID) ja lähiväljade side (NFC), asjade internet (IoT), jne. Sama-aegselt on tugevas tōusutrendis ja hōivab aina tähtsamat positsiooni elektroonikas adekvaatsete nutikate, energiatarbelt efektiivsete ning usaldusväärsete ja töökindlate elektroonsete süsteemide ja komponentide loomine ja rakendamine, ehk teisisōnu tulevikueletroonika lahendustes peab olema kognitiivsed funktsioonid sügavalt integreeritud loodud lahendustesse.
Eelnimetatud pōhjustel planeeritaksegi Tallinna Tehnikaülikooli Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis süvendada uuringuid ja parendada spetsialistide ettevalmistamist instituudis loodud kognitiivelektroonika tuumik-teaduslaboris, mille viime läbi H2020 WIDESPREAD-2-2014- ERA Chairs programmi raamides fokusseerides oma tegevusi uuringute vōimekuse tōstmisele kognitiivse elektroonika valdakondades nagu uued arhitektuurid ja platvormid, energiaefektiivsete signaalitöötluse meetodite ja vahendite loomine sensoritele ja sensorvōrkudele autonoomsetes hajuslahendustes, uuete sensortehnoloogiate kasutuselevōtmine ning RFID ning NFC lahenduste loomine eespoolnimetatud süsteemide omavahelisele kommunikatsioonile. Paljulubavates valdkondadeks, kuhu loodud lahendused sobivad vōib nimeteda laiaulatuslikku ja indiviidile orineteeritud meditsiini/tervise monitoorimist, materjalide struktuurset inspekteerimist, nutikat transpordi ja energia jaotust.
Projekti tulemused vōimaldavad optimeerida uute komponentide kasutamist, ühendab hajutatud vahendeid, ja suurendab eksisteeriva uurimisaktiivsuse integreerumist tekitades koherentsemat uurimisraamistikku Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis.