SEMENOV, D. Extrakce parametrů obvodového modelu impedanční charakteristiky a její emulace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Z vlastního zájmu se Dmitrii Semenov stal během 2. a 3. ročníku studia mým skutečným spolupracovníkem ve výzkumu v týmech Dr. Freeborna (USA, problematika impedančního modelování a charakterizace látek) a Dr. Kapila a prof. Carrary (Švýcarsko, problematika modelování nelineárních dynamických systémů a biosenzorů). V rámci této spolupráce byl publikován článek v IEEE Sensors Journal (Q1), několik dalších je v recenzi a další se připravují. Student přístupem, způsobem práce, pečlivostí a ochotou převyšuje většinu stávajících studentů doktorského studia. Kromě studia našeho oboru student částečně pracuje v ONsemi Brno jako návrhář analogových a smíšených mikroelektronických obvodů. Pokračování ve vědecké kariéře je studentův dlouhodobý záměr a to již po skončení bakalářského studia na některé z univerzit v USA v rámci nabízených doktorských studií v oblast mikroelektroniky, což mu vřele doporučuji. Studentova bakalářská práce je zaměřena na jedno z témat tohoto výzkumu a spolupráce (extrakce parametrů měřených impedančních charakteristik a tvorba elektronických obvodových modelů za pomoci emulace řetězcem konfigurovatelných dvojbranů s nezávislým nastavením nuly a pólu přenosu). Student práci s dostatečným předstihem dokončil a realizační část poukazuje na celkem dobrou shodu předpokladů a experimentů. Student využil originální topologii bilineárních sekcí pro sestavení emulátoru a připravil skripty v Matlabu pro extrakci parametrů měřené impedance, kterou pak obvodově modeluje s ukázkou několika vzorových případů. Text práce (psána anglicky) a obrázky jsou velice kvalitní a přehledné. Připomínky jsou pouze formálního charakteru a v minimálním množství. Výsledky práce lze opět využít pro přípravu několika publikací. Navrhuji hodnocení 95b/A.
Tématem bakalářské práce je zajímavá problematika modelování, simulace a měření biologických tkání a dalších látek. Úkolem studenta bylo navrhnout program v jazyku Matlab pro extrakci parametrů měřených impedančních charakteristik organických a tekutých látek, se schopností identifikace počtu a rozložení nulových bodů a pólů. Dalším úkolem bylo vytvořit elektronicky konfigurovatelný emulátor impedančního obvodu vhodného pro modelování biologických látek, obvodově jej realizovat a porovnat výsledky experimentálních měření s výsledky provedených simulací. Bakalářská práce má nadstandardní rozsah 69 stran, vč. 13 stran příloh. Je psána v anglickém jazyce ve velmi dobrém stylu i grafické úpravě a obsahuje poměrně málo chyb. V úvodu práce se student zabývá popisem a analýzou v praxi často používaného Cole-Cole modelu pro modelování impedančních charakteristik biologických látek. V další části pak navrhuje elektronicky řiditelný model bilineární struktury se dvěma OTA, který je využit jako základní stavební blok, kdy kaskádním spojením těchto bloků a řízením dílčích transkonduktancí je dosaženo nezávislého nastavování nulových bodů a pólů impedanční charakteristiky. Student provedl podrobné simulace jak s komerčně dostupnými IO, tak s jejich ideálními modely. Reálný obvod byl pak založen na OTA čipech vyrobených v I3T25 350nm procesu, které byly na pracovišti vedoucího práce k dispozici. Program pro extrakci parametrů využívá metody diferenciace modulové a fázové kmitočtové charakteristiky a následnou optimalizaci, po provedených pokusech se ukázala jako nejlepší metoda roje částic („particle swarm“), s účelovou funkcí formulovanou na základě střední kvadratické chyby. Student tento algoritmus úspěšně ověřil na několika známých případech, pásmové propusti, pásmové zádrži a bilineární sekci, kdy jsou výsledné odchylky minimální. V jazyku Matlab byl navržen i algoritmus pro účely aproximace fraktálních charakteristik, které jsou při měření bioimpedancí nejčastěji uvažované. Algoritmus byl úspěšně ověřen na Cole-Cole modelu s fraktálním kapacitorem. Konečně bylo studentem sestaveno experimentální pracoviště, na kterém proběhly reálná měření 4 tekutých látek. Pro pomerančový džus byl sestaven model s jednou a dvěma bilineárními sekcemi na základě navrženého OTA emulátoru, byla provedena měření i simulace v programu Matlab, které byly rovněž úspěšně porovnány s komerčně dostupným simulátorem NOVA Metrohm, používaného v elektrochemickém výzkumu. K práci mám několik připomínek k její formální stránce. Objevuje se zde nejednotný styl psaní fyzikálních jednotek, kdy v některých částech práce je použita chybně kurzíva. V seznamu použité literatury je nejednotný styl psaní titulů, který není dle platné normy. V rozšířeném abstraktu, který je psán v českém jazyce, je v souvislosti s optimalizací uveden pojem „objektivní funkce“ namísto „účelová funkce“, vzniklý zřejmě nesprávným překladem z anglického „objective function“. Popisky tabulek by měly být umístěny nad tabulkami. V rovnicích (3.2) a (3.4) by koeficient „k“ neměl být nazýván jako „transconductance“, viz text pod (3.2), ale spíše „transconductance constant“, viz také str. 37, neboť jeho fyzikální rozměr není siemens (S). V práci uvedený konvejor CCCII (Current-Controlled Conveyor) na Fig. 5.4, uvažovaný pro V-I převodník, viz str. 43, nemá ve schematické značce naznačen vstup pro řidicí veličinu, která ani není komentována. Tento obrázek by měl být navíc až v kap. 5.3, která se těchto převodníků týká. Na závěr chci konstatovat, že bakalářská práce se zabývá zajímavou a také teoreticky náročnou problematikou modelování, optimalizace a měření biologických materiálů, jejíhož řešení se student zhostil velmi kvalitním způsobem. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A/93 b.
eVSKP id 159046