Hlavní řešitel: Ústav přístrojové techniky AV ČR, v.v.i.
Zobrazování, detekce, analýza a související techniky jsou zdrojem neocenitelných informací o živé i neživé přírodě. Jak nástroje pro získávání těchto dat, tak i techniky jejich zpracování jsou předmětem nemalého výzkumného úsilí, přičemž se ukazuje, že interdisciplinární přístup je zde nezbytností.
V tématu se propojují specialisté na techniky od elektronové či optické mikroskopie přes magnetickou rezonanci, analýzu a vytváření nanostruktur, Ramanovskou spektroskopii až po analýzu jednodimenzionálních signálů z lidského těla. Uvedené techniky budou provázány s metodami AI. Úsilí bude zaměřeno tak, aby se špičkový výzkum dostal do praxe a také do lepšího povědomí veřejnosti.
Dílčí aktivity tématu:
1. Nové korelativní techniky pro analýzu a zobrazování biologických a syntetických polymerních materiálů
Výzkum, vývoj a použití nových metod a instrumentace pro naplňování vize in-vivo korelativního zobrazování pomocí pokročilé environmentální rastrovací elektronové mikroskopie a optické mikroskopie použité pro řešení problémů v oblastech strukturní a rostlinné biologie, chemie polymerů a chemie ledu, imunoterapie, onkologie, farmacie a chemických procesů v atmosféře aj.
2. Pokročilé zobrazování a mikroanalýza v umění a archeologii
Cílem je studium uměleckých děl a archeologických nálezů pomocí speciálních mikroskopických a spektroskopických metod pro řešení problémů v archeologii, znalecké, restaurátorské a památkářské péči.
3. Studium atomově tenkých kvantových materiálů pokročilými mikroskopickými/spektroskopickými technikami s využitím strojového učení
Půjde o přesnou charakterizaci vybraných 2D nanomateriálů (grafen, TMDC, MXenes, atd.) a dalších pokročilých nanostruktur pomocí vylepšených technik nízkoenergiové elektronové mikroskopie/spektroskopie a rastrovací transmisní elektronové mikroskopie s atomovým rozlišením.
4. Optické zobrazovací a spektroskopické metody pro life sciences
Výzkum a vývoj v oblasti optických metod pro studium biomolekulárních interakcí jak v souborech, tak na molekulární úrovni a zkoumaný biologický systém bude integrován na povrchu senzorového čipu s ohledem na potenciální medicínské využití.
5. Kombinace akustické fluidiky a Ramanovy spektroskopie pro klasifikaci bakterií pomocí strojového učení
Zkombinujeme akustickou fluidiku s Ramanovskou spektroskopií a vyrobíme mikrofluidní/akustofluidickou platformu pro analýzu mikroorganismů na úrovni jednotlivých buněk. Platforma poskytne řešení pro rychlou identifikaci specifických bakteriálních druhů přítomných v kultuře.
6. Architektury metod strojového učení napříč vědními obory
Workshop Deep Layers je přednáškové fórum pro veřejnost, kde budou přednášet specialisté na strojové učení. Workshop proběhne ve spolupráci s platformou brno.ai. Předpokládáme zapojení partnerských pracovišť.
7. Metody pro efektivní analýzu a postprocessing multimodálních signálů
Workshop SignalPlant představí postupy při analýze a zpracování signálů ve volně dostupném programu SignalPlant, pro analýzu EKG, EEG a dalších 1-D časových řad. Představíme modul na inferenci modelů hlubokého učení, který umožňuje snadné užití lidmi, kteří nejsou specialisté na strojové/hluboké učení.
8. Analýza elektrofyziologické aktivity mozkových tkání
Cílem je zapojení studentů do výzkumu neurovědního oboru, konkrétně návrhu metod pro měření a analýzu elektrofyziologické aktivity mozkové tkáně pomocí mikro-multielektrodových polí, popis stochachiských procesů, diferenciálních rovnic a statistiky pro popis nervových systémů na úrovni jednotlivých buněk i buněčných populací.
9. Veřejně dostupné nástroje pro práci s Ramanovskými spektry
RamanBase je integrovaná online databáze pro práci s Ramanovskými spektroskopickými daty. Je sadou metod pro vyhledávání spekter podle různých atributů, s využitím AI, přičemž vytváří virtuální pracovní prostor. Vytvoříme paralelní směr v disciplíně Ramanovy spektroskopie a nastavíme nové standardy pro sdílení spektroskopických dat.
10. Metody pro získávání map perfúsních parametrů
Na ÚPT postupně vytvořen online nástroj „PerfLab“ pro zpracování MRI (a ultrasonografických) obrazových dat sloužící pro výpočet tzv. map perfusních parametrů. Navážeme a připravíme výzkumný projekt aplikačního charakteru směřujícího k jeho nasazení do experimentálního, případně i běžného klinického použití.
11. Charakterizace krystalických nanočástic ve funkčních polymerních systémech a biologických vzorcích
Plánujeme aplikovat metodu 4D-STEM/PNBD pro určování či ověřování krystalické struktury nanočástic ve funkčních polymerních systémech. Měla automaticky poskládat práškový difrakční obraz jen z těch míst vzorku, které vykazují ostré difrakční píky, čímž se podstatně omezí vliv amorfního pozadí.