Basic and interdisciplinary research of noise and fluctuations in physics, neurocardiology and nanotechnology  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
69018
Type K
Principal investigator Gingl, Zoltán
Title in Hungarian Fluktuációk és zajok alap- és interdiszciplináris kutatása fizikai, neurocardiológiai és nanotechnologiai szakterületeken
Title in English Basic and interdisciplinary research of noise and fluctuations in physics, neurocardiology and nanotechnology
Keywords in Hungarian 1/f-zaj, sztochasztikus rezonancia, szívritmus- és vérnyomásfluktuációk, nanotechnológiai szenzorok
Keywords in English 1/f noise, stochastic resonance, heart rate and blood pressure fluctuations, nanotechnology sensors
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)80 %
Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Technical Informatics (University of Szeged)
Participants Heszler, Péter
Makra, Péter
Mingesz, Róbert
Starting date 2007-07-01
Closing date 2011-07-31
Funding (in million HUF) 8.103
FTE (full time equivalent) 6.88
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat keretében különböző rendszerekben lejátszódó véletlenszerű zajjelenségek kutatását végezzük el. Fő profilként az 1/f zaj számos nemlineáris transzformációinak, időbeli szerkezetének és szintmetszési statisztikájának kísérleti és elméleti vizsgálatát tervezzük. A sztochasztikus rezonancia vizsgálatában a legnagyobb hangsúlyt továbbra is a jel/zaj viszony növelésének lehetőségeire helyezzük. Interdiszciplináris – lézerfizikai, nanotechnológiai, neurokardiológiai – tudományterületek számára mérési- és jelfeldolgozási módszereket, műszereket fejlesztünk ki. Ezek közé tartozik a félvezető- és nanotechnológián szenzorok zajspektroszkópiája, impulzuslézerek triggerjelhez viszonyított késleltetésének aktív sztochasztikus szinkronizálása. Neurokardiológiai szakterületen orvoskutatókkal együttműködésben fő célunk, hogy az EKG- és vérnyomásjelek digitális jelfeldolgozásával az eddigieknél sokkal több információt szerezzünk a szervezet működéséről és a szívelégtelenségekről. Vizsgálni fogjuk az úgynevezett szimpatikus idegaktivitást, az EKG jelek off-line analízisében szoftvereket fejlesztünk ki Q-T repolarizációs fázis elemzésére és speciális számítógépvezérelt adatgyűjtő műszert és elemző szoftvert készítünk az iszkémiás prekondicionálás (IPC) témakörében végzett kutatások elvégzéséhez is.
Summary
The current project covers the research of random noise phenomena in various systems. One of the main topics is the investigation of several non-linear amplitude transformations, time-structure and level-crossing statistics of 1/f noise. Our study of stochastic resonance is mainly focused on the possibilities of signal-to-noise ratio amplification. Our group plans to develop measurement and signal processing methods and instruments to aid interdisciplinary research including laser physics, nanotechnology and neurocardiology. Examples of this are the noise spectroscopy of semiconductor- and nanotechnology-based sensors and development of the active stochastic synchronisation of the delay of impulse lasers. The main goal of the collaboration with medical research groups is the significant improvement of getting information by the digital signal processing of ECG and blood pressure signals in order to monitor cardiac dysfunctions. We plan to explore the so-called muscle sympathetic nerve activity, to develop algorithms to analyse the Q-T repolarisation and to design a special computer-controlled data acquisition system and software to support research of ischaemic preconditioning.




 

Final report

  
Results in Hungarian
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.
Results in English
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.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=69018
Decision
Yes





 

List of publications

  
A S Farkas, L Rudas, P Makra, N Csík, I Leprán, T Forster, M Csanády, J G Papp, A Varró and A Farkas: Biomarkers and endogenous determinants of dofetilide-induced torsades de pointes in alpha 1-adrenoceptor-stimulated, anaesthetized rabbits, British Journal of Pharmacology, 161: 1477–1495., 2010
Gingl Z, Kish LB, Khatri SP: Towards Brain-Inspired Computing, Fluctuation and Noise Letters 9:(4) pp. 403-412., 2010
Gingl Z, Kopasz K: High resolution stopwatch for cents, Physics Education 46:(4) pp. 430-432, 2011
Gingl Z, Kocsis P: Measure resistance and temperature with a sound card., EDN 56:(10) pp. 58-59., 2011
Gingl Z, Mingesz R, Makra P, Mellár J: Review of sound card photogates, European Journal of Physics 32:(4) pp. 905-924., 2011
Kish L, Chang H, King M, Kwan C, Jensen J, Schmera G, Smulko J, Gingl Z, Granqvist C: Fluctuation-Enhanced Sensing for Biological Agent Detection and Identification, IEEE Transactions on Nanotechnology pp:(99) p. 1., 2011
Kish LB, Khatri S, Bezrukov S, Peper F, Gingl Z, Horvath T: Noise-based information processing: Noise-based logic and computing: what do we have so far?, In: Deen MJ, Kasap S (szerk.) Proceedings of the 21st International Conference on Noise and Fluctuations. Toronto, Kanada, 2011.06.12-16. IEEE, pp. 28-33. (invited talk), 2011
Kopasz K, Makra P, Gingl Z: Edaq530: a transparent, open-end and open-source measurement solution in natural science education, European Journal of Physics 32: pp. 491-504., 2011
Mingesz R, Gingl Z, Kukovecz A, Konya Z, Kordas K, Moilanen H: Compact USB measurement and analysis system for real-time fluctuation enhanced sensing, In: Deen MJ, Kasap S (szerk.) Proceedings of the 21st International Conference on Noise and Fluctuations. Toronto, Kanada, 2011.06.12-2011.06.16. IEEE, pp. 389-392., 2011
Szabo T, Bencsik G, Kozak G, Visy Cs, Gingl Z, Hernadi K, Nagy K, Varo Gy, Nagy L: Interaction between photosynthetic reaction centers and ITO, EUROPEAN BIOPHYSICS JOURNAL 40:(Supplement 1) p. S179., 2011
Asztalos E, Gingl Z, Maróti P: Field instrument for determination of the photosynthetic capacity of intact photosynthetic bacteria, EUROPEAN BIOPHYSICS JOURNAL 40:(Supplement 1) p. S147, 2011
Gingl Z: High resolution sensor-to-USB interface, EDN (közlésre beküldve), 2011
Mingesz R, Gingl Z, Barna A: Enhanced control of excimer laser pulse timing using tunable additive noise, Fluctuations and Coherence Workshop, 13-16 Lancaster University, Lancaster, UK (invited talk), 2011
Gingl Z, Makra P, Kopasz K: Thumb-size USB-to-sensor interface supports efficient experimentation in multilevel education of physics and other disciplines, EUPEN's 12th General Forum - EGF2010, "NEW WAYS OF TEACHING PHYSICS", Paris (France): 2-5 September (invited talk), 2010
P Kocsis, E Asztalos, Z Gingl and P Maróti: Kinetic bacteriochlorophyll fluorometer, Photosynthesis Research 105: 73–82, 2010
D Molnár, P Heszler, R Mingesz, Z Gingl, Á Kukovecz, Z Kónya, H Haspel, M Mohl, A Sápi, I Kiricsi, K Kordás, J Mäklin, N Halonen, G Tóth, H Moilanen, S Roth, R Vajtai, P M Ajayan, Y Pouillon and A Rubio: Increasing chemical selectivity of carbon nanotube-based sensors by fluctuation-enhanced sensing, Fluctuation and Noise Letters, accepted for publication, 2010
Á Kukovecz, D Molnár, K Kordás, Z Gingl, H Moilanen, R Mingesz, Z Kónya, J Mäklin, N Halonen, G Tóth, H Haspel, P Heszler, M Mohl, A Sápi, S Roth, R Vajtai, P M Ajayan, Y Pouillon, A Rubio and I Kiricsi: Carbon nanotube based sensors and fluctuation enhanced sensing, Pysica Status Solidi C 7: 1217–1221 (invited talk), 2010
L B Kish, S M Bezrukov, S Khatri, Z Gingl, S Sethuraman: Noise-based logic and computing: from Boolean logic gates to brain circuitry and its possible hardware realization, pp 13-22 in Proceedings of the 4th International Workshop on Natural Computing Himeji, Japan, September 2009, Springer (invited talk), 2009
A Csillik, D Paprika, Z Gingl, É Zöllei, L Rudas: Prediction of acute volume loss in spontaneously breathing subjects, Journal of Critical Care 24: 147-148, 2009
Á Kukovecz, P Heszler, K Kordás, S Roth, Z Kónya, H Haspel, R Ionescu, A Sapi, J Mäklin, M Mohl, Z Gingl, R Vajtai, I Kiricsi, P M Ajayan: Improving the performance of functionalized carbon nanotube thin film sensors by fluctuation enhanced sensing, p 70370Y in Proceedings of SPIE volume 7037: Carbon Nanotubes and Associated Devices, 2008
D Németh, K Janacsek, V Balogh, Zs Londe, R Mingesz, M Fazekas, Sz Jámbori, I Dányi, Á Vetró: Learning in autism: implicitly superb, PLoS ONE, 5(7): e11731, 2010
Gingl Zoltán: Fluktuációkkal javított gázérzékelés szén nanocsövekkel és más szenzorokkal, Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform konferencia, 2009. március 27., Budapest (meghívott előadás), 2009
Kish LB, Khatri SP, Bezrukov SM, Peper F, Gingl Z, Horvath T: Noise-based deterministic logic and computing: a brief survey, arXiv:1007.5282v1 [physics.data-an], 2010
Kopasz Katalin, Gingl Zoltán, Makra Péter, Papp Katalin: Virtual measurement technology in public education, In: Proceedings of the of 14th International Workshop on Multimedia in Physics Teaching and Learning (MPTL 14). Udine, Olaszország, 2009.09.23-2009.09.25. Udine: pp. T3_5, 2009
R Mingesz, Z Gingl and L B Kish: Johnson(-like)–Noise–Kirchhoff-loop based secure classical communicator characteristics, for ranges of two to two thousand kilometers, via model-line, Physics Letters A 372: 978–984, 2008
D Vincze, A S Farkas, L Rudas, P Makra, N Csík, I Leprán, T Forster, M Csanády, J G Papp, A Varró and A Farkas: Relevance of anaesthesia for dofetilide-induced torsades de pointes in α1-adrenoceptor-stimulated rabbits, British Journal of Pharmacology 153 (2008) 75–89, 2008
R Mingesz, Z Gingl, G Almási, A Csengeri and P Makra: Utilising jitter noise in the precise synchronization of laser pulses, Fluctuation and Noise Letters 8: L41-L49, 2008
H Haspel, R Ionescu, P Heszler, Á Kukovecz, Z Kónya, Z Gingl, J Mäklin, T Mustonen, K Kordás, R Vajtai, P M Ajayan: Fluctuation enhanced gas sensing on functionalized carbon nanotube thin films, Physica Status Solidi B 245: L 2339-2342, 2008
P Heszler, Z Gingl, R Mingesz, A Csengeri, H Haspel, A Kukovecz, Z Kónya, I Kiricsi, R Ionescu, J Mäklin, T Mustonen, G Tóth, N Halonen, K Kordás, J Vähäkangas, and H Moilanen: Drift effect of fluctuation enhanced gas sensing on carbon nanotube sensors, Physica Status Solidi B 245: L 2343-2346, 2008
J Mäklin, T Mustonen, N Halonen, G Tóth, K Kordás, J Vähäkangas, H Moilanen, Á Kukovecz, Z Kónya, H Haspel, Z Gingl, P Heszler, R Vajtai and P M Ajayan: Inkjet printed resistive and chemical-FET carbon nanotube gas sensors, Physica Status Solidi B 245: L 2335-2338, 2008
A Makai, A Korsós, P Makra, T Forster, Gy Ábrahám and L Rudas: Spontaneous baroreflex sensitivity and heart rate turbulence parameters: parallel responses to orthostasis, Clinical Autonomic Research 18, 74–79, 2008
A S Farkas, P Makra, N Csík, Sz Orosz, M J Shattock, F Fülöp, T Forster, M Csanády, J Gy Papp, A Varró and A Farkas: The role of the Na+/Ca2+ exchanger, INa and ICaL in the genesis of dofetilide-induced torsades de pointes in isolated, AV-blocked rabbit hearts, British Journal of Pharmacology 156: 920–932, 2009
Sághy László, Vassil Borislavov Traykov, Gingl Zoltán, Pap Róbert, Forster Tamás: Frekvenciaanalízis pitvarfibrillációban, Cardiologia Hungarica 39: 229-235, 2009
G Schmera, Z Gingl, L B Kish, B Ayhan, C Kwan, C G Granqvist: Separating chemical signals of adsorption-desorption and diffusive processes, IEEE Sensors Journal 10: 461-464, 2010
Z Gingl, L B Kish, B Ayhan, C Kwan, C G Granqvist: Fluctuation-enhanced sensing with zero-crossing analysis for high-speed and low-power applications, IEEE Sensors Journal 10: 492-497, 2010




 

Events of the project

  
2023-08-09 14:06:04
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kísérleti Fizikai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Műszaki Informatikai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem).



Back »