Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Nové typy fotonických systémů pro IoT

SP2017/79

null

prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.

01. 01. 2017 - 31. 12. 2017

Cílem projektu je pokračování rozsáhlého výzkumu mechanismů stárnutí prvků vláknově optických sítí, jejichž znalost je nezbytná pro IoT. Projekt vychází jak ze současně řešených grantů na katedře 440, v týmu OptiCE, kterými jsou projekty již získané: 2 projekty MV ČR, 1 projekt TAČR, 1 projekt MPO TRIO, spolupráce na projektu TRIO, 2 přihlášky, které jsou připravovány pro výzvu MPO TRIO a dále projekty, které jsou připravované a mají svůj původ v dlouhodobých spolupracích s podnikatelskými subjekty – Continental a.s., SQS Vláknová optika,a.s., Kabex, Sitel, a.s.,CertiCon a.s.. Řešitelské pracoviště uspělo ve spolupráci s ÚJV Řež a.s. v soutěži, která byla zaměřena na analýzu optických kabelů a interakcí jaderného záření a materiálů vláknově optických sítí a systémů pro výrobce optických kabelů z Jižní Koreje a bude pokračovat v této problematice v roce 2017. Pracovníci laboratoře OptiCEse podílejí na přípravě předpisů, které se týkají nových systémů v jaderných elektrárnách Dukovany a Temelín. V současné době probíhá rychlý rozvoj optických komunikačních sítí a systémů na všech úrovních a následuje zejména rychlý rozvoj optických systémů pro IoT. Fakulta elektrotechniky a informatiky v zastoupení Katedry telekomunikační techniky zachytila tento trend v několika oblastech, které intenzívně rozvíjí. První oblastí je oblast optických vláknových a bezvláknových přístupových a komunikačních sítí a systémů, druhou oblastí je integrace vláknově optických sítí a senzorových sítí do jediné integrované vláknově optické sítě a třetí je výzkum a vývoj speciálních vláken pro vláknově optické senzory. Ve všech oblastech se kritickým parametrem začíná projevovat dlouhodobá stabilita všech prvků těchto sítí a potřeba znalosti mechanismů, které mají vliv na stárnutí prvků sítí. Tento projekt je orientován zejména do druhé a třetí oblasti, dotýká se rovněž oblasti první. Odborná skupina Optických komunikací a optoelektroniky na katedře 440 směřuje tento projekt do výzkumu nových, unikátních typů vláknově optických struktur pro senzorové a komunikační aplikace. Jedná se o nové materiály, které jsou pouze částečně prozkoumány, zejména pokud se jedná o nové materiály z polydimethylsiloxanu, který má excelentní optické vlastnosti a dnes se používá jako zalévací materiál. Dosud získané experimentální výsledky na katedře 440 (optiCE – Laboratoř optických komunikací a optoelektroniky) dovolují předpokládat, že z tohoto materiálu lze konstruovat jak známé vláknové a planární součástky, tak se otevírá prostor pro nové dosud neznámé typy součástek. Tím lze získat a vytvářet zcela nové typy optoelektronických prvků, které nejsou doposud známy, kdy s využitím WDM komunikačních technologií bude možné v místě spojů dvou vláken měřicí bod pro teplotu a současně tímto místem bude procházet nerušený komunikační signál. Zároveň se ukazuje, že PDMS je materiálem, který je vhodný pro nasazení VLC systémů, které tvoří jednu z částí IoT. Dalším typem unikátního vláknově optického senzorového systému je optovláknový distribuovaný systém využívající Ramanova jevu. Na základě dosavadních zkušeností při měření teplot ve vrtech pro geotermální aplikace bude probíhat další výzkum v nové oblasti, kterou je stavebnictví. Zde vláknově optické distribuované systémy založené na Ramanově jevu vytvářejí ideální prostředek pro analýzu chování liniových staveb, skládek, mostních konstrukcí, základů výškových staveb, vlastností betonových staveb, apod. V současné době tento typ senzoru dovoluje jako jediný měření teplotních průběhů zrání betonů, a tím dosáhnout optimálních vlastností betonů. Tyto a řada dalších prací s hybridními kabely vedly k tomu, že výzkum bylo nezbytné rozšířit o další směr, kterým je vývoj nového typu „low cost“ DTS měřicího systému, jehož vývoj bude pokračovat i v roce 2016. Třetím typem unikátních senzorů s optickými vlákny jsou senzory deformací a mechanického namáhání založené na snímání spektrálních změn procházejícího nebo odraženého světla na Braggovských vláknových mřížkách. Další řešenou aplikací je společný výzkum se Safibra .s.r.o. v oblasti stavebních konstrukcí, kde tento typ senzorů je stále častěji používán zejména u liniových staveb typu železnice a mostních konstrukcí. Posledním typem senzorů, na který se zaměřuje pozornost řešitelského týmu, jsou Mach-Zehnderovy interferometry. Ty nacházejí své uplatnění zejména jako modulátory světla v rychlých vláknově optických komunikačních trasách. Novým příspěvkem týmu optiCE je rozšíření aplikačních možností těchto interferometrů do zabezpečovacích a identifikačních systémů jak pro biologické objekty, tak pro neživé systémy. Základem je analýza vibračních spekter získaných FFT z interferogramů. Realizované experimenty ukazují, že lze realizovat nové konstrukce bezpečnostních systémů, které byly prezentovány pracovníkům MV ČR. Novou oblastí, kterou chce tým optiCE otevřít, je výzkum těchto senzorů v medicínských aplikacích pro analýzu pohybového stavu osob. Všechny tyto aplikace narážejí v praxi na malou znalost, popř. neznalost mechanismů stárnutí jednotlivých prvků, protože tyto mechanismy stárnutí mají bezprostřední dopad na ekonomiku jejich nasazení. Společným rysem všech nových typů senzorů a prvků komunikačních sítí je výzkum měřicích technik a technologií orientovaných na vyhodnocování jemných jevů v distribuci světla procházejícího optickými vlákny. Výzkumný tým má připraveny řadu dalších námětů pro řešení. Jejich společným jmenovatelem je originalita, vhodnost pro patentová řešení, publikace na předních světových sympoziích v oboru, připravované publikace v časopisech s IF. Jen v roce 2016 podal řešitelský kolektiv 4 přihlášky vynálezů a užitných vzorů a získal v tomto roce dva patenty. Řešitelský kolektiv je veden profesorem oboru, který je zároveň školitelem doktorandů, kteří se zúčastní řešení projektu, je vedoucím odborné skupiny, která se bude na řešení podílet. Celý tým je složen z cca 25 osob, z toho je 18 doktorandů. Od roku 2010 do dnešního dne má řešitelský kolektiv cca 108 záznamů v databázi Scopus, především ze zahraničních špičkových sympozií, 72 záznamů na ISI,. V současnosti má řešitelský kolektiv přijaty 3 příspěvky na sympozium SPIE Photonics Europe (duben 2017, Brusel, Belgie), přijat je 2 příspěvek na SPIE Optics and Photonics, srpen 2017, San Diego, USA).

doc. Ing. Petr Šiška, Ph.D.
Bc. Vladimíra Rašnerová
Ing. Petr Koudelka, Ph.D.
Ing. Jan Vitásek, Ph.D.
Ing. Jan Látal, Ph.D.
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Ing. Artem Ganiyev
Ing. Stanislav Hejduk, Ph.D.
Ing. Jakub Čubík, Ph.D.
Ing. Stanislav Kepák, Ph.D.
Ing. Marcel Fajkus, Ph.D.
Ing. Aleš Vanderka
Ing. Ondřej Zbořil
Ing. Radek Pobořil
Ing. Lukáš Hájek
Ing. Petr Závodný
Ing. Jakub Jaroš
Ing. Tomáš Hlavinka
Ing. Tomáš Kajnar
Ing. Petr Winkelhöfer
Ing. David Hrubý
Ing. Lukáš Bednárek
Mgr. et Mgr. Jan Jargus, Ph.D.
Ing. František Perecár
doc. Ing. Jan Nedoma, Ph.D.
Ing. Martin Novák
Ing. Jiří Kummer
Ing. Dominik Klvaňa
Ing. Peter Hajduk
Ing. Tomáš Stratil
Ing. Jan Zavadil
Ing. Stanislav Žabka
Ing. Tomáš Skutka
Ing. David Hájek
Ing. Zdeněk Wilček
Ing. Michal Tarčák
Ing. Jakub Kolář
Jan Králík
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.

Cíle projektu lze shrnout do následujícího:
1. Studium mechanismů stárnutí a jejich dopad na vlastností jednotlivých typů vláknově optických senzorů s ohledem na dosažení optimální konstrukce, citlivosti, rozlišovací schopnosti a odstupu signálu od šumu spolu s výzkumem vhodných markerů pro vyhodnocení, kdy se začínají vlivy stárnutí projevovat
2. Vláknově optické senzory orientovat na senzory teploty, vibrací, mechanického namáhání a jejich aplikace v praxi
3. Podat minimálně 1 přihlášku průmyslového vzoru nebo patentu
4. Publikovat minimálně 6 výstupů registrovaných na ISI nebo v databázi Scopus, z toho nejméně 2 výstupy s IF
5. Aktivně se zúčastnit alespoň 2 sympozií se světovým dosahem a 3 konferencí a seminářů na lokální úrovni
6. Získat 1-2 projekty v mimouniverzitních soutěžích
7. Navázat spolupráci s dalšími dvěma partnery
8. Rozšířit zakázkovou smluvní spolupráci