Projekt HybridNeuro združuje strokovno znanje vodilnih evropskih partnerjev na področju nevronskih vmesnikov za vzpostavitev novih poti analize človeškega motoričnega sistema in človeških gibov ter prenos akademskih raziskav v klinično in industrijsko prakso.

V projektu skupaj s strokovnjaki Medicinske Fakultete Univerze v Mariboru in Znanstvenoraziskovalnega središča Koper razvijamo nove računalniško podprte tehnike za analizo in dekompozicijo sestavljenih mišičnih potencialov v površinskih elektromiogramih na prispevke različnih tipov motoričnih enot.

V bilateralnem projektu smo skupaj s parterji Inštituta Shirley Ryan AbilityLab, Chicago, ZDA, s pomočjo površinskih elektromiogramov preučili glavne značilnosti mišičnih vzbujanj v hemiparetičnih osebah po možganski kapi.

V tej projektni raziskavi se ukvarjamo z načrtovanjem, izvedbo in preverjanjem sistema, ki bi bil zmožen zaznati človekove življenjske znake zgolj z uporabo video informacije o obrazu, kjer video prihaja iz kamere v standardni prenosni napravi.

S 1. januarjem 2016 smo pričeli z izvajanjem triletnega temeljnega raziskovalnega projekta MIO-A, v katerem skupaj s strokovnjaki iz Univerzitetnega rehabilitacijskega inštituta Republike Slovenije – SOČA uvajamo unikatno rešitev ocenjevanja mišične aktivnosti med robotsko podprto rehabilitacijo hemiparetičnih bolnikov iz neinvazivno posnetih površinskih elektromiogramov. Projekt financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.

Staranje prebivalstva in omejena sredstva zdravstvenih proračunov zahtevajo nove pristope in učinkovitejše medicinske ter zdravstvene storitve. V tej projektni raziskavi se ukvarjamo z nemotečim opazovanjem človeških vitalnih funkcij s pomočjo inteligentnih senzorjev in video naprav. Senzorske meritve kombiniramo z informacijami, izluščenimi iz video posnetkov, da bi ugotovili sposobnosti opazovane osebe za neodvisno bivanje.

Mišična atrofija je pojav, ki pomeni izgubo mišične mase zaradi bolezni oziroma poškodbe, neuravnotežene prehrane ali pomanjkanja gibalno-športne aktivnosti. Navkljub številnim raziskavam, ki preučujejo mišično atrofijo, in ugotovitvam, ki analizirajo njene posledice, je še vedno veliko neodgovorjenih vprašanj, predvsem s stališča objektivnih kazalnikov, metod in postopkov za njeno merjenje. V projektu snujemo in razvijamo neinvazivne postopke, ki merijo atrofijo in hipertrofijo skeletnih mišic s pomočjo mehanskega odziva z odebelitvijo, premikom in vibracijami mišičnega trebuha in vlaken ter živčno-mišičnih električnih aktivnosti.

Esencialna in Parkinsonova tresavica sta najpogostejši nevromotorični obolenji, ki prizadeneta okoli 9 % populacije po petdesetem letu starosti. Čeprav sta pogosta, ju mnogokrat napačno diagnosticirajo. Ocenjujejo, da okoli 30 % bolnikom diagnosticirajo esencialno tresavico, a je v resnici nimajo. Projekt NeuroTREMOR naslavlja omenjeno problematiko in se osredotoča na izdelavo računalniško podprtih orodij za razumevanje, diagnosticiranje in blaženje simptomov patološke tresavice.

Pri projektu qFATIGUE raziskujemo mentalno utrujenost bolnikov z multimodalnim pristopom. Iz video posnetkov obrazov in signalov EEG ocenjujemo, kako bolnik napreduje med dalj časa trajajočo rehabilitacijo in kako je zanjo motiviran.

Skupaj z Gorenjem, Univerzitetnim rehabilitacijskim inštitutom Soča in Iskro Medical v Ljubljani smo bili vključeni v projekt Povezljive hišne naprave kot podpora samostojnemu in zdravemu bivanju (SAMinZDRAV), ki se je končal v kompetenčnem centru Biomedicinska tehnika (KC BME). Razvili nemoteče senzorje, ki spremljajo parametre funkcionalnega zdravja v bivalnem okolju. Vgrajeni so v gospodinjske aparate, njihova držala, ročaje, ogledalo v kopalnici, posteljo, preprogo, copate. Samodejno merijo in analizirajo srčni utrip, aritmije, elektrokardiogram, dihalno krivuljo, nasičenost krvi s kisikom, krvni tlak, bravo kože in beločnice, stabilogram in ravnotežje, hojo in fizično kondicijo.

Možganska kap prizadene gibalne sposobnosti preživelih, poveča možnosti njihovih poškodb med hojo in močno vpliva na kakovost njihovega življenja. Današnje izpopolnjene metode za rehabilitacijo spodnjih okončin temeljijo na robotsko podprtem razgibavanju nog in urjenju hoje (pristop od spodaj navzgor). Njihova učinkovitost ni povsem razjasnjena, velik problem pa predstavlja tudi nizka stopnja bolnikovega sodelovanja oz. vpetosti v vadbo. Projekt BETTER je raziskoval omenjeno problematiko rehabilitacijskih tehnik s pristopom od zgoraj navzdol in predlagal robotsko podprto vadbo, ob kateri smo merili in analizirali živčno-mišične vzorce ter njihova odstopanja od normalnih vrednosti, in to tako v perifernem kot v osrednjem živčnem sistemu. Cilj takšne vadbe je pospešiti reorganizacijo človeškega živčnega sistema po možganski kapi.

Projekt iMOVE naslavlja neinvazivno izdvajanje informacij o kontrolnih strategijah skeletnih mišic med naravnimi dinamičnimi gibi. Njegovi cilji vključujejo načrtovanje in implementacijo tehnik za dekompozicijo večkanalnih površinskih elektromiogramov (EMG), posnetih med nadzorovanimi dinamičnimi mišičnimi kontrakcijami, študijo učinkovitosti in robustnosti izdvajanja informacij o posameznih motoričnih enotah pri različnih hitrostih dinamičnih gibov.

Patološka tresavica je najpogostejša motnja gibanja in njena pogostost se s starostjo močno povečuje. Zdravi se lahko z zdravili, kirurškimi posegi ali globoko možgansko stimulacijo, vendar je takšno zdravljenje pri približno 25 % bolnikov neučinkovito. Glavni cilj projekta TREMOR je bil potrditi možnost mehanskega dušenja tresavice s pomočjo selektivne funkcionalne električne stimulacije. Stimulacijo upravlja napredni vmesnik možgani-stroj, ki odkriva nenamerne motorične aktivnosti bolnika. Preučeni so bili tehnični, funkcionalni in klinični vidiki in doseženi pozitivni rezultati.

V raziskavi smo ehografsko spremljali razvoj dominantnega mešička (folikla), njegove luteinizacije in razvoj rumenega telesa (corpus luteuma). Glavni cilj raziskav je bil doseči popolna avtomatizirano obdelavo ultrazvočnega posnetka, tako da to ne bi obremenjevalo medicinskega osebja. Razvita programska in strojna oprema omogočata, da se od pregledu prenesejo ultrazvočni posnetki na zunanji pomnilniški ključek. Potem jih na zunanjem računalniku avtomatični analiziramo, končni rezultat obdelave pa se shrani v podatkovno bazo za nadaljnjo statistično obdelavo. Z raziskavo smo potrdili, da je z računalniškim programom v 3D-ultrazvočnem posnetku jajčnika mogoče razbrali položaj, volumen in premer žil, ki obdajajo jajčne mešičke. Pokazali smo, da je za iskanje položaja mešička primerno uporabiti postopke, ki temeljijo na valčni transformaciji, saj tako vpliv šuma pomembno zmanjšamo. Matematični model smo med raziskavo izboljševali. Iz velikosti in položaja dominantnega mešička smo določili perifolikularno ožilje, ki smo ga statistično ovrednotili. Ker je ločljivost ožilja, zaznanega s pomočjo močnostnega dopplerja, nizka, smo dodatno razvili postopek za rekonstrukcijo ožilja, ki temelji na minimalnih vpetih drevesih. Vpeljali pa smo tudi elastično poravnavo ultrazvočnih volumnov. Na ta način lahko spremljamo razvoj mešička skozi večdnevno obdobje. Vsi navedeni postopki so bili vgrajeni v ustrezno programsko opremo, ki smo jo uspešno povezali z ultrazvočnim aparatom.

Projekt, ki sta ga združeno izvajali Fakulteta za kmetijstvo in biosistemske vede ter Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, je bil osredotočen na spremljanje in napoved sadnega pridelka. Spremljali smo rodnost jablan in hrušk, saj je v Sloveniji 72 % obdelovalnih sadnih površin zasajenih s tema vrstama. Dosedanje ocenjevanje pridelka je temeljilo na ročnem štetju plodov na manjših površinah, kar pomeni veliko razliko med napovedjo in dejanskim letnim pridelkom. Cilj projekta je bil razviti učinkovit, enostaven in predvsem hiter sistem za zbiranje podatkov na terenu in tako popraviti natančnost obstoječih metod za napoved pridelka ter hkrati razviti učinkovitejši matematični model za napoved letnega pridelka. Laboratorij za sistemsko programsko opremo je bil zadolžen za razvoj aplikacije, ki zbira podatke na terenu in jih hrani in obdeluje. Tako smo v letu 2009 razvili podsisteme za navigacijo, ki uporabnika čim hitreje pripelje do izbranega nasada, za zajem podatkov na terenu s pomočjo mobilne naprave in za centralno hranjenje zbranih podatkov. Podatke na terenu lahko zbira hkrati več uporabnikov. Centralni sistem omogoča sinhronizacijo teh podatkov. V letu 2010 so bili vsi podsistemi in sistem kot celota obširneje preizkušeni. Opravljena je bila študija, ali lahko za večkratno vračanje na isto mesto učinkovito uporabimo pozicioniranje z GPS. Tako smo preučevali natančnost pozicioniranja treh različnih GPS-modulov. Kot najboljši se je izkazal modul na telefonu ASUS P565, katerega natančnost je bila zelo blizu 10 metrov. Žal tovrstna natančnost ne zadošča za identifikacijo točno določenega drevesa. Z uporabo GPS lahko kvečjemu identificiramo vrsto, v kateri je iskano drevo.

Namen dvoletnega bilateralnega projekta je bil navezati stike med raziskovalci v Mariboru in Troyesu v Franciji ter opraviti skupne raziskave na področju površinske elektromiografije. V prvem letu sodelovanja so bili opravljeni trije obiski. Mladi raziskovalec Rok Istenič je na Tehniški univerzi v Troyesu predstavil svoje raziskave v zvezi z indeksom aktivnosti in ugotavljanjem števila izvorov na podlagi več opazovanj, hkrati pa so ga tamkajšnji raziskovalci seznanili z njihovimi verjetnostnimi pristopi k ocenjevanju števila izvorov. Francoske partnerje je obiskal tudi prof. Damjan Zazula, in sicer v času razstave znanstvenoraziskovalnih dosežkov "City of Science", na kateri so francoski partnerji prikazovali tudi skupne projektne zasnove na področju samostojnega bivanja. Prof. David Hewson s Tehniške univerze v Troyesu je obiskal Laboratorij za sistemsko programsko opremo v Mariboru in ob tem je bila zastavljena skupna raziskava, ki je vključevala pospeškomer v mobilnem telefonu in interferometer z optičnimi vlakni. Skupni raziskovalni rezultati so bili potrjeni ob obisku mladega raziskovalca Sebastijana Špragerja v Troyesu in objavljeni v več konferenčnih prispevkih.

V Gorenju so razvili sistem povezljivih gospodinjskih aparatov, s katerimi je mogoče komunicirati prek računalniškega strežnika. S predpisanimi protokoli je mogoče pregledati stanje aparatov ali izdati ukaze za njihovo delovanje. V laboratoriju za sistemsko programsko opremo smo razvili mobilno aplikacijo, ki omogoča dostop do strežnika in funkcij gospodinjskih aparatov z mobilnega telefona. V ta namen je bil razvit uporabniški vmesnik za mobilne naprave. Demonstracijski video v nadaljevanju kaže, kako lahko oddaljeno vključimo in nastavimo pečico s pomočjo telefona.

Podjetje Henkel Slovenija v Mariboru je iskalo rešitev za računalniško odkrivanje napak v serijah tiskanin, ki jih je naročalo pri različnih tiskarjih. Napake so iskali ročno v izbranih vzorcih nalepk in navodil za proizvode. Razvili smo aplikacijo, ki primerja referenčno sliko s preverjano tiskovino. Najprej ju grobo poravna z izenačevanjem težišč in večločljivostnim sukanjem, nato pa ju čim natančneje uskladi še s pomočjo fine, elastične poravnave. Končna pikselska razlika, ki presega statistično izračunani prag, pokaže na mesta, kjer preverjana tiskovina odstopa od reference. Aplikacija kljub zanesljivemu in uspešnemu delovanju ni prišla v redno uporabo, ker Henkel zanjo ni bil pripravljen odšteti niti zneska, ki bi pokril minimalne razvojne stroške.

V 5. okvirnem raziskovalnem programu Evropske komisije je od leta 2000 do leta 2003 tekel projekt za razvoj generičnega okolja, v katerem smo omogočili bionumerične simulacije človeškega kolena. Pod koordinatorstvom firme NEC iz Nemčije smo se konzorciju pridružili leta 2002. Izvedli smo računalniške simulacije modela, ki je bil razvit za koleno in njegovo kinematiko. Kolena pri več osebah smo slikali z magnetno resonanco pri različnih obremenitvah kolena. Razviti je bilo treba poseben nekovinski merilnik sile, pri čemer so nam z optično rešitvijo priskočili na pomoč kolegi iz Laboratorija za elektro-optične in senzorske sisteme v Mariboru (prof. ddr. Denis Đonlagić, dr. Edvard Cibula). Projektni partnerji z Rentgenološkega oddelka v Mariboru so posnetke anotirali, predvsem so se osredotočili na meniskuse, hrustanec in križne vezi. Na tej osnovi smo zgradili računalniške 3D-modele s končnimi elementi, s katerimi smo nato lahko preverjali kinematiko kolen pri različnih poškodbah in modifikacijah meniskusa.

Prof. Vlaisavljević iz Splošne bolnišnice Maribor (današnji Univerzitetni klinični center), svetovno priznan strokovnjak za oploditve z medicinsko pomočjo, je spodbudil raziskavo o možnostih računalniške analize jajčnih mešičkov na ultrazvočnih slikah. Razvili in preizkusili smo več programskih rešitev, s katerimi smo uspešno zaznavali jajčne mešičke iz zaporedja 2D-ultrazvočnih posnetkov in v 3D rekonstruirali perifolikularno ožiljenje.

Zamisel o konceptualnem učenju in o njegovem uvajanju na področju fizike s pomočjo računalniških simulacij se je porodila profesorjema Zvonku Fazarincu iz Palo Alta ter Hermannu Härtlu iz Hamburga. Z izjemno energijo in strokovnostjo sta pritegnila mnoge druge entuziaste najprej v Združenih državah in Evropi, kasneje pa še drugod. Na začetku je aktivnosti podpiral HP z donacijami računalniške opreme, pozneje pa je veliko podprojektov steklo z lokalno finančno podporo. V laboratoriju za sistemsko programsko opremo smo razvili simulacijske programe na področjih medicine, zdravstva in računalništva, ki jih še vedno gostimo na svojem strežniku, ob njih pa tudi animacije, v katerih prof. Fazarinc nazorno prikazuje električno prevajanje po vodnikih.