Wykład monograficzny dla studiów s – kierunek automatyka i robotyka – II stopień

DO POBRANIA: 

• Wykład Neuroinformatyka. [Pobierz]
• Wykład Rola technologii BCI w rozwiązania biomedycznych. [Pobierz]
• Wykład na bazie artykułu naukowego – The Impact of Different Sounds on Stress Level in the Context of EEG, Cardiac Measures and Subjective Stress Level: A Pilot Study. [Pobierz]
• Wykład na bazie artykułu naukowego – A Method to Obtain Parameters of One-Column Jansen–Rit Model Using Genetic Algorithm and Spectral Characteristics. [Pobierz]

Informacje dotyczące wykładów:

Tematy wykładów:

1	Przedstawienie warunków zaliczenia oraz tematyki wykładów.
2	Wprowadzenie do Neuroinformatyki i technologii Brain Computer Interfaces.
3	Podstawy układu nerwowego człowieka w kontekście technologii mózg-komputer. Metody badania aktywności pracy mózgu.
4	Podstawy elektroencefalografii. Układ 10-20. Sygnał EEG. Artefakty w BCI.
5	Rodzaje BCI i paradygmaty w technologii mózg-komputer. Medyczna aparatura do neuroobrazowania.
6	Praktyczne implementacje technologii opartej na komunikacji mózg-maszyna, mózg-komputer. Technologia BCI w automatyce i robotyce.
7	Modelowanie populacyjne frakcji komórek neuronalnych w zastosowaniu do sterowania robotem mobilnym. Narzędzia neuroinformatyki – metody analizy danych.
8	Modele elementów układu nerwowego w postaci sztucznych sieci neuronowych w teorii sterowania. Modele cybernetyczne wybranych struktur i funkcji układu nerwowego w zastosowaniach automatyki.
9	Architektura, koncepcja wdrozenia oraz system dwumodulowy w interfejsach mózg-komputer. Metoda PCA – analizy składowych głównych i ICA – analizy składowych niezależnych. Ślepa separacja sygnałów – BSS. Zastosowanie modeli pulsujących sieci neuronowych w automatyce i robotyce.
10	Daty zaliczeń podane zostały na Moodle.
11	Wpisy do indexów/USOS

Tematy prac do realizacji w ramach zajęć seminaryjnych:

Każda praca realizowana w ramach zajęć seminaryjnych zaczyna się od zajęć praktycznych w Laboratorium Neuroinformatyki. Zadanie Studenta polega na zapoznanie się w praktyce z technologią mózg-komputer, w tym z urządzeniem Emotiv EPOC+ NeuroHeadset. Na zajęciach odbywa się weryfikacja pracy z urządzeniem. Kalibracja z nim. Testy dołączonych do urządzenia aplikacji, w tym między innymi: EPOC Control Panel, Xavier Control Panel, Mouse Emulator, 3D Brain Visualizer, Brain Activity Map, Emotiv Xavier TestBench w tym moduł FFT, EmoBot, EmoKey, Neuro MouseControl, Spirit Mountain, Cortex Arcade, Axo. Każdy student powinien wykonać screeny ze swojej pracy, które następnie zamieszcza w projekcie, w pierwszej jego części dotyczącej technologii BCI.

Instrukcja do urządzenia

1	Korelacje w strukturach neuronalnych, jako źródło danych w procesie eksploracji struktur mózgowych Opis szczegółowy w *.pdf. Praca projektowo-badawcza.
2	Elementy automatyki w inteligentnych domach, wspomagane mechanizmami neuroinformatyki. W ramach projektu należy: przedstawić metodologię wykonywania instalacji domów inteligentnych, scharakteryzować stosowane rozwiązania sprzętowe, opisać technologię BCI, wybrać urządzenia oparte o interfejsy mózg-komputer i omówić ich możliwości zastosowania praktycznego w projektach domów inteligentnych. Znaleść i opisać obecnie wdrożone rozwiązania w tym zakresie. Przedstawić wstępny kosztorys. Praca koncepcyjno-projektowa.
3	Bezpieczeństwo na liniach zrobotyzowanych, a technologia BCI. W ramach projektu należy: scharakteryzować zasady bezpieczeństwa na liniach produkcyjnych zrobotyzowanych, omówić technologię BCI, podać koncepcyjnie jej przykładowe zastosowanie do ww. celów. Praca projektowo-badawcza.
4	Zastosowanie robotyki w procesie eksploracji miejsc przy użyciu robotów sterowanych interfejsami BCI. W ramach projektu należy: scharakteryzować dziedzinę jaką jest robotyka, opisać aspekt eksploracji miejsc, w tym także niedostępnych dla człowieka przy użyciu robotów – obecnie stosowane rozwiązania, roboty etc., dokonać przeglądu interfejsów BCI, opisać dotychczas wdrożone rozwiązania: robot-BCI, podać koncepcję wdrożenia w oparciu o własny pojazd mobilny. Praca koncepcyjno-projektowa, z możliwością praktycznej realizacji.
5	Neuroinformatyka w motoryzacji. W ramach projektu należy: przedstawić procesy sterowania w motoryzacji, opisać technologię autopilotów, omówić pojęcie neuroinformatyki, opracować własną koncepcję skorelowania narzędzi neuroinformatycznych w aspeckie wykorzystania ich w przemyśle motoryzacyjnym. Praca projektowo-badawcza.
6	Metody analizy i archiwizacji danych na potrzeby zastosowań w automatyce. Przetwarzanie danych źródłowych – sygnałów EEG. W ramach projektu należy: przedstawić znane Ci metody archiwizacji danych oraz ich akwizycji, opisać narzędzia – algorytmy przetwarzania danych źródłowych – sygnałów EEG; pobrać dane /sygnał EEG/ z dostępnych w sieci Internet naukowych baz danych lub przy pomocy sprzętu w Laboratorium Neuroinformatyki i przeprowadzić jego analizę w oparciu o opisane algorytmy przetwarzania danych np.: w programie Matlab/Matlab Simulink. Opisać i przedstawić ToolBox EEGLab. Przedstawić pomysły na wykorzystanie danych – sygnałów w procesach sterowania w automatyce. Praca eksperymentalno-badawcza, z możliwością praktycznej realizacji.
7	Moduły Arduino / Raspberry PI w zastosowaniach automatyki w połączeniu z technologią BCI. W ramach projektu należy: przedstawić moduły Arduino /ew. Raspberry PI/ w zastosowaniach automatyki /robotyki/, scharakteryzować technologię BCI, omówić możliwości potencjalnego sparowania modułów z urządzeniami bazującymi na interfejsach mózg-komputer. Przedstawić koncepcję w formie dokumentacji do wykonania fizycznego projektu, kosztorys, karty opisu sprzętu, etc. Praca koncepcyjno-projektowa, z możliwością praktycznej realizacji.
8	Zastosowania robotyki w medycynie. W ramach projektu należy: przedstawić zastosowania praktyczne robotów w medycynie, podać praktyczne przykłady, szczególnie polskie osiągnięcia w tej dziedzinie, ponadto opisać rolę narzędzi neuroinformatycznych w zastosowaniach medycznych, omówić szczegółowo zasady badania mózgu metodami: EEG, fMRI, PET. Praca stricte teoretyczna. Temat max. na ocenę 4.0.
9	System wizyjny na platformę mobilną z zaimplementowanymi narzędziami neuroinformatycznymi. W ramach projektu należy: opisac systemy wizyjne, scharakteryzować popularne obecnie platformy mobilne, opisać narzędzia neuroinformatyczne, opracować dokumentację do narzędzia bazującego na systemie wizyjnym /kamera ze smartfona/, pod system BB OS, Apple OS, Android, Windows Phone wykorzystującą przetwarzanie obrazów do analizy danych z EEG, fMRI, KTG, EKG etc., w miarę możliwości czasowych opracować prototyp aplikacji z GUI. Praca koncepcyjno-projektowa, z możliwością praktycznej realizacji.
10	Kognitywistyka. Architektury kognitywne, symboliczne, emergentne i hybrydowe. W ramach projektu należy: przedstawić dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie nauki jaką jest kognitywistyka, scharakteryzować jej podział, omówić potencjalne zastosowanie osiągnięć nauki z niej płynących, opisać architektury kognitywne, symboliczne, emergentne i hybrydowe. Praca teoretyczna o aspekcie psychologicznym.
11	Potencjał wywołany sygnałem sterującym na potrzeby aplikacji. W ramach projektu należy: przedstawić metodologię badań nad sygnałem EEG, opisać zjawisko potencjału wywołanego związanego z bodźcem zewnętrznym/wewnętrznym: potencjału P300 – bodziec zewnętrzny  i jego rolę w procesach sterowania, scharakteryzować desynchronizację i synchronizację sygnału EEG związaną z bodźcem wewnętrznym – na przykład: planowanie ruchu, opracować koncepcję wykorzystania ww. zjawisk w autorskim projekcie. Praca projektowo-badawcza, z możliwością praktycznej realizacji.
12	Badanie funkcji mózgu z wykorzystaniem fMRI do zastosowań automatyki. W ramach projektu należy: przedstawić technologię pomiarów fMRI, opisać istniejące urządzenia w tym zakresie, podać ich ceny, producentów, znaleźć i przedstawić przykłady implementacji fMRI do zastsowań wykraczających poza aspekt pomiarów medycznych w klinikach, przedstawić koncepcję wykorzystania fMRI w autorskim projekcie. Praca projektowo-badawcza.
13	Neurogaming. W ramach projektu należy: przedstawić pomiar sygnału EEG na podstawie konkretnego urządzenia, opisać istniejące urządzenia w tym zakresie, podać ich ceny, producentów, opisać technologię Unity oraz Emotiv SDK, znaleźć i przedstawić przykłady implementacji rozwiązań neurogamingowych – przykładowe gry, opisać wykorzystanie neurogamingu w terapiach – zastosowanie medyczne, przedstawić koncepcję wykorzystania neurogamingu w autorskim projekcie. Opisać aplikację EmoKey w połączeniu z produktami softwarowymi dostępnymi w laboratorium (Cortex Arcade, Spirit Mountain etc.). Praca projektowo-badawcza z możliwością realizacji.

Galeria zdjęć z zajęć Studentów: https://s.paszkiel.po.edu.pl/galeria-zdjec-z-zajec-w-laboratorium-neuroinformatyki/ 

Termin określenia tematów prac seminaryjnych dla konkretnych grup: –

Termin oddania prac: –

UWAGI DO OPRACOWANIA PRAC!

1. Praca powinna zaczynac sie od strony tytulowej z podaniem autora pracy oraz roku i kierunku studiów. Spis treści i literatura jest wymagana.
2. Kazde zadanie/opis problemu powinno byc poprzedzone opisem poszczególnych kroków jakie sa wykonywane w celu rozwiazania ww.
3. Praca powinna byc oddana prowadzacemu zajecia w formie wydrukowanej, polaczonej w calosc i liczyć około 20 stron A4, 1,5 wiersza odstępu między wierszami.
4. Opóznienie w oddaniu pracy o kolejny tydzień obniza ocene z pracy o jeden stopien. Prac oddanych ostatecznie, nie mozna poprawiac.
5. Prace bedace kopiami innych beda odrzucane.
6. Proszę również o stosowanie przypisów dolnych, gdy korzystacie Państwo ze źródeł, zarówno sieci Internet, jak i podręczników.
7. Student może także zaproponować swój własny temat, skorelowany z przedmiotem.
8. Prace można wykonywać w grupach max 2 osoby – odpowiedzialność zbiorowa.

Literatura na bazie, której będzie prowadzona część wykładów:

1. Brauer F., Castillo-Chavez C., Mathematical models in population biology and epidemiology; Springer, New York, 2001.
2. Koch C., Biophysics of Computation: information processing in signal neurons; Oxford University Press, Oxford 1999.
3. Tadeusiewicz R., et. all, Neurocybernetyka teoretyczna; Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, 2009, Warszawa.
4. Duda J. T., Modele matematyczne, struktury i algorytmy nadrzednego sterowania komputerowego, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2003.