Automatyka, elektronika, elektrotechnika i technologie kosmiczne
- Pomiary - pomiary wielkości elektrycznych i nieelektrycznych. Budowa toru pomiarowego. Zagadnienia przetwarzania A/C i C/A. Synchronizacja wielokanałowych torów pomiarowych. Kalibracja, kondycjonowanie sygnałów pomiarowych. Szacowanie budżetu niepewności pomiaru. Systemy wizyjne w technice pomiarowej. Zasada działania przetworników pomiarowych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych.
- Analiza sygnałów i identyfikacja - Transformata, Fouriera, Laplace’a, Laurenta (Z). Funkcje korelacji, gęstości widmowej mocy. Procesy ciągłe, dyskretne, ergodyczne, losowe. Sygnały o ograniczonej i mocy energii. Zagadnienia analizy stochastycznej, dystrybuanta, funkcja gęstości rozkładu prawdopodobieństwa. Metody identyfikacji obiektów w dziedzinie czasu i częstotliwości. Zagadnienia cyfrowego przetwarzania sygnałów.
- Sterowanie warstwa sprzętowa - Systemy mikroprocesorowe, sterowniki PLC, reprogramowalne układy FPGA. Systemy operacyjne układów automatyki systemy czasu rzeczywistego. Protokoły komunikacyjne stosowane w automatyce przemysłowej. Synteza cyfrowych układów kombinacyjnych i sekwencyjnych. Budowa i działanie analogowych i cyfrowych elementów automatyki.
- Napędy - budowa działanie i modelowanie napędów elektrycznych, hydraulicznych i pneumatycznych
- Robotyka - budowa i modelowanie robotów. Zagadnienie proste i odwrotne kinematyki. Zagadnienia statyki i dynamiki. Sterowanie robotów.
- Modelowanie - modele liniowe i nieliniowe ze szczególnym uwzględnieniem obiektów mechanicznych i elektrycznych oraz procesów technologicznych. Zagadnienia mechaniki klasycznej, mechaniki płynów i termodynamiki. Charakterystyki statyczne i dynamiczne obiektów (czasowe i częstotliwościowe). Dynamika konstrukcji, modelowanie obiektów z zastosowaniem równań różniczkowych cząstkowych. Zagadnienie własne obiektów wielowymiarowych (formy drgań).
- Teoria sterowania – zapis modelu obiektu w postaci równań różniczkowych, transmitancji i przestrzeni stanu. Modele ciągłe i dyskretne, modele SISO, MIMO obiektów. Synteza sterowania dla obiektów liniowych SISO, MIMO. Wskaźniki jakości układów sterowania. Wartości własne i wektory własne modeli obiektów. Metody syntezy sterowania PID, metoda lokowania biegunów i zer, zapas fazy, zapas stabilności, regulator stanu, LQR, LQG, sterowanie odporne, adaptacyjne. Metody syntezy sterowania dla nieliniowych obiektów MIMO. Zagadnienia stabilności, obserwowalności i sterowalności obiektów. Obserwator Luenbergera, Kalmana. Metody optymalizacji dynamicznej, zasada optymalności Bellmana, maksimum Pontriagina.
Inżynieria mechaniczna
- Mechanika: Własności pary sił. Przypadki redukcji przestrzennego układu sił. Warunki równowagi dowolnego układu sił. Chwilowy środek obrotu i przyspieszenia. Prędkość i przyspieszenie punktu w ruchu złożonym. Zasady mechaniki stosowane w dynamice układu punktów materialnych. Dynamiczne równania bryły w ruchu postępowym, obrotowym, płaskim i kulistym. Energia kinetyczna bryły w ruchu postępowym, obrotowym, płaskim i kulistym. Równania Lagrange’a I i II rodzaju.
- Wytrzymałości materiałów: Krzywe statycznego rozciągania, charakterystyczne parametry materiałowe. Uogólnione prawo Hooke’a dla odkształceń liniowych i postaciowych. Składowe tensorów naprężenia i odkształcenia: przypadki szczególne (płaski stan naprężenia/odkształcenia, przestrzenny stan naprężenia/odkształcenia), pojęcie naprężeń głównych. Czyste zginanie: zależność na naprężenia, różniczkowe równanie linii ugięcia belki. Skręcanie przekrojów kołowo-symetrycznych: rozkład naprężeń skręcających, wzory na naprężenia maksymalne i kąt skręcenia wału. Wytężenie materiału: hipotezy wytężeniowe, pojęcie naprężenia zredukowanego. Zjawisko koncentracji naprężeń: rozkład naprężeń w elemencie z karbem, definicja współczynnika koncentracji naprężeń i czynniki, od których zależy. Krzywa Wöhlera i jej opis: równanie Basquina, pojęcie wytrzymałości zmęczeniowej ograniczonej i wytrzymałości zmęczeniowej trwałej.
- Budowa i eksploatacja maszyn: Charakterystyka przekładni cięgnowych i ich zastosowanie w budowie maszyn. Problematyka projektowania i obliczeń wałów maszynowych. Kształtowanie połączeń śrubowych poddanym obciążeniom stałym oraz zmiennym. Konstrukcja układów łożyskowań z użyciem łożysk tocznych. Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową elementów maszyn. Charakterystyka współczesnych połączeń nierozłącznych. Warunki wytrzymałościowe elementów maszyn poddanych obciążeniom statycznym. Sprzęgła mechaniczne – zasady doboru, podstawowe obliczenia, przykłady. Środki smarne – zastosowanie i funkcje pełnione w budowie maszyn. Charakterystyka uszczelnień stosowanych w budowie maszyn.
- Napędy: Zasady doboru układów napędowych do wybranych urządzeń mechanicznych. Budowa, działanie i modelowanie napędów elektrycznych, hydraulicznych i pneumatycznych. Nowoczesne narzędzia informatyczne stosowane do projektowania części maszyn oraz modelowania ich ruchu.
- Akustyka: Cechy dźwięku i jego źródeł. Współczesne zastosowania akustyki. Metody kształtowania akustyki wnętrz. Po co jest inżynieria dźwięku?
- Robotyka: Budowa i modelowanie robotów. Zadnienie proste i odwrotne kinematyki i dynamiki. Systemy sterowania i programowania robotów. Dokładność i powtarzalność manipulatora, stopnie swobody manipulatora. Kąty Eulera i ich wykorzystanie do opisu orientacji efektora robota. Stopnie swobody manipulatora i rodzaje przegubów w manipulatorach przemysłowych. Kinematyka robotów mobilnych, holonomiczne i nieholonomiczne.
- Modelowanie: Modele liniowe i nieliniowe ze szczególnym uwzględnieniem obiektów mechanicznych i elektrycznych oraz procesów technologicznych. Zagadnienia mechaniki klasycznej, mechaniki płynów i termodynamiki. Charakterystyki statyczne i dynamiczne obiektów (czasowe i częstotliwościowe). Dynamika konstrukcji, modelowanie obiektów z zastosowaniem równań różniczkowych cząstkowych. Zagadnienie własne obiektów wielowymiarowych (formy drgań).
Inżynieria biomedyczna
- Zakres wiedzy dotyczący wszystkich kandydatów
Zakres problemowy dyscypliny "Inżynieria biomedyczna". Pojęcia: model biocybernetyczny, symulacja systemu biologicznego, przykłady wykorzystania tych pojęć w wybranych zagadnieniach biologii i medycyny. Rola biocybernetyki i inżynierii w rozwoju techniki, w rozwoju biologii, w postępach medycyny i w osiągnięciach cywilizacji.
Metody reprezentacji wiedzy. Pojęcie wiedzy niepełnej i niepewnej. Systemy ekspertowe. Zasady wnioskowania w systemach z regułową reprezentacją wiedzy. Logika rozmyta, algorytmy ewolucyjne. Systemy inżynierii biomedycznej w zastosowaniach do diagnostyki, terapii, rehabilitacji oraz protezowania różnych narządów i części ciała - przykłady i ogólne zasady ich budowy. - Zakres dziedzinowy I: elektronika i informatyka w medycynie
Podstawy neurocybernetyki teoretycznej, różne cele i metody modelowania mózgu, różne typy sieci neuronowych i ich zastosowania, elementy kognitywistyki. Modele biologicznych i technicznych systemów percepcyjnych (system wzrokowy i słuchowy człowieka), regulacyjnych (pojęcie homeostazy i struktury systemów, które ją zapewniają) oraz sterujących (sterowanie dowolnymi ruchami, sterowanie jednostek motorycznych i całej pętli gamma, współdziałanie mięśni synergistycznych i antagonistycznych). Modele populacyjne.
Komputerowe metody przetwarzania sygnałów biomedycznych, a także metody analizy i rozpoznawania obrazów medycznych. Wybrane zagadnienia sztucznej inteligencji w zastosowaniach biomedycznych.
Metody stosowane w pomiarach biologicznych i fizjologicznych, monitorowanie krążenia, napięcia mięśni, dobrostanu płodu, funkcjonowania mózgu, percepcji wzrokowej i słuchowej. Przykłady cyfrowego wspomagania diagnostyki sygnałowej i obrazowej. Sygnały wielowymiarowe i wielomodalne. Metody ekstrakcji cech i klasyfikacji obiektów/zdarzeń. Metody nadzorowania człowieka w miejscu zamieszkania, systematyka i cechy szczególne sensorów. Sensoryczne sieci pomiarowe. Problemy bezpieczeństwa danych i prywatności w sieciach i pomiarach medycznych. Szpitalne systemy informacyjne, planowanie zabiegów, automatyczna/zdalna kwalifikacja pacjentów. Problemy telemedycyny: prywatność i wiarygodność danych, ciągłość dostępu do informacji, mobilność i aspekty energetyczne urządzeń. Interfejsy mózg-komputer: paradygmaty BCI i ich cechy szczególne. - Zakres dziedzinowy II: inżynieria biomateriałów
Podstawowe pojęcia: biomateriał, biozgodność, bioaktywność, wyrób medyczny, implant, transplant, sztuczny narząd, narząd hybrydowy. Zależność pomiędzy budową, właściwościami i sposobem otrzymywania biomateriałów: metalowych, polimerowych, ceramicznych i kompozytowych. Klasyfikacja biomateriałów ze względu na: rodzaj materiału (metalowe, ceramiczne, polimerowe, węglowe, kompozytowe, hybrydowe) i zachowanie w środowisku biologicznym (biostabilne, degradowalne, resorbowalne). Praktyczne zastosowanie biomateriałów metalowych, polimerowych, węglowych, kompozytowych, bioceramiki fosforanowo-wapniowej i szkieł bioaktywnych np. w chirurgii, ortopedii, kardiochirurgii, stomatologii. Inżynieria powierzchni i metody modyfikacji powierzchni. Metody badań struktury, mikrostruktury i właściwości biomateriałów. Odpowiedź biologiczna na implant. Metody badań biomateriałów in vitro i in vivo. Inżynieria tkankowa i medycyna regeneracyjna. - Zakres dziedzinowy III: biomechanika
Podstawowe pojęcia: Biomechanika i mechanobiologia. Zadania i kierunki badań w biomechanice. Zależność pomiędzy budową, a właściwościami funkcjonalnymi tkanek. Działy biomechaniki, Podział stawów ze względu na wykonywane ruchy, Biotrybiologia i zagadnienia związane z eksploatacją stawów i tkanek, Budowa i właściwości mechaniczne kości, Modele opisujące właściwości mechaniczne kości, Funkcje i właściwości chrząstki stawowej, modele chrząstki stawowej, Budowa i właściwości tkanek łącznych na przykładzie ścięgna, Modele opisujące właściwości ściegien, Budowa i funkcje kręgosłupa, Biomateriały naturalne i syntetyczne. Modelowanie biomateriałów jako elementów o właściwościach lepkosprężystych. Metody badań eksperymentalnych stosowane w biomechanice tkanek (uwzględniając badania naprężeń, odkształceń, przemieszczeń etc.). Podstawy wytrzymałości materiałów tkankowych – wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie.