SŰSSEROVÁ, M. Analýza přechodového děje při pohybu opticky zachycené částice v pod-tlumeném režimu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2019.
Jedná se o přepracovanou verzi bakalářské práce, která nebyla obhájena v loňském roce. Studentka konzultovala především s externím konzultantem dr. Šilerem (UPT AV ČR). Uvádím tedy zde vyjádření externího konzultanta k této práci: "Bakalářská práce slečny Martiny Sűsserové s názvem „Analýza přechodového děje při pohybu opticky zachycené částice v podtlumeném režimu“ se zabývá vyhodnocením chování částice zachycené v tzv. optické pinzetě za nízkého tlaku, kdy se tato částice díky kolizím s molekulami okolního plynu chová jako „Brownovský oscilátor.“ Cílem práce bylo pro analyzovat chování přechodového děje, kdy částice se částice na počátku nachází ve stavu se zadanými počátečními podmínkami a poté je sledován vývoj její trajektorie. K odstranění vlivu náhodného pohybu se použije průměrování přes ansámbl trajektorií a získané průměrné trajektorie a rychlosti se vyhodnotí jako by se jednalo o tlumený oscilátor. Pro vizualizaci tohoto děje je vhodné použít fázové digramy (taktéž známé jako fázové portréty) Samotnou práci je možné rozdělit na 2 části: teoretický úvod do problematiky a praktickou část, která se zabývá analýzou experimentálních dat. První kapitola nejprve uvádí do problematiky optických manipulací, zavádí základní veličiny, které charakterizují pohyb mikroskopické částice v optické pasti a zmiňuje aplikace optické pinzety v biologii. Druhá kapitola se pak věnuje náhodnému pohybu částice zachycené v optickém potenciálu, zmiňuje potenciální existenci nelineární síly vyskytující se v tzv. Duffingově oscilátoru a dále stručně shrnuje metody, které umožní analýzou náhodného pohybu získat parametry optické pasti. Obě dvě první kapitoly citují relevantní literaturu a problém ilustrují vhodnými převzatými obrázky. Autorka práce však bohužel pro odkazy na použitou literaturu používá nestandardní kulaté závorky na místo hranatých, čímž se snižuje čitelnost práce. Stejně tak i zdroje obrázků jsou uvedeny pomocí čísla zdroje v závorkách, který je jako jediný umístěn uvnitř převzatého obrázku. Autorka měla čtenáři alespoň v úvodu tento princi ozřejmit anebo ideálně uvést zdroj do popisku obrázku. Dále autorka používá nekonzistentně symbol charakterizující koeficient tlumení , či 0. U vzorce (2.3) není uveden zdroj a stejně tak není zřejmé co představuje veličina m. Vzorce (2.8), (2.12) a (2.13), které popisují výsledky charakterizace optické pasti pomocí různých metod jsou platné pouze v tzv. přetlumeném režimu, tj. v případě, kdy je mikročástice zachycena ve vodě nebo podobném prostředí. Pro podstatu práce je však nezbytný pod-tlumený režim, kdy částice díky setrvačnosti osciluje kolem středu optické pasti. Obsahem kapitol 3-5 je pak vlastní praktická část práce. Nejprve je popsán experimentální systém, na kterém bylo provedeno měření dat a je popsána metodika filtrace dat. Kapitola 4 se zabývá vlastní analýzou přechodového děje, popisem algoritmů použitých pro konstrukci průměrných trajektorií a fázových portrétů analýzou oscilační frekvence závislé na počátečních podmínkách a testem dosažení stacionárního stavu. Pátá kapitola pak v krátkosti diskutuje dosažené výsledky. Práce je pak doplněna 27 obrázky příloh, které obsahují výsledky zpracování pro všechny tlaky, při kterých bylo měření provedeno. K obsahu práce • autorka v kapitole 3.2 popisuje techniku filtrace dat, díky které dojde k potlačení vlivu přeslechů s jinými osami. Výsledek filtrace demonstruje na obrázcích 3.4 a 3.5 a také v přílohách 1 a 2. Bohužel však ukazuje pouze kompletní spektrální hustotu. Bylo by vhodné ukázat také rozdíl v surových a filtrovaných datech na náhodně vybraném, krátkém úseku trajektorie a také ve výřezu spektrální hustoty na intervalu, kde byla filtrace provedena. • v prvním odstavci kapitoly 4 autorka zmiňuje počáteční polohy, pro které vytvářela průměrné trajektorie. U těchto hodnot je uvedena jednota mikrometry, pravděpodobně se však mělo jedna to nanometry. • Sekce 4.3.1se zabývá koeficientem tlumení. Ten autorka spočetla na základě teoretického vztahu, avšak nepokusila se jej získat z experimentálních dat. K tomuto účelu by byla ideální analýza nárůstu a saturace variance poloh. • Autorka bohužel použila nevhodnou metodiku pro určován oscilační frekvence. Její přístup je založen na nalezení pozice prvního maxima průměrné trajektorie. Díky tomu jsou všechny periody oscilací určeny s krokem, který odpovídá kroku samplování a tedy na měřených datech byla získána frekvence s krokem cca 4 kHz, jak je patrné z tabulek 4.2-4.5 a z obrázků4.9 a 4.10. V ideálním případě měla být celá průměrná trajektorie proložena pomocí rovnice tlumeného oscilátoru. Alternativně měla autorka alespoň interpolovat trajektorie a pozici maxima s vyšší přesností. Stejně tak by bylo vhodnější využít některé z následujících maxim a získat frekvenci zahrnutím oscilací přes několik period. • Vzhledem k nevhodné metodice nebyla autorka schopná získat koeficient nelinearity Duffingova oscilátoru, který byl (chybně) definován rovnicemi (2.3) a (2.4) • Získaná vlastní frekvence oscilátoru nebyla srovnána s hodnotou získanou pomocí jiné metody, např. s vlastní frekvencí získané pomocí analýzy spektrální hustoty energie, jak je popsáno v kapitole 2. • Diskuse v kapitole 5 se ve druhém a třetím odstavci odkazuje na sedu obrázků v přílohách. V obou sadách jsou některé obrázky shodné. Zdá se, že odkazy v první sadě jsou zadány chybně. Předložená bakalářská práce alespoň částečně splňuje zadání. Vzhledem k nevhodně zvolené metodice určení oscilační frekvence však nebylo možné stanovit některé parametry optické pasti (Duffingova oscilátoru). Práci tedy navrhuji hodnotit stupněm E, 55 bodů." S vyjádřením externího konuzultanta v plném rozsahu souhlasím a potvrzuji navržené hodnocení.
Studentka predlozila bakalarskou praci na tema Analyza prechodoveho deje pri pohybu opticky zachycene castice v pod-tlumenem rezimu. Po strucnem uvodu a predstaveni cilu prace nasleduje teoreticka cast rozdelena na dve kapitoly. Prvni kapitola je zamerena na opticke chytani a popis vybranych velicin, ktere nasledne autorka vyuziva pro charakterizaci castice v opticke pasti. Zaver kapitoly je venovan aplikacim optickeho chytani v biologii, ktere vsak s praci i predchozim textem nesouvisi. Sekce je navic prevazne zaplnena obrazky, na ktere se autorka v textu vubec neodkazuje a jejichz popis je nedostatecny. Dalsi teoreticka kapitola je venovana pohybu castice v opticke pasti za nizkych tlaku. Po uvedeni Langevinovy rovnice a Duffingovy nelinearity jsou v kapitole popsany ctyri metody bezne vyuzivane k vyhodnoceni vlastnosti castice zachycene v opticke pasti – histogram, stredni kvadraticka vychylka, autokorelace a vzajemna korelace a spektralni hustota energie. V nasledujici kapitole je popsana experimentalni sestava, parametry, pri kterych byla experimentalni data pro analyzu ziskana, a ukazka frekvencniho filtrovani dat. Dalsi kapitola je venovana zpracovani experimentalnich dat. Je vysvetlen vyber dat, se kterymi se nasledne pracuje, ukazan fazovy portret pro prumerovana data, vypocet koeficientu tlumeni, frekvence oscilaci a cinitele jakosti. V zaveru kapitoly jsou vykresleny histogramy poloh pro ruzne dlouhe casove useky. Cela prace je zakoncena diskuzi a zaverem. Spolecne s textovou casti byly dodany skripty psane v Matlabu, pomoci kterych byla data zpracovavana, a rozsahle obrazkove prilohy. Po formalni strance prace nesplnuje ocekavani od bakalarske prace. Prace je nevhodne formatovana, napr. cislovani kapitol od 0, rozdeleni na vetsi mnozstvi sekci, ktere na sebe plynule nenavazuji, mezery mezi odstavci jsou vzdy jinak velke a odstavce mnohdy obsahuji pouze jednu pomerne kratkou vetu. Na koncich vet a popisu obrazku casto chybi tecka, stejne jako carky ve vetach. Prace obsahuje mnoho preklepu a nevhodnych formulaci, napr. „Nanomechanicky oscilator je jeden v nejjednodussich systemu“, „s mizivou sanci praktickeho uplatneni“, „Zvlastnim pripadem je opticke zachytavani pro vypocet.“, „Soustredeni paprsku za ucelu vytvoreni opticke pasti je podileno asferickou cockou ...“,“kvadratni detektor“, „piky na ruznych frekvenci“. Velmi casto v textu chybi odkazy na odbornou literaturu, napr. na str. 3 pri prime citaci a pote temer u vsech rovnic, ktere navic nejsou vzdy spravne (chybne rovnice 2.3, 2.4, 2.8) a veliciny pouzite v rovnicich nejsou vetsinou vysvetleny. Volbu umisteni citace vobrazku misto vjeho popisu nepovazuji za vhodnou. Samotna citovana literatura pak nema sjednocenou formu a citace 9 obsahuje chybny nazev prace. Seznam symbolu, velicin a zkratek obsahuje pouze zkratky, ale zcela chybi uvedeni pouzitych velicin a symbolu. Nektere veliciny jsou v textu nejednotne znaceny (0/, 0/0, F/Ffluct). V textu neni jednotna forma odkazu na obrazky (obr., Obr. nebo obrazek) a navic obcas odkazy na obrazky vtextu zcela chybi (obrazek 1.6, 1.7, 2.2, 4.15). Celkove obrazky nejsou dostatecne okomentovany. Obrazek 2.2 neodpovida ciste pohybu opticky zachycene castice, ale jedna se o pohyb pri modulaci vykonu ve svazku. U obrazku 4.16 a Prilohy 27 jsou nedostatecne velke popisy os. Rovnice (1.1) se v textu objevuje po vynechani casti predesle strany bez predchoziho okomentovani a autorka se na rovnici v textu odkazuje az v nasledujicim odstavci. Po obsahove strance je prace take velmi podprumerna. U teoretickeho popisu spektralni hustoty energie se autorka zamerila na procesy s temer nulovou tuhosti, coz vubec neodpovida analyzovanemu experimentu. Teorie o spektralni hustote energie pro castici zachycenou v opticke pasti zcela chybi. V prakticke casti prace ocenuji frekvencni filtraci experimentalnich dat. Celkove se vsak autorka vtextu zamerila spise na pojmenovani vytvorenych dat a struktur, pricemz by v praci mely byt hlavne obsazeny pouzite metody, postup zpracovani a komentar k ziskanym vysledkum. Pri okomentovani obrazku by pak bylo vhodnejsi popsat samotne parametry experimentu nez uvadet pouze nazev souboru, ze ktereho bylo cerpano. Nepovazuji za spravny vyber dat pro dalsi zpracovani – autorka se zamerila pouze na vyber trajektorii s klesajici amplitudou, kdezto pro statisticke zpracovani by se mela brat v uvahu vsechna data, ktera maji shodny pocatek ve fazovem prostoru, jinak jsou prumerovana data vyrazne zkreslena. Pote povazuji za bezvyznamne vybirat filtrovana data dle podminky aplikovanou na data nefiltrovana. Pro urceni koeficientu tlumeni nebylo vyuzito experimentalne ziskanych trajektorii, jak bylo uvedeno v zadani prace, ale byl pouzit pouze teoreticky vypocet. Jelikoz teorie predpoklada linearni zavislost koeficientu tlumeni na tlaku, graf na obrazku 4.8 vpravo neni spravny, jelikoz se nejedna o primku. Metoda urceni frekvence oscilaci nebyla vhodne zvolena, data mela byt napr. prolozena krivkou a z ni vycitana maxima. Pouzitou metodou byla frekvence vyrazne zkreslena vzorkovaci frekvenci, takze zavislost oscilacni frekvence na pocatecni amplitude nemohla byt pozorovana. Prepocet na vlastni frekvenci oscilatoru byl chybne proveden (pred koeficientem tlumeni melo byt znamenko +). Tabulka 4-6 pak obsahuje zcela shodne hodnoty jako tabulka 4-2, k prepoctu z oscilacni frekvence na vlastni frekvenci u osy x tedy nedoslo. Vsechny ziskane vysledky jsou okomentovany az v kapitole 5. V diskuzi je plno nevhodnych formulaci, u kterych neni jasne, co autorka chtela sdelit. Nejvice se autorka rozepisuje o priloze 13, kde porovnava dva druhy dat, ale priloha obsahuje pouze jeden sloupec sjednim druhem dat. „Zuzene pusobiste prubehu“ ve fazovych portretech zduvodnuje frekvencnim posunem, coz ale na vliv prubehu nema zadny vliv. Jedine srovnani ziskanych parametru bylo provedeno pro frekvenci, kterou autorka porovnava se spektralni hustotou energie a povazuje ji za spravnou. Kvuli nevhodne zvolene metode se vsak oscilacni frekvence lisi az o nekolik procent. Celkove praci hodnotim jako nezdarilou. Autorka nesplnila nektere body z cilu prace: z experimentalnich hodnot nebyl ziskan koeficient tlumeni ani koeficient nelinearity tolik diskutovany v teoreticke casti, metodika pro ziskani frekvence byla chybna, srovnani vysledku s jinymi metodami bylo nedostatecne a fazovy diagram ve stacionarnim stavu nebyl zkonstruovan. Ackoliv se jedna o zajimave tema, autorka rozumi problematice velmi povrchne, pri zpracovani experimentalnich dat nepouzila vhodne metody a vysledky byly chybne interpretovany. Kvuli zminenym pripominkam hodnotim praci jako nevyhovujici F / 45 bodu.
eVSKP id 120416