Fluktuációk és zajok alap- és interdiszciplináris kutatása fizikai, neurocardiológiai és nanotechnologiai szakterületeken = Basic and interdisciplinary research of noise and fluctuations in physics, neurocardiology and nanotechnology

摘要

A fluktuációkkal javított érzékelés alkalmazásához kis méretű és fogyasztású számítógépvezérelt műszereket fejlesztettünk, melyek segítségével megmutattuk, hogy szén nanocső alapú és más szenzorokon végzett zajspektroszkópiai mérések alkalmasak lehetnek különböző gáztípusok vagy akár baktériumok megkülönböztetésére. Digitális jelprocesszor alapú kísérleti eszközöket fejlesztettünk ki, melyekkel elsőként sikerült demonstrálnunk a termikus zajra épülő abszolút biztonságos kommunikáció működését valós rendszeren. Az excimer lézerek késleltetésének sztochasztikus jelek felhasználásán alapuló aktív szabályozásához kifejlesztett módszerünkhöz új hardvert terveztünk, mely hatékonyabb működést tesz lehetővé, additív zaj felhasználásával segíti a késleltetési idő detektálását. Algoritmusokat és szoftvereket fejlesztettünk ki főként ritmuszavar során fellépő EKG-jelek időtartománybeli és spektrális analíziséhez. Emellett vizsgáltuk, hogy az emberi agy hogyan képes a véletlenszerű jelekben elrejtett determinisztikus minták felismerésére és tanulására. Interdiszciplináris kutatási eredményeinkhez tartozik egy baktériumok fotoszintézisének mérésére tervezett számítógépvezérelt fluorométer és a kísérlezető oktatást támogató számos hardver és szoftver kifejlesztése is. A pályázat során megjelent 32 publikáció között szerepel 20 nemzetközi folyóiratcikk (összesített impakt faktor: 37,203), melyek 5 nemzetközi és egy hazai meghívott konferenciaelőadáshoz kötődnek. | We have built low-consumption, small-size computer-controlled devices for fluctuation-enhanced sensing. With these instruments we have shown that noise spectroscopy measurements of carbon nanotubes or other sensors can differentiate between gases or bacteria. We have developed digital signal processor-based experimental devices with which we could be the first to demonstrate the feasibility of thermal noise-driven totally secure communication in a real-world system. We have designed new methods and the associated hardware to enhance the efficiency of the active control of excimer laser delay by using additive noise to improve delay detection. We have developed algorithms and software for the time-domain and spectral analysis of ECG signals recorded mainly during arrhythmias. We have also studied the capacity of the human brain to recognise and learn deterministic patterns hidden in seemingly random signals. Our interdisciplinary results include a computer-controlled fluorimeter for measuring bacterial photosynthesis and several hardware and software developments to support teaching experiments.