Studentská vědecká konference 2019

Hydrogeloví mikroroboti jsou perspektivním nástrojem pro manipulaci na úrovni buněk a velmi malých částic. Kvůli jejich miniaturním rozměrům je často třeba zprostředkovat jejich pohyb externě. V současnosti se ovládají mikroroboti pomocí laserových pulsů a pohyb robota je sledován skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM) s kamerou. Cílem projektu je automatizace tohoto procesu s využitím programovatelné desky Arduino, programového prostředí Matlabu a obrazové analýzy.  Tato práce je věnována především části o obrazové analýze, kde za pomoci software Matlab byli identifikováni roboti pravoúhlých tvarů.

Cílem tohoto projektu je matematicko-fyzikální popis laboratorní stanice GUNT RT682, jež má sloužit jako věrná miniatura průmyslového reaktoru s regulovatelnou hladinou a nepřímým ohřevem obsahu vodou v duplikátoru.   Stanice v současné době slouží jako výuková pomůcka pro předmět Aplikace měření a řízení v chemii pro řízení vícerozměrného systému teplota-hladina.  V rámci projektu je nejprve soustava identifikována a jsou určeny omezující podmínky, jež vyplývají z konstrukčního provedení soustavy. Následně je sestaven matematicko-fyzikální model pro nepřímý ohřev vody v reaktoru.

3D tisk je relativně levnou moderní aditivní metodou výroby prototypů, jednotlivých součástek i náhradních dílů k zařízením v nejrůznějších odvětvích lidské činnosti, např. ve zdravotnictví, v automobilovém či v leteckém průmyslu. Příspěvek se zabývá představením nové 3D tiskárny Original Prusa i3 MK3S. Jedná se o tiskárnu typu FFF (Fused Filament Fabrication) s tiskovou strunou o průměru 1,75 mm, která na základě digitálního 3D modelu vytiskne zadaný objekt postupným nanášením vrstev roztaveného plastu o výšce mezi 0,05 – 0,35 mm. Cílem práce bylo tiskárnu sestavit ze zakoupené stavebnice, nakalibrovat ji a otestovat na ní tisk pomocí různých typů tiskových strun (PLA, PETG, ABS a HIPS). V další části práce byl navržen prototyp nosníku nového typu tenzometrického senzoru tlaku, který byl následně vymodelován v software Autodesk Inventor a vytištěn.  

Práca sa zaoberá matematickým modelovaním reaktorovej pece slúžiacej k vyhrievaniu chemického reaktora obsahujúceho látku, ktorej vlastnosti sa v závislosti od zmeny teploty menia. Teplota sústavy sa môže počas pracovného režimu pohybovať v rozsahu od 20 – 800 °C a práve pri pohľade na veľký teplotný rozsah môžeme očakávať nelineárne chovanie reaktorovej pece v okolí vyšších teplôt, spôsobené prestupom tepla sálaním. Tepelná sústava bola rozdelená na štyri časti (subsystémy): (i) izoláciu, (ii) topnú špirálu, (iii) vnútorný priestor a (iv) reaktor. Model pece je znázornený na Obrázku 1. Cieľom práce bolo vytvoriť matematický model nelineárnej tepelnej sústavy, ktorý bude dostatočne presne vykazovať zhodné správanie so skutočným systémom. K regulácii teploty reaktora bol použitý jednoduchý PID regulátor s parametrami nastavenými pomocou vybraných inžinierskych metód (Ziegler-Nichols, Freuhauf, Aström a Hägglung) za súčasného prepínania medzi viacerými matematickými modelmi získanými linearizáciou v rôznych pracovných bodoch. Priebeh regulácie a identifikácie tepelnej sústavy je možné sledovať pomocou grafického užívateľského prostredia (GUI) vytvoreného v programe Matlab.  

Laboratorní stanice GUNT RT682 je výuková pomůcka vyráběná německou firmou GUNT. Soustava slouží jako učební pomůcky při výuce laboratoří Aplikace měření a řízení v chemii. Jedná se o systém sloužící pro výuku pokročilého řízení vícerozměrného systému hladina-teplota. Hlavním technologickým zařízením stanice je model reaktoru s nepřímým ohřevem v duplikátoru. Stanice je navržena tak aby byla jednoduchá pro ovládání a odolná vůči chybám. Cílem této práce je seznámením se soustavou a jejími funkcemi, experimentální identifikace této stanice a vytvoření hmotnostního matematického modelu.  

Práce se zabývá matematickým modelováním difuse plynů grafénoxidovou membránou pomocí  nelineární diferenciální rovnice známé jako "porous medium equation": u_t=DΔ(u^m). Teoretická část se věnuje numerickému řešení modelu v software OpenFOAM - modifikace solveru a geometrii systému. Experimentální část představuje aparaturu a vyhodnocuje data z měření jedné membrány pod různým tlakem s vybranými plyny (H₂, CO₂, N₂, CH₄). Získaná data kvalitativně potvrzují nelineární chování systému, fitování dvojice parametrů (D, m) modelu na data je v řešení.