A kutatási projekt célkitűzése és vizsgálandó problémái három, összefonódó résztémára bonthatók szét: egy alapkutatási és két alkalmazott kutatási feladatra. A szakmai program egyediségét a vizsgált területek szinergiája, valamint a problémafelvetésre adandó válasz új megközelítése adja.
A TKP Nemzetvédelem, nemzetbiztonság alprogramhoz illeszkedve a célkitűzés hatékony módszerek kutatása és fejlesztése, amelyekkel környezeti szenzoros mérések dolgozhatók fel nagy pontossággal beágyazott, illetve kis számítási erőforrásokkal rendelkező (mobil, vagy fedélzeti számítógép) segítségével. A szenzoros adatok képi, vagy IMU (intertial measurement unit) egységből származó időben folytonos jelek, amelyekben az alkalmazási területtől függő cél érdekében felismerni és azonosítani kell az előre meghatározott „ismert" objektumokat (mérési értékeket kiváltó hatásokat). Ezen túlmenően további objektumok felismerése és „ismeretlen" címkével ellátása is szükséges különös tekintettel arra, hogy az előre nem definiált eseteket az algoritmusnak el kell különíteni az ismert mintáktól, mintázatoktól (open set recognition).
A kutatott módszerek lehetséges alkalmazási területei közé tartoznak az autonóm, képi információk alapján döntéshozó rendszerek (autonóm – légi – járművek), illetve mobil, szenzoros eszközök, amelyekkel folyamatos biometrikus azonosítás lehetséges.
Projekt forrás: hazai
Támogató alap: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap
I. munkaszakasz eredményei:
A kutatás során olyan megoldásokat keresünk, amellyel gépi tanulás, vagy mesterséges intelligencia eszközök segítségével lehet képi adatok, illetve mérési adatsorok mintázatait felismerni és vizsgálni. A felismerési eljárások kutatása során hangsúlyt fektetünk arra, hogy a megoldás ne csak az ismert mintázatokat (vagy ahhoz hasonlókat) találja meg, hanem képes legyen arra is, hogy felismerje, ha új, a tanítás során még nem ismert adattal áll szemben. A beszámolási időszak során új algoritmust mutattunk be, amely hatékonyan oldja meg a feladatot, valamint új területen alkalmaztuk az eljárásokat, amelyek lehetővé teszik intelligens biztonsági rendszerek fejlesztését.
TKP2021-NVA-27
Kedvezményezett: Pázmány Péter Katolikus Egyetem
Támogatás mértéke: 100%
Projekt címe: Vízimentést segítő, mesterséges intelligencia alapú szenzorrendszer a katasztrófavédelem számára
A projektet a Dunában elsüllyedt Hableány kirándulóhajó katasztrófája motiválja, célja egy olyan rendszer megvalósítása, ami egy katasztrófa során az áldozatok felkutatását és mentését jelentősen megkönnyíti és nehéz körülmények között is lehetővé teszi.
A vízi katasztrófavédelem területén a jelenleg tengeralattjárókra szerelt vagy magában álló eszközként használt ún. szonárokkal (hanglokátorokkal) térképezik fel a tavak, folyók és tengerek domborzatát, de ezt használják tengerben található statikus vagy mozgó objektumok felkutatására is. Nagyobb távolságok (mélységek) és szennyezettség esetén még az extrém nagy megvilágítás sem teszi a környezetet hagyományos kamerával történő megfigyelésre alkalmassá.
A jelenlegi módszerekkel (szonárral) készíthető mélységi/domborzati felvétel a fenék vagy meder aktuális állapotáról, amit a búvároknak megmutatnak, majd a vízben emlékezetből kell navigálniuk, lényegében orientációs információk nélkül. Erős sodrás esetén, a veszélyes és lényegében ismeretlen geometriával rendelkező objektumok megközelítése vakon, tapogatózással történik, a korábban készített felvétel információival kapcsolatban csak emlékezetükre hagyatkozhatnak. Ez veszélyessé, lassúvá és nehézkessé teszi a mentést. Szükség lenne arra, hogy a búvár mentés közben is az aktuális orientációjának megfelelő, folyamatos és friss képi információval rendelkezzen az érintett területről, objektumról.
A virtuális valóság (VR) és kiterjesztett valóság (AR) alkalmazásai elterjedésével megjelentek különböző megjelenítő eszközök, ahol virtuális objektumok jeleníthetőek meg 3D-ben, úgy, hogy a felhasználó azt érzékeli, mintha egy virtuális környezet venné körül, a virtuális objektumokat valóságosnak érzékelve. Abban az esetben, ha a valóság látványát kiegészítjük virtuális objektumokkal vagy látvánnyal, akkor kiterjesztett valóság élményről beszélhetünk. Ekkor szükség van a 3D-s valóság és a virtuális tér pontos illesztésére, hogy a közös megjelenítésben az objektumok kapcsolata és egymásra hatása megfelelően megvalósítható legyen. Erősen szennyezett vízben történő navigáció során, a látványt (szürkén kavargó víz, ahol a látótávolság zérus) nem, vagy csak részlegesen lehet illeszteni a virtuális információval, viszont szükség van arra, hogy térben illesztve legyen a virtuális 3D térkép a valóságban elhelyezkedő objektumokkal vagy domborzattal. Ha pl. kéznyújtásnyira orientációban a búvár elött van az objektum, akkor elvárás, hogy a virtuális látvány megfelelően mutassa (távolságérzet és orientáció szerint) a búvár számára a 3D térképet. Valamint, ha akarva vagy akaratlanul helyzetet/orientációt változtat (fejmozgás, sodródás), ennek megfelelően változzon a virtuális látvány.
A gépi tanulás és mesterséges intelligencia legújabb eredményei lehetővé teszik, hogy korábbi, ismert képi adatok alapján egy részlegesen ismert képi vagy más modalitással rendelkező szenzor által gyűjtött információt kiegészítsünk (minőségi információkkal, pl. szín, mélység, felbontás, részletek, hiánypótlás), akár transzformáljunk fotó realisztikus képpé is. Az itt felmerülő részfeladatok számára egy-egy neurális hálózat külön-külön történő betanítása olyan rendszert eredményezhet, ahol paraméterezetten állítható a generált látvány. A jelen probléma során tanítunk egy vagy több neurális hálózatot jó látási viszonyokkal rendelkező vízalatti környezetben, egy hagyományos kamerát is alkalmazó eszközzel, ahol az adott szonárképhez megfeleltetjük a megfelelő orientációjú kameraképet. Ezáltal tanítható olyan neurális hálózat, ami később rossz látási viszonyok melletti környezetben is képes kiegészíteni/transzformálni a szonár pontfelhő alapú képét, akár hagyományos kameraképpé is, még abban az esetben is, amikor nincs megfelelő minőségű kamerakép, vagy egyáltalán nem áll rendelkezésre kamera sem.
Projekt forrás: hazai
Támogató alap: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap
I. munkaszakasz eredményei:
Munkánk során innovatív megoldásokat fejlesztettünk búvárok számára, amelyek segítségével jobban tájékozódhatnak a víz alatt. Fő célunk az volt, hogy olyan eszközöket tervezzünk, amelyek kicsik, könnyen használhatóak, és nem zavarják a búvárok munkáját. A búvárokkal folytatott interjúk alapján megállapítottuk, hogy a legfontosabb a navigációs eszközök egyszerűsége. Olyan szonárokat és ultrahangos eszközöket teszteltünk, amelyeket a búvárok könnyen magukkal vihetnek, és amelyek segítségével pontosabb információt kaphatnak a környezetükről. Ezek mellett kidolgoztunk egy módszert, amely lehetővé teszi a mozdulatlan objektumok, például a vízben lévő tárgyak, térbeli képének rekonstrukcióját. Együttműködtünk orvosokkal is, hogy kifejlesszünk egy rendszert, amely segít a sebészeknek a daganatok pontos helyzetének meghatározásában műtétek során. A projekt keretében továbbá olyan fejlett szimulációs környezetet is létrehoztunk, amely segít a szonár-technológia és a vizualizációs megoldások továbbfejlesztésében. Különös figyelmet fordítottunk a mesterséges intelligencia alkalmazására is, hogy a szonár adatokat intuitívabbá és könnyebben értelmezhetővé tegyük. Összességében a munkánk célja az volt, hogy a búvárok biztonságosabb és hatékonyabb munkavégzését segítsük modern technológiai megoldásokkal, figyelembe véve a valós igényeket és a működési környezet egyedi kihívásait.
TKP2021-EGA-42
Kedvezményezett: Pázmány Péter Katolikus Egyetem
Támogatás mértéke: 50%
Projekt címe: Alkalmazott biomikrofluidika a molekuláktól az in vivo rendszerekig
Projektmenedzser neve, elérhetősége: Dr. Iván Kristóf, ivan.kristof@itk.ppke.hu / Dr. Oláh András, olah.andras@itk.ppke.hu
Alprojektvezetők: Dr. Iván Kristóf, Dr. Garay Tamás, Dr. Erdő Franciska, Dr. Ulbert Istán/Dr. Fekete Zoltán, Dr. Csikász-Nagy Attila, Dr. Katona Gergely/Dr. Mucsi Zoltán (FEMTONICS)
Szerződött támogatás összege: 701 016 839 Ft
Projekt futamideje: 2022.01.01-2025.12.31.
Ismertető
A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai karán két évtizedes múltra tekint vissza a műszaki tudományok és biológiai, orvosbiológiai problémakörök integrált megoldásainak kutatása. A PPKE ITK-n számos olyan megközelítést alkalmazunk, melyekhez speciálisan képzett, több területen is jártasságot szerzett szakemberek összehangolt munkája szükséges. Ezen kutatások sokszor igénylik újonnan megjelenő technikák alkalmazását, illetve az ezek fejlesztéséhez történő aktív hozzájárulást. Jelen pályázatunkban is egy ilyen terület, a biomikrofluidika alkalmazásaihoz kívánunk hozzájárulni különböző biológiai kérdések vizsgálatával, az azokhoz vezető megvalósítások összehangolásával. A tervezett témák a molekuláris vizsgálatoktól az állatkísérletekig több szintet felölelnek, valamint a fejlesztési skála alapkutatástól a potenciális piaci alkalmazásokig terjedő jelentős részét is lefedik.
A nagyon kis folyadékmennyiségek kezelésén és elemzésén alapuló úgynevezett mikrofluidikai eszközök használatának előnyei sokrétűek. Az eszközméret csökkentése jelentősen redukálja a vizsgálatokhoz szükséges minta (nyál, vér stb.) mennyiségét pl. diagnosztikai és alapkutatási eljárásokban, a kis méret lehetővé teszi összetett, szervezetbe beültethető (implantálható) eszközök tervezését, valamint a mikroméretű csatornákban történő áramlás segítségével más eszközökben lényegesen nehezebben vizsgálható jelenségek megfigyelése és hasznosítása válik lehetővé. Az általunk tervezett tématerületi kutatás célja alap- és alkalmazott orvosbiológiai kutatásokra alkalmas mikrofluidikai alapú eszközök tervezésének és alkalmazásának hatékonyabbá tétele, ezek piacosításának elősegítése az egyes tervezési és felhasználási szempontok összehangolásával és egységesítésével. A mintatérfogat csökkentése a hordozhatósággal együtt a költséghatékonyság fontos tényezője, és ez főleg a diagnosztikai eljárásokban kiemelt szempont, ahol így - legalább részben - kiválthatóak a helyhez kötött laboratóriumi elemzések. A tervezett technikák a kimutatáshoz szükséges reagensek mennyisége szempontjából is kedvezőek. Ezen kívül a kis mintatérfogat kezelésével járó eljárások a laboratóriumi műveletek automatizálhatósága szempontjából is kulcsfontosságúak. A tervezett kisméretű, beültethető mikrorendszerek és hatóanyagfelszívódási vizsgálatok esetében a mikrofluidikai eszközök alkalmazása nagymértékben csökkenti a felhasználandó kísérleti állatok számát. Olyan eszközöket is tervezni és használni szándékozunk, amelyek mikroméretű sejtalkotók és molekulakomplexek méretének elemzését teszik lehetővé a más technikákkal elérhetőnél hatékonyabb módon.
A pályázatban megvalósítani kívánt kutatások célja az egyedi kutatási célkitűzések sikeres teljesítése mellett a megvalósítandó kutatási témák közös technikai és alkalmazási kapcsolódási pontjainak hatékonyabb azonosítása és ezek aktivizálása mind a résztvevő kutatók között közvetlenül, mind az egyedi kutatók intézményen kívüli kapcsolatrendszerének hatékonyabb kiaknázásával. Meggyőződésünk, hogy az egyes alkalmazásokon dolgozó kutatók szorosabb együttműködése, a tapasztalatok hatékonyabb megosztása számos olyan új kutatási és technikai megoldás lehetőségét teremti meg, amely enélkül nem, vagy csak hosszabb időtávon tudna kibontakozni. Ezáltal potenciálisan lerövidül az új termékekhez vezető fejlesztési folyamat is, mely hosszabb távon szintén kiemelt célként jelenik meg.
A tématerületi kutatások keretében megvalósuló tevékenységek és eredmények kiváló lehetőséget biztosítanak a PPKE ITK számára az eddig is számottevő nemzetközi beágyazottságának növelésére, kiemelten a Horizon Europe pályázati keretprogramban történő részvétel volumenének növelésére.
Projekt forrás: hazai
Támogató alap: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap
I. munkaszakasz eredményei:
Kutatásaink igen széles spektrumot ölelnek fel az agykutatástól a hatóanyag-felszívódási kísérleteken át a sejtes és molekuláris biológiai aspektusokig. Közös bennük a mikrofluidikai eszközök használata, melyek képesek igen kis mennyiségű folyadékok precíz kezelésére és adagolására. Ez egyrészt költséghatékony, másrészt kisméretű, szervezetbe beépíthető eszközök létrehozását teszik lehetővé, harmadrészt pedig sejtek és sejteknél is kisebb részecskék, molekulakomplexek újfajta vizsgálati módszerei előtt nyitják meg az utat. Kutatásaink során többek között ilyen eszközök gyártásához kapcsolódó gyártástechnológiai fejlesztéseket valósítottunk meg, valamint egyre újabb kísérleti elrendezéseket hoztunk létre. Miniatürizált rendszerek segítségével kísérleteket végeztünk bőrszöveten keresztül történő hatóanyag-felszívódás nyomonkövetésére. Vizsgáltuk továbbá egyedi élesztősejtek öregedési jellemzőit csapdába ejtett sejtek osztódásainak nyomonkövetésével. Diffúziós csatornákban olyan kísérleteket is végeztünk, amelyekkel fehérjemolekulák között létrejövő különböző komplexek méreteloszlását tudjuk meghatározni. Az idegrendszer működését célzó vizsgálatainkban egyrészt fejlesztéseket végeztünk az aktivitás több pontban, nagy felbontással történő méréséhez, másrészt előrelépést értünk el az egyes sejtek szelektív aktiválása terén többféle technikával is, beleértve a fényérzékeny molekulákat és nanorészecskéket, valamint mikropumpák használatát.
TKP2021-NKTA-66
Kedvezményezett: Pázmány Péter Katolikus Egyetem
Támogatás mértéke: 100%
Projekt címe: Bio-inspirált, adaptív robotikus végtag-rendszerek kutatása és fejlesztése telerobotikus távjelenléti és protetikai célokra
A kutatási-fejlesztési projekt fókuszában a PPKE-ITK Érzékelő Robotika Laboratóriumában az elmúlt három év alatt kifejlesztett anatómiailag inspirált mérnöki megközelítés áll, amely puha és merev anyagtechnológiák hibridizációjával, illetve modern gyártástechnológiák használatával lényegében rétegről-rétegre képezi le végtagjaink felépítését egy megfelelően adaptív, humanoid robotikai manipulátor-rendszerbe. A projekt célja ennek a megközelítésnek további, felhasználás-célzatú finomítása, ideértve az intuitív vezérléshez szükséges ember-gép interfészelési területeken végzett kutató-fejlesztő munkát is. Mindezekkel emberszerűbb mozgásérzetet, adaptívabb megfogást érhetünk el a valós élethelyzeteket jellemző, változatos környezetekben, ily módon segítve a testkép-integrációt, a használathoz szükséges betanulás minimalizálását és a használat hatékonyságának növekedését a célzott telerobotikai és protetikai területeken.
A projekt hardverfejlesztési vonatkozása magába foglalja az emberi anatómia mérnöki modellezés céljából történő tanulmányozását kadáveres vizsgálatok segítségével, az adaptív mechatronikai rendszerben használt megoldások további funkcionális optimalizációját, az ezzel kapcsolatos gyártástechnológiai és anyagtudományi vizsgálatokat és kísérleteket, illetve a szenzoros visszacsatolás (belső és felhasználói szintű) implementációs lehetőségeinek vizsgálatát is. További kutató-fejlesztő munkát végzünk az anatómiai rendszerhez illesztett vezérlőalgoritmusok tekintetében, gépi tanulás és számítógépes szimulációk segítségével is, illetve az ember-gép interfészelés lehetséges modalitásainak vizsgálatával, orvostechnikai (EMG, ultrahang) és viselhető robotikai (mozgásrögzítő kesztyűk, nyomásszenzorok) megoldásokon keresztül is, megfelelően intuitív és adaptív vezérlőrendszerek kialakításának céljával.
A pályázati projekt elérni kívánt eredménye egy kifejezetten hasznosításra szánt, adaptív humán robotikai manipulátorrendszer prototípusának kifejlesztése, illetve az intézmény infrastrukrutális kapacitásainak bővítése telerobotikai és bionikus protetikai laboratórium-környezettel, mely lefekteti az alapköveket további, jelen projekt eredményeire épülő, humán-robotikai kutatófejlesztő munkálatokhoz.
Projekt forrás: hazai
Támogató alap: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap
I. munkaszakasz eredményei:
Tématerületi kutatásunk fő célja egy olyan robotikus kézmodell és a hozzá kapcsolódó vezérlőrendszer prototípusának az elkészítése, mely bio-inspirált koncepciója és adaptív kialakítása révén minőségileg múlhatja felül a protetika területén jelenleg elérhető piaci megoldásokat. Az első munkaszakasz legfontosabb kitűzött célja magának a kézmodell prototípusnak az elkészítése volt, valamint a vezérlőinterfészhez kapcsolódó kutatások ezzel párhuzamos megkezdése. A kézmodellünk megkülönböztető ereje abban rejlik, hogy a klasszikus robotikai megfogók és kézprotézisek megoldásaihoz viszonyítva a technológiai és anyagtudományi lehetőségeket egy sokkal szélesebb palettán vizsgáljuk. A kézmodellünkben az emberi kéz anatómiai felépítését lényegében rétegről-rétegre szeretnénk lemásolni, hogy a struktúrából is adódó funkcionális sajátságok mindinkább megőrződjenek. Emiatt a kézmodell elkészítéséhez számos technológia és tudományi határterület alaposabb tanulmányozása és kiismerése, iteratív prototipizálási elsajátítása is feladat volt az első munkaszakaszban. Felismertük, hogy különböző textilipari technológiák (pl. fonás, hímzés, stb.) célirányos alkalmazásával kiváló analógiákat tudunk találni egy-egy olyan helyzetben, amikor a kéz egy adott részének strukturális felépítésből a funkció magától adódik. Az emberi kéz bizonyos teherviselő lágyszöveteit is fonási eljárással készítjük. A majdani hatékony gyárthatóság szempontjából csak gép által végzett fonásban gondolkodhatunk, ez a struktúra viszont annyira komplex és sok szálú, hogy ennek elkészítéséhez egy egyedi tervezésű és építésű, programozható fonógépet is készítettünk. Ezen időszakban megkezdtük továbbá a kézprotézis emberi irányíthatóságához szükséges vezérlőrendszer kidolgozását is, valamint különböző szimulációs vizsgálatokat is végeztünk részmozdulatok automatikus szabályozhatóságának teszteléséhez.
TKP2020-NKA-11
Készült a Tématerületi Kiválósági Program 2020 pályázati felhívására.
Pályamű címe: Tématerületi Kiválósági Program 2020
A projekt időtartama: 2020.10.01-2022.09.30.
A projekt teljes összköltsége: 327.408.420 Ft
A támogatás intenzitása: 100%
A támogatás összege a PPKE ITK részére: 179.237.798 Ft
A projekt fő feladatai, céljai:
A Tématerületi Kiválósági Program 2020 az ITK részéről 3 alprojektben valósul meg:
A "Bioinformatikai és rendszerbiológiai kutatások" projekt megvalósítási időszakában a következő területekre fókuszál: a) Kisérleti technikák meghonosítása, különösen a molekuláris biológia (fehérjék expressziója, mikrobaközösségek mikrofluidikai vizsgálata), és a szerkezeti biológia területén (fehérjék 3D szerkezetének vizsgálata); b) A bioinformatikai irány kiterjesztése nagy adatbázisokon folytatott gépi tanulás irányába (mesterséges intelligencia, deep learning) és az adatvizualizáció irányába; c) A rendszerbiológiai kutatások kiterjesztése a szintetikus biológia kísérleti irányba, valamint a biológiai rendszerek kontrollálhatóságának vizsgálata.
A "Nagyon -sok processzoros chipekre épülő architektúrák szerepe a robotikában, képelemzésben és jelfeldolgozásban" kutatás célja egy új algoritmikus és implementációs gondolkodásmód kialakítása, néhány algoritmikus feladatosztályra strukturálisan új algoritmusok kidolgozása és kapcsolatos hardware-software fejlesztési metodika kimunkálása.
A "Humán transzlációs neuro-MEMS kutatások" célja olyan neuromodulációs, érző, mozgató, jelgeneráló és jeláthidaló bionikus protézisek, eljárások kutatása, melyek MEMS technológiával megvalósíthatók és integrálhatók az idegsebészeti, klinikai és otthoni terápiás gyakorlatba. Ezen kívül további célunk az agyi aktivitás regisztrálása, elemzése, értelmezése és beavatkozás elvégzése fejlett hardveres és szoftveres megoldásokkal, a gépi tanulás, mesteréges intelligencia (MI) felhasználásával.
A projekt a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatásával valósult meg.
TUDFO/51757-1/2019-ITM
Készült a Tématerületi Kiválósági Program pályázati felhívására.
Pályamű címe: Tématerületi Kiválósági Program
A projekt időtartama: 2019.05.01-2020.06.30.
A projekt teljes összköltsége: 200.000.000 Ft
A támogatás intenzitása: 100%
A támogatás összege a PPKE ITK részére: 89.618 899 Ft
A projekt fő feladatai, céljai:
A Tématerületi Kiválósági Program az ITK részéről 3 alprojektben valósul meg:
A "Bioinformatikai és rendszerbiológiai kutatások" során olyan adatbázis rendszer és közöttük levő kapcsolatok egységes rendszerbe való foglalása jön létre, amelyek segítségével analitikus és numerikus modellekkel vizsgálhatók a sejt- és génhálózatok dinamikájának és szabályozhatóságának kérdései. Ily módon megnyílik az út a műszaki gyakorlatban is alkalmazható bioinspirált algoritmusok kifejlesztésére.
A "Nagyon-sok processzoros chipekre épülő architektúrák szerepe a robotikában, képelemzésben és jelfeldolgozásban" kutatás célja egy új algoritmikus és implementációs gondolkodásmód kialakítása, néhány algoritmikus feladatosztályra strukturálisan új algoritmusok kidolgozása és kapcsolatos hardware-software fejlesztési metodika kimunkálása. Itt nem meglévő algoritmusok parallelizálásáról van szó, hanem újszerű algoritmusok létrehozásáról, hagyományos módon hatékonyan nem párhuzamosítható feladatok megoldására szolgáló eszközök kidolgozásáról.
A "Humán transzlációs neuro-MEMS kutatások" célja olyan neuromodulációs, érző, mozgató, jelgeneráló és jeláthidaló bionikus protézisek kutatása, melyek MEMS technológiával megvalósíthatók és integrálhatók az idegsebészeti gyakorlatba. Ezen kívül további célja a kutatásnak az agyi aktivitás regisztrálása, elemzése, értelmezése és beavatkozás elvégzése fejlett hardveres és szoftveres megoldásokkal. Az új eszközök új idegsebészeti gyakorlatot is szükségessé tesznek, ennek a kidolgozása is tárgya a vázolt programnak.
A projekt a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatásával valósult meg.
