Potřebují absolventi technických univerzit ještě další technické vzdělávání? Musíme se takové otázce vůbec věnovat, když je současně třeba soustředit se na to, abychom vůbec vzbudili zájem o techniku u žáků základních a středních škol? Odpověď zní jednoznačně: Samozřejmě, že ano. O nutnosti kvalitně vzdělávat inženýry a doktory technických věd svědčí zařazení České republiky mezi země s podprůměrnou výkonností ve výzkumu a inovacích. Stačí porovnat úspěšnost českých a rakouských výzkumných týmů při získávání finančních prostředků z evropského rámcového programu HORIZONT 2020, inovační aktivitu českých a rakouských firem, počty udělených mezinárodních patentů a z nich plynoucích licenčních poplatků. Disproporce je více než zřetelná. O nápravu se snaží v rámci evropských projektů i Centrum SIX VUT v Brně. Evropská komise připravila právě pro země s podprůměrnou výkonností ve výzkumu a inovacích speciální program Widespread Teaming. Jeho základní myšlenkou je vytvoření silného partnerství mezi výzkumným týmem z podprůměrné země a týmem ze země vyspělé. Cíl je jasný: pomoci týmu z podprůměrné země dosáhnout během 5 až 7 let výkonnosti vyspělého partnera. Do první výzvy programu Widespread Teaming, která měla uzávěrku v září loňského roku, se v České republice přihlásilo 13 výzkumných center. Tři z nich uspěla. Mezi ně patří i SIX – Centrum senzorických, informačních a komunikačních systémů založené v roce 2010 Vysokým učením technickým v Brně. Strategickým partnerem Centra SIX se stala Technická univerzita ve Vídni. Úspěšný projekt nese příznačnou zkratku ADWICE (Advanced Wireless Communications for Clever Engineering), odkazující na anglické slovo ADVICE (rada), vystihující podstatu celého programu. Základním nástrojem dalšího vzdělávání výzkumných a vývojových pracovníků je společný výzkum a společný vývoj. V rámci projektu vzniknou výzkumné pozice pro mladší vědce z Vídně v Brně a naopak, čímž dojde k těsnému provázání výzkumu a vývoje. Mezi další nástroje vzdělávání výzkumníků bude patřit vytvoření společného magisterského studijního programu (tzv. joint degree), společná výchova doktorandů, společné pořádání mezinárodních konferencí a další aktivity. Program Widespread Teaming je koncipován jako dvojstupňový. Nejprve musejí výzkumné týmy během 12 měsíců vypracovat obchodní plán, který podrobně popíše cestu obou týmů ke společnému cíli (excelenci ve výzkumu) během druhého stupně a který současně zajistí udržitelnost všech aktivit po ukončení financování z programu HORIZONT 2020. Jelikož Centrum SIX je centrem aplikovaného výzkumu, v obchodním plánu a udržitelnosti aktivit hraje velmi důležitou roli kooperace s partnerskými firmami. Jejich zájem dokládá více než 30 podpůrných dopisů, kterými byl návrh projektu ADWICE doporučen k přijetí. Partnerským firmám by měla spolupráce s konsorciem ADWICE přinést kvalitní výzkum, který pokrývá všechny aplikační oblasti bezdrátových komunikací. Část nákladů by měla být pokryta z národních a evropských programů pro podporu spolupráce aplikační sféry s univerzitami. Firmy by měly mít své zástupce v poradním sboru ADWICE, který bude poskytovat výzkumným týmům zpětnou vazbu firemní sféry. Zatímco projekt těsné spolupráce mezi Technickou univerzitou ve Vídni a Centrem SIX je teprve v počátcích, společné výzkumné projekty obou pracovišť jsou realitou. Jako příklad uveďme projekt INWITE (Interdisciplinary Research of Wireless Technologies), financovaný Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR v rámci Národního programu udržitelnosti. Výzkum INWITE se soustřeďuje do 5 částí: do oblasti senzorických systémů, zpracování signálů, radiofrekvenčních aplikací, mobilních komunikací a kybernetické bezpečnosti. Výzkum každé oblasti vede tandem, tvořený jedním specialistou z Vídně a jedním z Brna. Cílem projektu je vytvořit znalostní potenciál, nutný pro společný aplikovaný výzkum s partnerskými firmami. Jak INWITE, tak ADWICE jsou dlouhodobými aktivitami: INWITE je plánován do roku 2019, ADWICE do roku 2022. Je to dáno tím, že vzdělávání a výchova výzkumných a vývojových pracovníků je dlouhodobým procesem. A právě systematická spolupráce našich výzkumných týmů s předními evropskými týmy je tím nejlepším nástrojem dalšího technického vzdělávání mladých inženýrů. I když jsou projekty INWITE a ADWICE teprve na svém počátku, spolupráce brněnských a vídeňských týmů začíná pomalu přinášet své výsledky. Pro ilustraci uveďme několik z nich. Diagnostický systém pro detekci a lokalizaci částečného výboje. Systém, který byl letos oceněn Zlatým Ampérem, detekuje, lokalizuje a vyhodnocuje částečné výboje v elektrárenských transformátorech. Pokud transformátor není včas odstaven, může dojít ke vzniku elektrického oblouku a následné závažné havárii s rizikem exploze a požáru. Vyvinutý diagnostický systém využívá moderní metodu detekce elektromagnetických vln vyzařovaných částečnými výboji v pásmu velmi vysokých kmitočtů. Systém umožňuje v reálném čase diagnostikovat přítomnost částečných výbojů, vyhodnotit jejich úroveň a lokalizovat místo jejich výskytu. Analýza nervových struktur v mozku. Nervový systém živých organismů je v porovnání s počítačovými procesory velmi složitý a současně efektivní. Dnešní nejvýkonnější počítače jsou složitostí srovnatelné s nervovou soustavou žížaly. Žížala přitom nespotřebovává megawatty energie a nepotřebuje svůj nervový systém intenzivně chladit. Porozumění nervovým strukturám nás tedy může inspirovat k návrhu výkonnějších a energeticky efektivnějších výpočetních systémů. Proto vznikl projekt zaměřený na studium nervových systémů, který je veden odborníky z americké MIT. Na projektu společně s předními světovými pracovišti participuje i tým výzkumného centra SIX. Díky společné práci se podařilo nalézt metodu, která dokáže analyzovat struktury v mozku. Dosažené výsledky byly zaslány ve formě společného článku do časopisu Nature. Koexistence mobilních služeb. V oblasti mobilních komunikací hledá centrum SIX cesty, jak uspokojit stále rostoucí požadavky uživatelů mobilních služeb na přenosovou rychlost a nízkou energetickou náročnost v extrémně využitém rádiovém spektru. Jedním z přístupů je koexistence mobilních služeb (například LTE) v pásmech vyhrazených přenosu televizních signálů. V takovém případě probíhá přenos signálů na velmi blízkých, případně stejných kmitočtech (viz obr. 2). Může tak docházet ke vzájemnému rušení mezi jednotlivými službami. Výzkumníci centra SIX jsou schopni tato rušení přesně modelovat a vyhodnotit jejich vliv na kvalitu přenášené informace (data, obraz, video). Komunikace v blízkosti lidského těla. V posledních letech se rychle rozvíjejí nositelná komunikační zařízení. Tato zařízení jsou kompaktní, lehká, přenosná a tvoří tzv. body area networks. Aplikační potenciál těchto zařízení nalezneme v oblasti zdravotní péče, zábavních aplikací, identifikačních systémů, ve sportu, v „inteligentní“ domácnosti i ve vojenských aplikacích. Zařízení, která jsou schopna pracovat v blízkosti lidského těla, musejí splňovat řadu podmínek. Většinu těchto podmínek lze splnit vhodným návrhem antény. Proto jsme vyvinuli speciální kruhovou anténu, která pracuje v bezlicenčním pásmu 61 GHz, vyniká nízkým profilem a malými rozměry. Anténu lze snadno integrovat do oděvu jako knoflík (viz obr. 3). Bezdrátová komunikace uvnitř automobilu. Atraktivní oblastí pro aplikaci elektronických systémů je oblast automobilové techniky. Kromě oblasti automatického rozpoznávání dopravní situace (rozpoznávání značek, detekce chodců apod.) patří do popředí výzkumných aktivit komunikace mezi vozidly a okolní infrastrukturou, komunikace uvnitř dopravních prostředků, určování polohy vozidla v dopravním systému nebo určování polohy elektronických zařízení uvnitř dopravních prostředků. Vytvoření lokální bezdrátové sítě uvnitř vozidla umožňuje sdílet multimediální soubory či přenášet data mezi čidly, řídicími jednotkami a silovými akčními členy. Taková senzorová síť může snížit nároky na použití měděných vodičů, což znamená snížení ceny a hmotnosti vozidla a úsporu paliva. Aby mohla síť spolehlivě fungovat, je nutné dokonale prozkoumat prostředí, ve kterém se šíří elektromagnetické vlny. Pro efektivní návrh komunikační sítě je pak nezbytné vytvořit matematický model tohoto prostředí (přenosového kanálu), a ten pak použít pro simulace. Náš tým se zabývá problematikou měření a modelování kanálů především v pásmech 3,1 až 10,6 GHz a 57 až 64 GHz. Bezpečnostní laboratoře centra SIX. V bezpečnostních laboratořích probíhá výzkum a vývoj nových metod testování bezpečnosti komunikačních zařízení. Současný výzkum je zaměřen na analýzu implementace šifrovacích zařízení, na testování kritických infrastruktur a jejich odolnosti vůči kybernetickým útokům. Pro analýzu implementace používáme zejména kryptoanalýzu proudovým postranním kanálem, která dnes představuje nejpoužívanější a nejefektivnější způsob útoku na běžně používaná kryptografická zařízení. Při proudové analýze je použita vlastní unikátní metoda založená na algoritmech strojového učení. Je tak možné analyzovat bezpečnost implementace šifrovacích zařízení, jakými jsou USB tokeny, čipové karty či dedikované šifrovací čipy. O tento typ analýzy je zájem ze strany výrobců a institucí zvažujících nasazení těchto zařízení do své infrastruktury. Zbyněk Raida, Pavel Fiala, Radim Burget, Roman Maršálek, Jaroslav Láčík, Aleš Prokeš, Jan Hajný Centrum SIX, Vysoké učení technické v Brně Technická 12, 616 00 Brno http://www.six.feec.vutbr.cz
