Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituut

Ruum U02-222
E-post: Ivo.Muursepp@taltech.ee

Nanosatelliidi sideantenni simuleerimine ja parameetrite mõõtmine

Strateegiliste Uuenduste Testimise Satelliit (SUTS) on Tudengisatelliidi sihtasutuse hetkel töös olev kosmoseprojekt. Tegemist on juba viienda Eesti satelliidiga mille eripäraks, võrreldes varasemate kuupsatelliitidega, on väiksema, taskukuubiku (PocketQube) formaadi kasutamine. Satelliidi korpuse mõõdud on  178 x 50 x 50 mm ja kogu satelliidi mass 750g.

Lõputöö sisuks oleks peamiselt satelliidi korpuse ja antenni elektriliste omaduste simuleerimine. Täiendavalt tuleb sooritada antenni prototüübi (vt Joonis 1.) mõõtmisi ning võrrelda omavahel simuleeritud ja mõõdetud tulemusi. Töö tulemusena selgub valitud antennitüübi sobivus missiooni tarbeks ja selguvad võimalikus muudatused ja parandused valitud disainis.

Joonis 1. Antenni prototüüp koos satelliidi korpuse maketiga (foto: Katarina Aas)

PicoQube formaadis nanosatelliidi magnetilise asendikontrollisüsteemi prototüüp.

Eesti Tudengisatelliidi Sihtasutus töötab hetkel strateegiliste uuenduse testimise  satelliidi (SUTS) projekti kallal, mis valmib Tartu Ülikooli ja Tallinna Tehnikaülikooli  koostööna. Tegemist on PocketQube standardile vastava satelliidiga, mille ligikaudsed mõõtmed  saavad olema 5 cm x 5 cm x 14,8 cm. Asendikontrolli alamsüsteemi ADCS (Attitude Determination and Control Subsystem) eesmärgiks on Maa  orbiidil oleva satelliidi asendi muutmine ning valitud asendi hoidmine.  ADCS ise on üsna keerukas süsteem mis koosneb paljudest sensoritest, aktuaatoritest ja kõike seda juhtivast mikrokontrollerist ning üldjuhul peab asend olema kontrollitav kõigis kolmes ruumisuunas.

Töö eesmärgiks on koostada makett mis realiseerib praktikas ühte lihtsaimat asendikontrolli algoritmi mis on tuntud nime all „B-dot algoritm.“ Tegemist on levinud viisiga, kuidas peatada kanderaketist väljunud satelliidi kontrollimatu pöörlemine (detumbling) kasutades ära Maad ümbritsevat magnetvälja. Algoritmi üldine tööpõhimõte lihtsustatud kujul on alljärgnev. Anduriga (Halli andur) mõõdetakse satelliidi pöörlemisest tingitud magnetvälja tugevuse/suuna muutust. Satelliidi pardal olevate elektromagneti(te) magnetvälja suunda (ja tugevust) muudetakse selliselt, et Maa ja satelliidi magnetväljade tõukumine pidurdaks soovimatut pöörlemist. Elektromagneteid, mida kasutatakse satelliidi asendi muutmiseks nimetatakse magnetväänduriteks (magnetorquer). Valmistatav prototüüp peab töötama +5V toitega ja trükkplaadi kuju ning mõõdud peavad vastama PocketQube standardile (42 x 42 mm). Viimast nõuet võib põhjendatud vajadusel leevendada.

Seisulaineteguri mõõtesilla makett Antennide ja raadiolevi aine praktikumitööde jaoks.

Töö sisuks oleks disainida, simuleerida, valmistada ja katsetada seisulaineteguri mõõtesild (VSWR bridge). Valminud makett leiaks edaspidi kasutust aine „IEE2580 – Antennid ja raadiolevi“ praktikumitööna.

Sild ise peab olema võimeline eraldi mõõtma nii langeva- kui peegeldunud laine amplituude. Mõõtmine võiks toimuda analoog-digitaalmuunduri abil numbriliselt. Maketi koosseisu koosnev mikrokontroller arvutaks seejärel mõõtetulemuste põhjal seisulaineteguri ja oleks võimeline seda kas kuvama või üle USB liidese arvutisse edastama. Täiendavalt võiks olla kuvatavad/edastatavad ka mõõdetavate lainete amplituudid.

Ruum: U02-225
E-post: margus.rohtla@taltech.ee

Teema:

• CAM platvormi paigaldus
  Siin on tegemist test keskkonnaga, kus kasutatakse OSM’i (Open Source MANO - mis on ettenähtud konteineri põhiste rakenduste ja raudvaralise taristu haldamiseks ning orkestreerimiseks) ja Kubernetes’t, tuntud ka kui K8s, on avatud lähtekoodiga süsteem konteinerite rakenduste juurutamise, skaleerimise ja haldamise automatiseerimiseks. Ühe arvuti peal tuleb luua K8s klaster ning siduda ära OSM’ga.

• GNSS-RTK integreerimine 5G võrguga
  Tegemist on kõrge täpsusega satelliitsidel põhinev positsioneerimise seade, mis võimaldab saada asukoha täpsuse kuni 2cm täpsusega. Kõrge asukohatäpsuse saavutamiseks on vaja antud seadmel saada satelliitide parandusandmeid. Nende paranduse andmete saamiseks kasutatakse 5G „standalone“ võrku. Ülesandeks on vaja kokku panna üks demo GNSS-RTK test demoseade, mis koosneb GNSS-RTK moodulist, Raspberry Pi 4 (RPi4) ja 5G moodulist. Lisaks tuleb RPi4 paigaldada 5G võrgu protokolli tugi LPP sõnumite edastamiseks ja vastuvõtmiseks ning turvalise kanali loomiseks SUPL (Secure User Plane Location) protokoll. 

Ruum: U02-228.
E-post: mari-anne.meister@taltech.ee

Teemad:

• Võrrelda erinevaid pilditöötlusprogramme: AI töövahenditega rikastatud pilt/foto/video versus ilma AI vahenditeta. Pilditöötlusmudelid.
• Välistuudio INTERCOM lahendused. Elektrooniline side välitingimustes (sh looduses, põllul) EFP (Electronic field production). See võib olla ka mingi videokonverentsi set-up.

Ruum: U02-222A
E-post: olev.martnes@taltech.ee

Teemad:

• Linnalise temperatuuri mõõtmine kaugseirega", vajalik huvi Pythoni, andmeanalüüsi ja GiS osas
• mikrokontrolleri või DSP-baasil- vastava  riistvara ja/või püsivara arendus; (mh  ergutus signaalide genereerimine - riistvara, tarkvara või algoritmid);
• impedantskardiograafia (südame ja mitte ka veresoonkonna, vererõhu jm jälgimine)
  - sobiliku riistvara arendus; 
  - signaali töötluse algoritmid;
• pöörisvooluga (induktiivseks) metallide mõõtmise (nt puidutööstuses saelindi pragude tuvastus)- lahenduste arendus;
• masinnägemisega (aga vb ka muu sensoorikaga) puidutööstuses värvimisliini jälgmine.
   

Ruum: U02-229.
E-post: yannick.lemoullec@taltech.ee

Teemad:

• RISC-V synthesis and programming

Ruum U02B-210
E-post: Ants.Koel@taltech.ee

Teemad:

• Investigation of diagnostics based on vibrations for biomedical applications. Continuation of HW development, DAQ, UI (Vibratsiooni uurimine biomeditsiinilise diagnostika rakenduste eesmärgil. Riistvara arenduse jätkamine, andmehõivelahendus, kasutajaliides).
• Thin film material characterization for TCAD simulations. Measurements of novel materials electric parameters. Model development for Silvaco TCAD. Comparison of measured and simulated IV, CV and transient characteristics. (Õhukesekilelistel materjalidel põhinevate seadiste iseloomustus TCAD simulatsioonide jaoks. Uudsete materjalide elektriliste parameetrite mõõtmine. Silvaco TCAD materjali mudeli arendus. Mõõdetud ja simuleeritud IV, CV ja siirdekarakteristikute võrdlus.)
• Generation of sharp edge pulses with GaN, SiC MOS transistors. Simulations. Experiments (Järsu frondiga impulsside tekitamine GaN, SiC MOS transistoridega. Simulatsioonid. Eksperimendid.)

Ruum U02-222
E-post: Ivo.Muursepp@taltech.ee

5G Mobiilpositsioneerimise täpsuse suurendamine

5G mobiilsidestandardisse on algusest peale sisse kirjutatud võimalus mobiilsidesignaalide põhiseks asukohamääramiseks. Hetkel on teenusepakkujate ja riistvata tootjate pingutused suunatud suure edastuskiiruse saavutamisele ja positsioneerimisvõimekuse realiseerimisega ei tegeleta. Seetõttu pakub huvi hetkel eksisteeriva võimekuse rakendamine asukoha määramiseks. 5G tugijaamad edastavad perioodiliselt sünkronisatsioonisignaale erinevates ruumisuundades. Mõõtes nende signaalide tugevust huvipakkuvas asukohas on võimalik hinnata suunda tugijaamani. Teades suunda kahe või enama tugijaamani on võimalik asukoha määramine triangulatsiooni abil.

Senise töö käigus on välja töötatud algoritmid suuna määramiseks ja selle põhjal mobiiltelefoni asukoha määramiseks. Kuigi üldjoontes on hinnangud täpsed, esineb siiski suuremaid kõrvalekaldeid mis omakorda vähendavad positsioneerimise täpsust. Viimasega seoses on välja pakkuda mitmeid uurimisteemasid seoses täpsuse parandamisega:

• Siiamaani leitud tulemused on üldiselt päris täpsed kuid aegajalt tehakse suuri vigu (outliers). Kas neid on võimalik kuidagi vähendada või täielikult välja filtreerida? Millised meetodis oleks selleks sobivad.
• Teise variandina mõõtevigade mõju vähendamiseks oleks liikuva mobiilsideseadme trajektoori filtreerimine kasutades näiteks Kalmani filtrit või mõnda selle edasiarendust/ alternatiivi.
• Siiani on positsioneerimiseks kasutatud ainult mõõdetud signaalide tugevusi (SS-RSRP). Andmetest peaks olema võimalik välja filtreerida ka signaali kvaliteedi parameetrid (SS-RSRQ ja SS-SINR). Oleks huvitav näha, et kas- ja kui palju mõjutab nende täiendav kaasamine saadud tulemusi.
• Eelmise punkti täienduseks – kas kvaliteedi parameetrite alusel on võimalik hinnata signaalitugevuse põhjal tehtud mõõtmiste täpsust? Et kui signaali kvaliteet on madalam kas siis on ka positsioneerimise tulemus halvem?
• Oleme kasutanud masinõpet suuna määramiseks ühe sektori (120°) ulatuses. Soov oleks kasutada ühe tugijaama kõiki sektoreid suuna määramiseks täisringi 360° ulatuses. Kuidas neid andmeid omavahel kokku panna?
• Siiamaani oleme suuna hindamiseks kasutanud „madalat“ tehisnärvivõrku (shallow Neural Network). Kas mõni teine meetod annaks paremaid tulemusi? 
• Sõrmejälgede meetodil (fingerprinting) positsioneerimiseks oleme kasutanud WkNN (Weighted k-Nearest Neighbours). Kas sellele leiduks mõni parem alternatiiv?
• Tavaliselt on andmed masinõppe meetodi treenimiseks ja treenitud meetodi testimiseks kogutud samal ajal. Huvitav oleks näha kas- ja kui palju keskkond ajas muutub ja kuidas see omakorda mõjutab meetodi sooritust. Meil oleks võimalik andmeid perioodiliselt koguda ja uurida kuidas sooritus ajas muutub. Näiteks treenime närvivõrgu tänaste andmetega ja testime seda iga nädala/päeva/tunni tagant kogutud uute andmetega.

Ruum: U02-224
E-post: Muhammad.Alam@taltech.ee

Teemad:

• Development and demonstration of UAVs detection methods via Cellular Networks
• 5G NR PRS receiver supplement for OAI software
• Implementation of 5G-IoT Use-cases: Predictive Car maintenance Background
• 5G testbed system integration and evaluation [Telia]
• CAT-M1 coverage analysis for demo campus environment [Telia]

Ruum U02-222A
E-post: Olev.Martens@taltech.ee

Teemad:

• Bioimpedantsi mõõtelahendused / sünkroonmõõtmised
   

Need teemad on mõeldud 4-6 tudengile, kes on valmis välja töötama ja uurima täpset analoog- ja segaelektroonikat instrumentide jaoks,
seotud riistvara, püsivara ja tarkvara.

Võimalikud platvormid:

• CADs, DSPs/DSCs-s of Texas Instruments,
• MSP432 processor,
• CodeComposer Studio,
• LabView, R,. Python, C/C++

Võimalikud juhendajad:

• Paul Annus- analog and data acquisition, algorithmical  parts,
• Eero Haldre- MSP432-based solutions,
• Andrei Krivošei - advanced processing of physiological signals,
• Olev Märtens - DSP-based solutions etc

Alateemad vaadatakse läbi tudengiga individuaalselt, olenevald tudengi huvidest ja võimekusest:

• Linnalise temperatuuri mõõtmine kaugseirega", vajalik huvi Pythoni, andmeanalüüsi ja GiS osas (O Märtens)
  Urban temperature measurement by remote sensing", interest to Python, data analysis and GIS needed

• Improved) DSP-based imepdance measurement solution (O.Märtens)

• Innovations in the lock-in acquisition of analog  (impedance) signals (P.Annus)
• MSP432 based Impedance-spectrometer (E.Haldre)
• Correlation analysis between the brachial blood pressure and the Electrical Bioimpedance (EBI) cardiac component synchronously measured from the left and right wrist radial arteries (including: measurement system configuration, measurement procedure providing ( Andrei Krivošei)
• Extracting the Electrical Bioimpedance (EBI) cardiac signal component from the artifacts: respiratory component and motion component ( Andrei Krivošei )
• Development of the machine learning based algorithm for the Electrical Bioimpedance (EBI) cardiac signal component analysis, artifacts suppression, features extraction ( Andrei Krivošei , O.Märtens)

Ruum: U02B-212
E-post: Tamas.Pardy@taltech.ee

More information: Lab On Chip webpage

Development of benchtop instrument for microfluidic nucleic acid analysis chip

1.1    Context
Despite significantly lower mortality rates than in the past, infectious diseases still constitute upwards of 80% of health hazards worldwide according to the WHO (World Health Organization). Our partner Selfdiagnostics Deutschland GmbH aims to address this issue with their Multitest, Europe’s first CE-marked pocket PCR device. Polymerase Chain Reaction (PCR) has become a household term during the recent pandemic, and continues to be the most sensitive and specific way of detecting infectious diseases. The Multitest has a self-contained microfluidic cartridge, which houses up to 4 isothermal nucleic acid amplification reactions and only requires heating to function. The goal of this project is to prototype benchtop instrumentation that 1) is compatible with the Multitest cartridge, 2) allows the use of the cartridge at the push of a button, 3) has a graphical user interface and/or wireless communication to a client application, allowing remote control and results readout. 
The project includes electronic and mechanical design, embedded software development and basic application development for the client-side interface. The thesis topic can be taken by both BSc and MSc students, objectives for an MSc thesis are separately marked. 

1.2    Objectives
-    Research existing literature on benchtop multiplex PCR with microfluidic cartridges 
-    Getting familiar with existing results on bioanalytical instrumentation created by our group
-    Evaluate existing technological solutions to the problem of instrumenting benchtop multiplex PCR (temperature control, readout, button actuation, data transfer), assess and compare performance
-    Building on previous results, develop breadboard prototypes for temperature control and button actuation, and demonstrate functionality
-    [MSc thesis] Develop reader prototype and demonstrate functionality on Multitest cartridge scale models
-    [MSc thesis] Combine parts on a single PCB, design and implement 3D printed device enclosure 
-    [MSc thesis] Develop user interfaces, power management, wireless communication
-    [MSc thesis] Demonstrate prototype functionality with a real Multitest cartridge

1.3    prerequisites
-    PCB design and microcontroller programming (embedded C preferably)
-    Prior knowledge of CAD and 3D printing is an advantage
-    Interest in microfluidics and Lab-on-a-Chip research
-    Self-motivation and the ability to work independently

1.4    References
1. Pardy T, Tulp I, Kremer C, Rang T, Stewart R (2017) Integrated self-regulating resistive heating for isothermal nucleic acid amplification tests (NAAT) in Lab-on-a-Chip (LoC) devices. PLOS ONE 12(12): e0189968. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189968
2. Pardy, T.; Sink, H.; Koel, A.; Rang, T. Development of a Low-Cost, Wireless Smart Thermostat for Isothermal DNA Amplification in Lab-On-A-Chip Devices. Micromachines 2019, 10, 437.

1.5    Contacts
Tamas Pardy tamas.pardy@taltech.ee
Thomas Johann Seebeck Department of Electronics supports equal opportunities; female students are particularly encouraged to contact us.
 

Ruum: U02-229
E-post: yannick.lemoullec@taltech.ee

Teemad:

• Machine Learning (ML) based Data-Driven Control Of Network traffic/scheduling Using Raspberry Pi
• RISC-V based (ML-based) image processing on edge devices for flow cytometry
• RISC-V based (ML-based) image processing on edge devices for UAVs
• Energy-Efficient Deep Learning Model for Microfluidic Object Classification and/or Sorting on Edge Device
• Implementation of FPGA-Based Microfluidic Object Sorting Using Low-Latency Deep Learning

Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis kaitstud bakalaureuse lõputööd leiab TalTech'i raamatokogu digikogust.

Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis kaitstud magistri lõputööd leiab TalTech'i raamatukogu digikogust.