Streszczenie dzialalności merytorycznej
Transkrypt
Streszczenie dzialalności merytorycznej
Streszczenie działalności merytorycznej Andrzej Napieralski, Politechnika Łódzka, Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych – (Department of Microelectronics and Computer Science – DMCS) Moje kompetencje naukowe obejmują następujące tematy: ⇒ Wspomagane komputerowo modelowanie przyrządów półprzewodnikowych i układów scalonych. ⇒ Termiczne modele zredukowane oraz symulacja elektrotermiczna przyrządów półprzewodnikowych i układów scalonych. ⇒ Półprzewodnikowe przyrządy dużej mocy i układy Smart Power. ⇒ Projektowanie mikro-elektro-mechanicznych systemów scalonych. ⇒ Inżynieria biomedyczna. Analiza i przetwarzanie obrazów. ⇒ Sieci neuronowe. ⇒ Systemy mikroprocesorowe. Układy ASIC. Układy FPGA. ⇒ Analiza działania czujników piezoelektrycznych w niskich temperaturach (poniżej 2K). ⇒ Języki wysokiego poziomu opisu sprzętu VHDL i VHDL AMS. ⇒ Metody analizy wibracji i wykrywania awarii w dużych maszynach elektrycznych. ⇒ Projektowanie rekonfigurowanych układów i systemów elektronicznych oraz ich wykonanie w technologii VLSI. W latach 1973-1980 moje prace koncentrowały się na modelowaniu półprzewodnikowych elementów mocy. W 1980 roku opracowałem program analizy układów tyrystorowych „PAUT” z uwzględnieniem specyficznych zagadnień występujących w tych układach. W czasie pobytu we Francji w latach 1983 i 1985-1991 brałem udział w opracowaniu szeregu programów CAD związanych z modelowaniem elektrotermicznym do obliczeń temperatury w układach półprzewodnikowych dużej mocy - dyskretnych, hybrydowych lub scalonych. Programy zostały uruchomione na komputerze wektorowym IBM-3090 w CNRS-LAAS (Laboratoire d'Automatique et d'Analyse des Systèmes du C.N.R.S.) w Tuluzie. W ramach kontraktu z Ministère de la Recherche et la Technologie - "Conversion d'Energie Electrique" uruchomiłem te programy na małych komputerach (typu IBM PC) oraz wyposażyłem je w interfejs do łatwego wprowadzania danych i wizualizacji graficznej rezultatów w formie kompatybilnej z termografem komputerowym HUGHES TVS-4100 używanym przy doświadczalnych pomiarach temperatury w układach hybrydowych. Program "NAPOM - Logiciel pour l'étude thermique des circuits hybrides de puissance" został sprzedany do firmy ALCATEL-Spain a następnie na zlecenie firmy SGSTHOMSON współuczestniczyłem w opracowaniu programu "THTHOM" do symulacji termicznej struktur piramidalnych. Od 1986 roku pracowałem też jako „professeur associé » w INSA (Institut National des Sciences Appliquées) w Tuluzie. Pomimo powrotu do Polski w 1991 roku, aż do 2000 roku prowadziłem w INSA cykle wykładów i seminariów, do których opublikowałem 15 skryptów (ostatni w 1999 roku). Po powrocie do Polski rozpocząłem prace w ramach grantów KBN. Granty [1−3,10,21] dotyczyły analizy i projektowania elementów i układów mocy i były naturalną kontynuacją tematyki, którą zajmowałem się we Francji. Następnie w ramach programu TEMPUS JEP - 2031 pt. "Computer Aided Design and Engineering in Electronic Engineering Education", realizowanego w latach 1991-1993 rozpocząłem współpracę z Instytutem Podstaw Elektroniki Politechniki Warszawskiej nad wdrożeniem komputerowego projektowania układów elektronicznych do programów nauczania. Następny TEMPUS JEP - 4343 pt. "Education of Computer Aided Design of modern VLSI Circuits" realizowany w latach 1992-1995 stał się początkiem bardzo owocnej współpracy z Instytutem Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej, w ramach której wspólnie z AGH utworzyliśmy Centrum ADEC (Asic Design and Education Center), do którego dołączyło również kilka innych uczelni polskich. Dalsze programy pozwoliły na utworzenie świetnej bazy laboratoryjnej niezbędnej do prac naukowych w mikroelektronice. Podsumowaniem tych prac było otrzymanie projektu REASON (Research and Training Action for System on Chip Design) w ramach V Programu Ramowego UE. Następne granty KBN [4-9] stanowiły kontynuację rozpoczętych prac w ramach programów TEMPUS. W 1994 roku zostałem zaproszony do uczestnictwa w programie ESPRIT (European Strategic Programme for Research and Development in Information Technology - CEC- 8173 BARMINT (Basic Research for Microsystems Integration)). W ciągu 3 lat pracy udało się nam zaprojektować i wyprodukować termiczną mikropompę krzemową, będącą częścią mikrosystemu scalonego, służącą do wstrzykiwania leku „on line” do ciała pacjenta oraz wyprodukować pierwszy europejski mikrosilnik krzemowy. Dużym sukcesem był też pierwszy w historii MPW (Multi Project Wafer) w technologii ES2 1.0μm MEMS-CMOS, zawierający projekty kilkunastu mikrosystemów krzemowych nadesłanych przez wiodące ośrodki naukowo-badawcze z Europy i USA. (w tym opracowany przy moim udziale projekt DMCS). Projekt nasz zawierał czujniki promieniowania podczerwonego, przetworniki elektrotermiczne, czujniki przepływu gazu i czujniki przyśpieszenia. Aktualnie w ramach CMP (Circuits Multi Project) czy też Europractice układy mikromaszynowe są już się standardem. Projekt BARMINT wykazał ogromną rolę symulacji VHDL-A w projektowaniu mikrosystemów krzemowych. Granty KBN [11,12,16,20,29,34] były bezpośrednią kontynuacją tej tematyki. Następne prace dotyczyły metod projektowania i realizacji analogowych układów VLSI dla zakresu wysokich częstotliwości [13] oraz komputerowej analizy układów elektronicznych z zastosowaniem wielowymiarowych modeli fizycznych przyrządów półprzewodnikowych mocy [14] i elektrotermicznej symulacji układów VLSI ze szczególnym uwzględnieniem integracji w środowisku CADENCE [15]. Naturalnym połączeniem tematyki dotyczącej elementów mocy i układów VLSI było rozpoczęcie prac nad układami Smart Power [24,25] Inny wątek kierowanych przeze mnie prac to projektowanie sieci neuronowych i ich realizacja fizyczna w postaci układów scalonych VLSI [6,23]. Zrealizowany w ramach tych prac systoliczny procesor neuronowy z wbudowanym algorytmem uczenia znalazł zastosowanie do rozwiązania problemu wykrywania wycieków oleju z kabli wysokiego napięcia w ramach prac z firmą Ontario Hydro (grant NATO- Advanced computer tools for thermal analysis of power cables) a następnie Kinectrics z Toronto (Kanada). Następne prace, których byłem współautorem, dotyczyły opracowania metody i systemu automatycznej analizy obrazów mikroskopowych blaszki amyloidowej w chorobie Alzheimera oraz chorobach wywołanych przez priony [26,33]. Prace te prowadzone wspólnie z Uniwersytetem Medycznym w Łodzi zapoczątkowały cały szereg interdyscyplinarnych prac związanych z medycyną. Wyniki tych prac nagrodzone zostały wieloma medalami na międzynarodowych wystawach wynalazków i zaowocowały otrzymaniem projektu British Council „Electronmicroscopic and image analysis of the florid plaque in variant Creutzfeldt-Jakob disease”, zrealizowanego przy współpracy z University of Edinburgh i Uniwersytetem Medycznym. Dalsze prace z Uniwersytetem Medycznym dotyczyły opracowania nowej nieinwazyjnej metody detekcji ryzyka niepłodności u nastolatków płci męskiej, za co zespół otrzymał złoty medal z wyróżnieniem na 55 Światowej Wystawie Wynalazków, Badań Naukowych i Nowych Technologii - "BRUSSELS Eureka 2005, złoty medal na Seoul International Invention 2006 i nagrodę Łódzkie EUREKA 2007 za najważniejsze osiągnięcia łódzkich naukowców w 2006 roku. Wykorzystując doświadczenia projektu BARMINT, przy współpracy z Instytutem Energetyki w Warszawie rozpoczęliśmy prace nad zintegrowanymi metodami projektowania mikrosystemów krzemowych i ich zastosowania do opracowania mikrosystemu służącego do monitoringu wibracji dużych maszyn wirnikowych [27,30,32,35]. Prace te zostały wyróżnione wieloma medalami na światowych wystawach wynalazków, dwoma nagrodami Ministra, dwoma statuetkami Łódzkie Eureka za rok 2003 i 2005 i nagrodą gospodarczą Wojewody Łódzkiego w 2007 roku. Prototypowy system został zamontowany w elektrowni „Dębe” i w elektrowni „Kozienice”. Następne prace dotyczyły opracowania systemu monitorowania wód europejskich. Po realizacji dwóch grantów KBN [29,30] dotyczących makromodelowania półprzewodnikowych czujników substancji chemicznych w językach opisu wysokiego poziomu i symulacji i projektowania scalonych przetworników analogowo-cyfrowych do zastosowań w mikrosystemach krzemowych otrzymaliśmy projekt SEWING (System for European Water monitorING w ramach V Programu Ramowego UE. Kontynuacją projektu był grant promotorski [34] dotyczący modelowania zjawisk elektrokinetycznych w językach wysokiego poziomu opisu sprzętu. Następne prace, w których współuczestniczyłem, dotyczyły opracowania analogowocyfrowego systemu do rozpoznawania mowy dla układów multimedialnych oraz do identyfikacji osób i emocji na podstawie sygnałów mowy [27,40]. Kontynuacją prac z dziedziny przetwarzania obrazów były niedawno zakończone prace nad rozpoznawaniem i identyfikacją osób na podstawie parametrów biometrycznych oka [39]. W chwili obecnej wykonywane są ostatnie testy. W ramach współpracy z UPC w Barcelonie nasz zespół rozpoczął prace nad wysokopoziomowym algorytmem partycjonowania dedykowanym układom dynamicznie rekonfigurowalnym z możliwością rekonfiguracji wielokontekstowej [31]. W wyniku tych prac nasza katedra (DMCS) została zaproszona do udziału w VI projekcie ramowym UE PERPLEXUS (Pervasive Computing Framework for Modeling Complex Virtually-Unbounded Systems Rozproszona platforma obliczeniowa do modelowania złożonych systemów pozornie nieograniczonych), w którym pracujemy nad zupełnie nową generacją inteligentnych układów scalonych. Prezentacja pierwszych wyników projektu na konferencji AHS (NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems) w Edynburgu (04-08.08.2007) zaowocowała otrzymaniem nagrody w kategorii „Future and Emerging Technologies”. Od kilku lat Katedra DMCS współpracuje z DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) w Hamburgu. W wyniku tej współpracy otrzymaliśmy VI projekt ramowy UE - CARE (Coordinated Accelerator Research in Europe - Europejskie koordynowane badania i rozwój technologii akceleratorów cząstek elementarnych). W ramach tego projektu otrzymaliśmy 2 granty promotorskie KBN [37,41] i jeden grant badawczy [42] a także powstało kilka prac doktorskich. Do najważniejszych osiągnięć należy opracowanie przez moich doktorantów metody pomiaru odstrojenia w nadprzewodzących wnękach rezonansowych i zastosowanie elementów piezoelektrycznych oraz magnetostrykcyjnych w temperaturach bliskich zera bezwzględnego do jego kompensacji oraz opracowanie metod ochrony systemów operacyjnych przed skutkami oddziaływania promieniowania. Prace te zostały wyróżnione wieloma medalami na światowych wystawach wynalazków i dwoma nagrodami Ministra. Podsumowując do najważniejszych osiągnięć naukowo-inżynierskich zaliczam: 1. Udział w projekcie opracowania termicznej mikropompy krzemowej i mikrosilnika krzemowego w ramach projektu ESPRIT BARMINT. 2. Udział w opracowaniu metody i systemu automatycznej analizy obrazów mikroskopowych blaszki amyloidowej w chorobie Alzheimera oraz chorobach wywołanych przez priony. 3. Udział w pracach nad zintegrowanymi metodami projektowania mikrosystemów krzemowych i ich zastosowania do monitoringu wibracji dużych maszyn wirnikowych 4. Udział w konsorcjach międzynarodowych projektów naukowo badawczych Unii Europejskiej – BARMINT, REASON, SEWING, CARE i PERPLEXUS.