Primenjena fizika i elektronika

Klasifikacija raka analizom mikronizova

Diana Sekulić*, Tijana Aleksić**

*IV razred, Gimnazija "Jovan Jovanovic Zmaj", Novi Sad; **IV razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac[poster]

Cilj ovog rada je upoređivanje tačnosti tri klasifikatora pri klasifikaciji pet različitih tipova raka. Rad se bavio klasifikacijom tipova raka na osnovu potpisa koje formiraju pojedinačne supstitucije unutar čovekovog genoma. Na osnovu seta podataka jednog pacijenta, koji sadrži sve informacije o mutacijama i njihovim pozicijama u genomu, grupišu se karakteristični potpisi za svaki tip raka i potom se klasifikuju. Poređen je rad klasifikatora maksimalne margine, logističke regresije i random forest algoritma za klasifikaciju na bazi podataka koja se sastoji od 1660 pacijenata sa 5 različitih tipova raka (rak dojke, rak debelog creva, rak jetre, rak pluća i rak grlića materice). Klasifikator maksimalne margine je davao tačnost od 76,78% sa preciznošću od 79,05%, logistička regresija je davala tačnost od 88,84% sa preciznošću od 90,71%, dok je random forest algoritam davao tačnost od 84,82% sa preciznošću od 84,66%. Rezultati su uporedivi sa rezultatima referentnih radova i istog su ranga tačnosti za dati broj mutacija (50).

Detekcija govornog signala očitavanjem vibracija staklene površine

Andrijana Miković*, Ivan Čejić**

*III razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac; **IV razred, Školski centar "Nikola Tesla", Vršac[poster]

U ovom radu je ispitana mogućnost detekcije govora uz pomoć refleksije dela laserskog zraka o staklenu površinu i okarakteriasana je efikasnost ovog sistema u laboratorijskim uslovima. Efikasnost sistema je određivana za tri različita prijemnika: fototranzistor, fotootpornik i solarni panel, korišćenjem dva različita izvora zvuka, ljudskog glasa i zvučnika. Količnikom snage zvuka iz sistema i snage pozadinske buke (SNR) određena je efikasnost svakog prijemnika. Sistem funkcioniše na principu oscilacija odbojne površine koja izaziva promenljiv reflektovni signal. Te promene se detektuju prijemnikom, sa kojeg se signal kasnije obrađuje i očitava u vidu audio signala. Reflektovani svetlosni zrak se konvertuje u električni signal. Takav signal prolazi kroz high-pass filtar i pojačavač, a kasnije i kroz softverski filtar. Karakteristika softverskog filtra se formira spektralnom analizom sistema, gde filtar otklanja uticaj sistema na primljeni signal u spektralnom domenu. Efikasnost softverskog filtra je ispitana merenjem SNR-a pre i posle filtra.

Prijemnik koji je pokazao najbolje rezultate je fototranzistor pri oba izvora zvuka (zvučnik i ljudski glas). Pri glasu kao izvoru vrednost SNR-a za fototranzistor je iznosila 4.54 dB, a kod zvučnika 0.05 dB, dok su ostale dve komponente imale negativne vrednosti SNR-a, sa izuzetkom fotootpornika sa glasom kao zvučnim izvorom (1.68 dB). Nakon primene softverskog filtra na primljeni signal u slučaju zvučnika kao izvora, vrednosti SNR-a su se povećale. Kod fototranzistora iznosila je 0.16 dB, a vrednost SNR-a signala koji se nalazio na izlazu druga dva prijemnika se približio nuli.

Minimalan SNR koji je potreban da bi ljudsko uho razaznalo glas je 15 dB. Rezultati SNR-a su veći pri ljudskom govoru kao izvoru zvuka kod sve tri vrste prijemnika ali ljudski govor nije jednoznačno ponovljiv u laboratorijskim uslovima, takođe velika osetljivost aparature na spoljašnje uticaje smanjuje mogućnost ponavljanja rezultata u laboratorijskim uslovima.

Praćenje šake korišćenjem dubinske kamere

Srđan Radović*, Valentina Njaradi**

*IV razred, Gimnazija "Jovan Jovanović Zmaj", Novi Sad; **III razred, Matematička gimnazija, Beograd[poster]

U ovom radu analizirane su performanse sistema za određivanje pozicije svih zglobova šake korišćenjem jedne dubinske kamere. Dobijeni sistem može da rekonstruiše pozu šake u kompleksnim položajima, kao i u položajima gde nisu svi prsti vidljivi.

Pozicije i rotacije zglobova koje ovaj sistem određuje sa slike šake zajedno čine vektor položaja. Prvi korak sistema čini inicijalizator koji se sastoji od nekoliko šuma odluke (random decision forest) i određuje skup vektora položaja koji približno odgovaraju ulaznoj slici. Inicijalizator je treniran na bazi sintetisanih dubinskih slika šake u različitim pozama. Počevši od skupa vektora položaja dobijenih od inicijalizatora dolazi se do tačnijeg vektora položaja optimizacionim algoritmom particle swarm optimization. Određivanje tačnosti vektora položaja vrši se direktnim upoređivanjem ulazne slike sa sintetisanom dubinskom slikom 3D modela šake koji odgovara datom vektoru.

Sistem je na sintetičkim slikama u stanju da odredi 78% pozicija zglobova šake sa greškom manjom od 0.03m, što je uporedivo sa drugim sistemima za te svrhe.

Protočna FPGA arhitektura za filtriranje slike linearnim i adaptivnim medijanskim filtrom

Mihailo Grbić*, Filip Parag**

*IV razred, Matematička gimnazija, Beograd; **IV razred, Gimnazija "Jovan Jovanović Zmaj", Novi Sad[poster]

U ovom radu je opisana digitalna protočna arhitektura na FPGA čipu za filtriranje slike uz dva metoda: linearnim filtrom i adaptivnim medijanskim filtrom. Linearno filtriranje je metod u obradi slike koji se najčešće koristi za izoštravanje slike, izdvajanje ivica i otklanjanje gausovog šuma, dok medijansko i adaptivno medijansko filtriranje ima specifičniju upotrebu otklanjanja impulsnog šuma i očuvanja kontura na slici. Opisana protočna arhitektura otklanja potrebu za suvišnim ponovnim unošenjem podataka i minimizuje vreme izvršavanja, po ceni zauzeća logičkih i memorijskih jedinica.

U slučaju adaptivnog medijanskog filtriranja, pri nalaženju medijane luminanse piksela u prozoru, implementirane su i poređene dve arhitekture: bitonik sortiranje i kumulativni histogram. Memorijsko i logičko zauzeće obe arhitekture raste eksponencijalno u zavisnosti od veličine prozora, ali je u slučaju bitonik sortiranja 2 do 3 puta manje nego u slučaju kumulativnog histograma. Sa druge strane vreme izvršavanja bitonik sortiranja je neznatno duže od kumulativnog histograma, u proseku za 30 taktova. Obe arhitekture imaju značajnu primenu u vremenski kritičnim integrisanim sistemima, dok je bitonik sortiranje u generalnom slučaju bolje rešenje zbog značajno manjeg zauzeća logičkih i memorijskih jedinica.

Konstrukcija i ispitivanje karakteristika 3D skenera

Aleksa Račić*, Aleksa Stefanović**

*IV razred, Gimnazija Banjaluka, Banjaluka; **III razred, Gimnazija Pirot, Pirot[poster]

U ovom radu je dizajniran, konstruisan i testiran 3D skener koji radi na principu profilnog skeniranja pomoću lasera i kamere. Pronalaženje koordinata tačaka je vršeno principom triangulacije. Varirana je pozicija lasera u odnosu na kameru kako bi se odredila optimalna konfiguracija. Za potrebe testiranja ištampana su tri standardna modela za testiranje 3D skenera(kocka, cilindar i model broda). Modeli su skenirani, a dobijeni skupovi tačaka su poređeni sa originalnim modelima. Rezultati su pokazali da preciznost skenera raste sa povećanjem udaljenosti između lasera i kamere. Srednja vrednost odstupanja tačaka od referentnog modela se pri pomeraju lasera sa udaljenosti od 65mm do 95mm smanjuje sa 1.2mm na 0.6mm. Optimalna pozicija nije pronađena jer teorija o obrnutoj korelaciji tačnosti i udaljenosti izvora lasera i kamere nije dokazana u praksi. Pokazalo se da na tačnost više utiče oblik i pozicija modela pri skeniranju. Skener je parirao komercijalno dostupnim modelima skenera u domenu preciznosti, ali je bio daleko sporiji u izvršavanju.

Simulacija i poređenje modela automobila

Anđela Bogdanović*, Marko Polić**

*III razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac; **IV razred, Gimnazija" Jovan Jovanovic Zmaj", Novi Sad[poster]

Ovaj projekat bavi se modelovanjem realnog automobila. Porеđena su dva tipa single track modela: dinamički model sa gumom kod koje proklizavanje linearno zavisi od sile koja deluje na gumu i dinamički model sa gumom kod koje proklizavanje nelinearno zavisi od sile koja deluje na gumu. Zadavanjem istih ulaza, momenata sile za svaki točak i ugla skretanja vozila, u simulaciji su poređeni opisani modeli i referentni Rimac model. Upoređivana su odstupanja brzina po x i y osi kao i odstupanje ugaone brzine tokom simulacije. Dobijene srednje vrednosti odstupanja za brzinu po x i y osi i ugaonu brzinu za dinamički model sa linearnom gumom redom su: 0.2352[m/s], 0.0091[m/s], 0.0057[rad/s], a za dinamički model sa nelinearnu gumom: 0.2368[m/s], 0.0062[m/s], 0.0056[rad/s].

Regulacija proizvodnje vetrogeneratora u sopstvenoj mreži

Milena Mićić*, Jelena Marinković**

*III razred, Matematička gimnazija, Beograd; **III razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac[poster]

U radu je ispitana mogućnost održavanja bilansa snaga sistema vetrogeneratora u radu na sopstvenu mrežu pomoću kontrole ugla elisa vetroturbine. Do narušenja bilansa snaga u sistemu može doći promenom snage proizvodnje, na koju utiče intermitentnost vetra, ili promenom snage koju konzumiraju priključeni potrošači. Sistem je modelovan u MATLAB Simulink okruženju, i na njemu su poređene performanse tri kontrolera P, PI i PID. Koeficijenti svih kontrolera nađeni su Ziegler-Nicholsovom metodom. Kontroleri se porede na osnovu četiri kriterijuma: vreme uzdizanja, maksimalni procenat premašivanja referentne vrednosti, vreme smirivanja i greška stabilizovanog signala, pri čemu je pobuda izazvana promenom brzine vetra. Upoređivanjem vrednosti pomenutih kriterijuma zaključeno je da se korišćenjem PID kontrolera ostvaruju najbolji rezultati upravljanja. Vrednosti tih kriterijuma su vreme uzdizanja - 3.15s, maksimalni premašaj - 2.38%, vreme stabilizacije - 1.36s i greška stabilizovanog signala - 0.22rad/s.

Rukovodioci programa: Miloš Stojanović, Stefan Krsmanović