Final projects - תואר ראשון בהנדסת חשמל (B.Sc) - לעמוד בחזית הטכנולוגיה - Bioengineering תשפ"ד

הרקע לפרויקט:

Gain-cell embedded DRAM (GC-eDRAM) is a dynamic storage technology that presents an alternative to standard SRAM for various applications. In this project, novel circuit techniques will be developed for GC-eDRAM based memories to improve performance, power, and area (PPA) costs.

מטרת הפרויקט:

Characterization of novel GC-eDRAM bitcell topology and physical design of memory array based on it.

תכולת הפרויקט:

This research project will include Virtuoso based simulation in advanced technology nodes, designing the array architecture and implementing it in physical layout

קורסי קדם:

מעגלים משולבים ספרתיים 83-313

דרישות נוספות:

מעגלי ומערכות וי.אל.אס.איי. דיגיטליים - 83-612

מקורות:

1. P. Meinerzhagen, A. Teman, R. Giterman, N. Edri, A. Burg, and A. Fish, Gain-Cell Embedded DRAMs for Low-Power VLSI Systems-on-Chip. Berlin, Germany: Springer, 2018.
2. Teman A, Meinerzhagen P, Burg A, Fish A (2012) Review and classification of gain cell eDRAM implementations. In: Proc. IEEE Convention of Electrical and Electronics Engineers in Israel (IEEEI), pp 1–5

הרקע לפרויקט:

ניתן לממש מעגלי חישוב אשר מבוססים על האינטראקציה בין מולקולות DNA . יחד עם זאת תכנון מעגלים מורכבים יותר המבוססים על DNA דורש הבנה מעמיקה בתחום הביולוגיה המולקולרית יחד עם יכולות תכנון וסימולציה מתקדמות

מטרת הפרויקט:

לבחון האם ניתן להשתמש בכלי שפותח במעבדה לתכנון של מערכת חישובית מורכבת המבוססת על דנ"א

תכולת הפרויקט:

סקר ספרות והכרות עם מאמרי מפתח בתחום חישוב דנ"א ועם כלי הסימולציה שפותח במעבדה.
תכנון באמצעות הכלי שתוכנן מערכת חישובית חדשנית.

קורסי קדם:

מעגלים משולבים

מקורות:

1. A simple DNA gate motif for synthesizing large-scale circuits.
2. Scaling Up Digital Circuit Computation with DNA Strand Displacement Cascades
    

הרקע לפרויקט:

על מנת לזהות גורמי מחלה בשלב מאוד מוקדם יש צורך במערכות זיהוי ביומרקרים מאוד רגישות. מערכות המבוססות על סימון גורמי המחלה במולקולה פלואורוסנטית וזיהוי אופטי רגיש מאוד של המולקולות הללו הן אתגר משמעותי בתחום של פיתוח מכשירי דיאגנוסטיקה במבחנה. בפרוייקט זה נעבוד עם ה-state of the art בתחום הדיאגנוסטיקה.

מטרת הפרויקט:

הסטודנטים יתכננו את המערכת האופטית, ילמדו להרכיב מערכות אופטיות על שולחן אופטי, יבצעו ניסויים לזיהוי מולקולות פלואורוסנטיות בתמיסה ויאפיינו את רגישות המערכת מבחינת סף גילוי, טווח דינאמי, טעות מדידה.

תכולת הפרויקט:

1. הסטודנטים ילמדו כיצד עובדת מערכת אופטית בעלת ערוץ אחד המאפשרת זיהוי פליטה פלאורוסנטית.
2. הסטודנטים יתכננו מערכת בעלת שני ערוצים
3. הסטודנטים ילמדו כלים במטלב לזיהוי האות הפלואורונסטי ויכתבו קוד שיאפשר כימות של ריכוז המולקולות הפלואורוסנטיות בתמיסה
4. הסטודנטים יבדקו את המערכת שיבנו בעזרת מולקולות פלואורוסנטיות וחלקיקים מגנטים.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, מבוא ללייזרים

דרישות נוספות:

עקרונות וטכנולוגיות אופטיות לדיאגנוסטיקה במבחנה

מקורות:

http://www.amosdaniellilab.com/

הרקע לפרויקט:

בתעשיית איכות המים קיים צורך מובהק בזיהוי מזהמים במים. בפרט, לדעת את סוג המזהם ואת ריכוזו באופן אבסולוטי. לצורך כך יש לנטר את השינויים בתכונות האופטיות של הדוגמה: פיזור ובליעה, אבל קשה להפריד ביניהם. בעבר גילינו כי יש נקודת המכיילת פיזור ועל כן מיטבית למדידות בהן דרושה הפרדה בין הבליעה לפיזור. תופעה זו אומתה במדמי רקמה גליליים בקטרים המדמים אצבע, ועבור זיהוי מתכות כבדות בריכוזים נמוכים. כעת נרצה לשפר את יכולות המערכת ולרדת לריכוזים מאד נמוכים ולזהות חומרים ביולוגים.

מטרת הפרויקט:

הוכחת שיפור יכולות הזיהוי של המערכת האופטית עבור מדידות של בקטריות במים.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים ימדדו מים מזוהמים על ידי בקטריות בריכוז של ppm בכלי זכוכית גלילי ובאורכי גל שונים של בקטריות שונות. לאחר מכן יתחילו את העבודה העיקרית על שיפור המערכת האופטית למדידת פרופיל הפיזור בעזרת אמצעים וכלים אופטיים מגוונים. הסטודנטים יוכיחו כי שיפרו את יכולות הזיהוי של המערכת בכך שמדדו את המזהמים בריכוזים נמוכים יותר של PPB.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, שדות אלקטרומגנטיים.

דרישות נוספות:

גלאים, מעבדה באופטיקה.

מקורות:

1. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Linear dependency of full scattering profile isobaric point on tissue diameter. Journal of biomedical optics 2014, 19 (2), 026007.
2. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Frontiers in Physics 2021, 9, 43.
3. Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomedical optics express 2020, 11 (10), 5760-5771.
4. Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
5. Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701.
6. Organization, W. H., Guidelines for drinking-water quality: incorporating the first and second addenda. World Health Organization: 2022.
7. Zulkifli, S. N.; Rahim, H. A.; Lau, W.-J., Detection of contaminants in water supply: A review on state-of-the-art monitoring technologies and their applications. Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 255, 2657-2689.

הרקע לפרויקט:

חישה וניטור אחר השינויים בתכונות האופטיות של החומר, פיזור ובליעה, הינה פעולה קשה לביצוע מאחר ואין שיטה המאפשרת להפריד ביניהן במדידה ישירה. בעבר גילינו כי יש נקודה (Iso-pathlength point) שאיננה תלויה בתכונות הפיזור ועל כן מיטבית למדידות בהן דרושה הפרדה בין הבליעה לפיזור. תופעה זו אומתה במדמי רקמה גליליים בקטרים המדמים אצבע, ועבור זיהוי מתכות כבדות בריכוזים נמוכים. בפרויקט נרצה לפתח משוואה המתארת תופעה זו באופן אנליטי לפי ניסויים וכן לפי סימולציות.

מטרת הפרויקט:

מידול פונקציה אנליטית עבור תופעת ה- Iso-pathlength point ואישורה לפי סימולציות.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים ימדדו מים מזוהמים בריכוזים נמוכים של ppm בכלי זכוכית גלילי. הם יכינו מערך ניסויים עצמאי הנישען על עבודות עבר במטרה למדל את התופעה הפיזיקלית. תוך כדי הם יתחילו בביצוע של סימולציות לחומרים השונים והניסויים השונים. הסטודנטים יחלצו מהניסויים משוואה אנליטית החוזה את התופעה לפי פרמטרי מערכת ואופטיים שונים של החומר. לבסוף הם יבדקו את ביצועה וימחישו זאת חומרים אחרים.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, שדות אלקטרומגנטיים.

דרישות נוספות:

גלאים, מעבדה באופטיקה.

מקורות:

1. Alon Tzroya, Shoshana Erblich, Hamootal Duadi, and Dror Fixler Detecting contaminants in water based on full scattering profile within the single scattering regime ACS Omega 2023 8 (26), 23733-23738 DOI: 10.1021/acsomega.3c01977
2. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Linear dependency of full scattering profile isobaric point on tissue diameter. Journal of biomedical optics 2014, 19 (2), 026007.
3. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Frontiers in Physics 2021, 9, 43.
4. Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomedical optics express 2020, 11 (10), 5760-5771.
5. Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
6. Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701.
7. Organization, W. H., Guidelines for drinking-water quality: incorporating the first and second addenda. World Health Organization: 2022.
8. Zulkifli, S. N.; Rahim, H. A.; Lau, W.-J., Detection of contaminants in water supply: A review on state-of-the-art monitoring technologies and their applications. Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 255, 2657-2689.

הרקע לפרויקט:

מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור אור לייזר מרקמה ביולוגית. על בסיס פיזור זה נבחנת יכולת חישה של פרמטרים ביו רפואיים מרחוק. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. עי הפעלת ארכיטקטורה פשוטה של עיבוד תמונה המבוססת על קורלציה ניתן לשייך את השינויים המרחביים-זמניים של תבניות אלו עם ננו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הננו-רעידות ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים לחץ דם, מאפיני זרימת דם בכלי דם ועוד.

מטרת הפרויקט:

חישה מרחוק של פרמטרים ביו רפואיים באמצעים אופטיים

תכולת הפרויקט:

ניסויי נעבדה ועיבודי תוצאות במחשב ב מטלב

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה

מקורות:

Z. Zalevsky, Y. Beiderman, I. Margalit, S. Gingold, M. Teicher, V. Mico and J. Garcia, "Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern," Opt. Express 17, 21566-21580 (2009).

הרקע לפרויקט:

אופטיקה משולבת היא פלטפורמה טכנולוגית מבטיחה לשימושים רבים בתקשורת אופטית ,חישוביות אופטית, חישה ואופטיקה קוונטית. תיכנון של התקנים ומערכות אופטיות דורש משאבים חישוביים רבים ולכן במשך תקופה ארוכה הושקעו מאמצים רבים לפתח יכולות של אופטמזציה עבור חישובים וסימולציות אופטיות. למידה חישובית היא כלי חדש ומתקדם בעל פוטנציאל אדיר שניתן להשתמש בו למטרות רבות ומגוונות של אופטימיזציה. אנו נרצה לפתח כלים שימושיים המבוססים על למידת מכונות לצורך תיכנון ואופטמזציה של מבניים פוטונים.

מטרת הפרויקט:

פיתוח ושימוש בכלים נומריים המבוססים על למידה חישובית לצורך תיכנון ואופטמזציה של התקנים אלקטרו אופטיים

תכולת הפרויקט:

• סקר ספרות על מוליכי גלים ולמידה חישובית
• לימוד הנושא של מוליכי גלים והתקנים המבוססים עליהם באופטיקה משולבת
• ביצוע סימולציות ואופטמזציה של פרמטרים עבור מוליכי גלים ומהודים אופטיים
• כתיבת דו"ח מסכם

קורסי קדם:

• שדות אלקטרומגנטיים
• אופטיקה

דרישות נוספות:

• ננו-פוטוניקה 83-678
• תקשורת אופטית 83-466
• מבוא לאופטיקה מודרנית
• python or matlab

מקורות:

Ma, W., Liu, Z., Kudyshev, Z.A. et al. Deep learning for the design of photonic structures. Nat. Photonics 15, 77–90 (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-020-0685-y

הרקע לפרויקט:

בעשורים האחרונים חלה התקדמות משמעותית בתחום של העברת אינפורמציה בעזרת אור של לייזר בין שרתים, מחשבים ושבבים אופטיים. רוב רכבים אופטיים שמשתמשים בהם כיום רגישים לשינוים סביבתיים כגון לחות, טמפ' ויכולים לשנות את הביצועים שלהם לאורך זמן . אנו נרצה לפתח מערכת שיכולה לזהות שינוי ביצועים של רכיבים אופטיים שונים ולבצע תיקון אוטומטי לתדר עבודה של המערכת בהתאם.

מטרת הפרויקט:

תכנון והקמת מערכת לייצוב תדר בניסוים אופטיים.

תכולת הפרויקט:

• לימוד הנושא של יציבות מקורות אור ושיטות לייצוב תדר
• תכנון מערכת אופטית
• ביצוע מדידות
• התאמה בין תוצאות המדידות למודלים נומריים
• כתיבת דו"ח מסכם

קורסי קדם:

• שדות אלקטרומגנטיים
• אופטיקה

דרישות נוספות:

• ננו-פוטוניקה 83-678
• תקשורת אופטית 83-466
• מבוא לאופטיקה מודרנית
• python or matlab

מקורות:

K. Huang, H. Le Jeannic, J. Ruaudel, O. Morin, J. Laurat Microcontroller-based locking in optics experiments. https://arxiv.org/abs/1409.3675

הרקע לפרויקט:

כיום, קיימות בדיקות לגילוי הדבקה בוירוס משני סוגים: בדיקות מבוססות הגבר DNA שהן מאד מדוייקות ומאד איטיות, ומאידך בדיקות מהירות אך פחות רגישות, כך שהן נותנות מענה רק בשלבי הדבקה מתקדמים. כפי שראינו בהתפשטות הקורונה, זה לא מספיק לבלימת מגפות ולכן הפרויקט יעסוק בסוג חדש של בדיקות שמפותח במעבדה, ובו מפותחות בדיקות מהירות ורגישות המבוססות על הגבר של ננו-חלקיקים. הפרויקט מתאים למעוניינים להמשיך למחקר ומהווה המשך לפרויקט משנים קודמות.

מטרת הפרויקט:

מידול מתימטי של בדיקה וירלית המתבססת על הגבר של ננו-חלקיקים, ואפיון זמני הבדיקה ורגישותה.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט יעשה שימוש במדידות שנעשו לאחרונה על ננו-חלקיקים המסוגלים לשחרר חומר מגיב בתגובה לנוכחות של מולקולות ספציפיות. המדידות יתורגמו למודל מתימטי בו יעשה שימוש הן לניתוח והן לסימולציה של מערכת ננו-חלקיקים שמסוגלת לזהות וירוסים.

קורסי קדם:

נושאים מתקדמים בתקשורת (במקביל לפרויקט)

מקורות:

Bergel, Itsik. "Detection and amplification of molecular signals using cooperating nano-devices." In ICASSP 2019-2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 1259-1263. IEEE, 2019.

הרקע לפרויקט:

כיום, קיימות בדיקות לגילוי הדבקה בוירוס משני סוגים: בדיקות מבוססות הגבר DNA שהן מאד מדוייקות ומאד איטיות, ומאידך בדיקות מהירות אך פחות רגישות, כך שהן נותנות מענה רק בשלבי הדבקה מתקדמים. כפי שראינו בהתפשטות הקורונה, זה לא מספיק לבלימת מגפות ולכן הפרויקט יעסוק בסוג חדש של בדיקות מהירות ורגישות שמפותח במעבדה, המבוססות על הגבר של ננו-חלקיקים. הפרויקט מתאים למעוניינים להמשיך למחקר ומהווה המשך לפרויקט משנים קודמות.

מטרת הפרויקט:

מידול מתימטי של בדיקה וירלית המתבססת על הגבר של ננו-חלקיקים, ואפיון זמני הבדיקה ורגישותה.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט יעשה שימוש במדידות שנעשו לאחרונה על ננו-חלקיקים המסוגלים לשחרר חומר מגיב בתגובה לנוכחות של מולקולות ספציפיות. המדידות יתורגמו למודל מתימטי בו יעשה שימוש הן לניתוח והן לסימולציה של מערכת ננו-חלקיקים שמסוגלת לזהות וירוסים.

קורסי קדם:

נושאים מתקדמים בתקשורת (במקביל לפרויקט)

מקורות:

Bergel, Itsik. "Detection and amplification of molecular signals using cooperating nano-devices." In ICASSP 2019-2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp. 1259-1263. IEEE, 2019.