VILNIUS TECH didžiuojasi savo doktorantų disertacijomis, todėl VILNIUS TECH Biblioteka kviečia sekti skelbiamas naujas apgintas disertacijas. Šiandien pristatoma disertacija, tema „Klasikinės ir trupmeninio laipsnio difuzijos-reakcijos modeliais paremtų biologinių jutiklių atvirkštinio uždavinio sprendimo algoritmai ir jų analizė“, kurią parengė VILNIUS TECH doktorantas Ignas Dapšys. Disertacija rengta 2019–2023 metais, vadovas – prof. habil. dr. Raimondas Čiegis.

Disertacija ginama viešame Informatikos mokslo krypties disertacijos gynimo tarybos posėdyje 2023 m. gruodžio 6 d. 10 val. Vilniaus Gedimino technikos universiteto SRA-I Posėdžių salėje.

Biologiniai jutikliai yra prietaisai, skirti cheminėms medžiagoms aptikti ir analizuoti, remiantis biocheminiais procesais. Siekiant atlikti mėginių analizę praktikoje, reikia spręsti atvirkštinį uždavinį – iš biologinio jutiklio atsako nustatyti tiriamojo mėginio komponentų koncentracijas. Šis uždavinys yra sudėtingas dėl blogo jo sąlygotumo, su kuriuo susiduriama tiriant realų signalą, kurį veikia įvairūs triukšmai, pavyzdžiui, elektrinis triukšmas. Dėl to sumažėja nustatomų koncentracijų tikslumas. Disertacijoje nagrinėjami metodai, skirti šių sprendinių tikslumui gerinti. Kadangi biologiniai jutikliai naudojami įvairiose srityse, tokiose kaip aplinkosauga, maisto analizė ir medicina, kurios turi didelę įtaką žmogaus ir visuomenės gyvenimo kokybei, didesnis biologinių jutiklių tikslumas gali duoti didelę naudą. Dažniausiai biologiniai jutikliai kuriami naudojant fizinius prototipus – tokių prietaisų gamyba yra brangi ir reikalauja daug laiko, todėl naudojami biologinių jutiklių matematiniai modeliai, kurie leidžia greičiau generuoti virtualius atsakus. Tačiau tokiu atveju svarbu naudoti pakankamai tikslų modelį. Dėl to nagrinėjamas biologinio jutiklio modelis, kuriame įprastinis difuzijos operatorius pakeistas trupmeninio laipsnio elipsiniu operatoriumi (TLEO). Tokiam modeliui reikalingi specializuoti skaitiniai sprendimo metodai. Disertacijoje buvo nagrinėti metodai, paremti funkcijų racionaliąja aproksimacija ir lygiagrečiosios jų versijos. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai ir rezultatų apibendrinimas. Pirmajame skyriuje pateikiami disertacijoje naudojami biologinių jutiklių matematiniai modeliai – klasikinis ir su TLEO aprašoma difuzija, apibrėžiami trupmeninio laipsnio elipsiniai operatoriai ir aptariamas atvirkštinis biologinių jutiklių uždavinys. Antrajame skyriuje aprašomi ir analizuojami sprendimo metodai pirmojo skyriaus biologinių jutiklių modeliams, lygiagrečiosios metodų versijos ir jų efektyvumas, pateikiami eksperimentinių tikslumo ir stabilumo tyrimų rezultatai. Trečiajame skyriuje aptariamas dirbtinių neuroninių tinklų ir lygiagrečiojo DIRECT globalaus optimizavimo metodų taikymas atvirkštiniam biologinių jutiklių uždaviniui ir eksperimentų, kuriuose taikome atkuriamų substratų leistinų koncentracijų reikšmių srities mažinimo procedūrą, rezultatai. Disertacijos rezultatai rodo, kad racionaliąja aproksimacija paremti lygčių su TLEO sprendimo algoritmų garantuoja tikslumą, pakankamą praktiniams skaičiavimams. Sudarytos lygiagrečiosios minėtų metodų versijos leidžia efektyviai spręsti didelės apimties nelokaliuosius uždavinius. Biologinio jutiklio modelis su TLEO difuzija suteikia galimybę tiksliau jį pritaikyti realiems duomenims, o neuroninių tinklų tyrimų teoriniai ir praktiniai rezultatai leidžia pateikti rekomendacijas biologinių jutiklių tikslumui gerinti, priklausomai nuo triukšmo tipo ir kraštinių sąlygų įvedimo būdo.

Mokslo darbą galite rasti VILNIUS TECH Virtualiojoje bibliotekoje.