CEBE Seminar Jäneda mõis, Juuni 17, 2013

1. CEBE SeminarJäneda mõis, Juuni 17, 2013 Raimund Ubar

2. Programm 18:45 Diskussioonid paneelides

3. Seminari eesmärk On kaks põhieesmärki: • (1) anda ülevaade CEBE-s toimunust ja tulemustest, ning • (2) sondeerida võimalusi koostöö intensiivistamiseks viimasel kahel aastal (2013-2015) Ettekandjatelt ootaks: • (1) uurimistulemuste võimalikult populaarset esitust ja • (2) probleemide formuleerimist, kus partnerid saaksid kaasa lüüa ja aidata oma oskustega või pakkuda ise välja oma kompetentsi CEBE eesmärkide täitmisel s.h. rakendusteni jõudmiseks kiiremini ja lisaväärtust luues Diskussioonide eesmärgiks oleks : • ideede genereerimine ühistulemuste saamiseks kas teoreetilises uurimistöös, eksperimentaaluuringutes või oskuste kokkupanemise abil rakendusteni jõudmiseks. • Demonstraatorite ühine loomine oleks parimaks tõestuseks, et CEBE on oma missiooni täitnud

4. Seminari eesmärk • Ürituse (ettekannete) eesmärk on avardada silmaringi teistel TK-s tegutsevatel inimestel. • Oluline on anda edasi, mida te teete peamiselt ja kus te olete parimad. Samuti väike ülevaade tehtud tööst. • Tulemuseks oleks see, et teised ei hakkaks tulevikus jalgratast leiutama seal, kus see on juba leiutatud ja samas teaksid asju planeerides teiega arvestada ja vastupidi. • Luua sünergiat erinevate uurmisrühmade vahel. • Probleemiks on see, et inimesed on liigselt koormatud seetõttu, et kõik leiutavad lisaks oma põhiteadusele kusagil oma täiendavaid jalgrattaid, kuigi võiks minna mõni laud või mõni ruum (hoone) kõrvale. Selleks kõrvale põikamiseks on vaja leida aega, aga kahjuks seda juhtub üliharva. Alvar Kurrel

5. Kes me oleme • Uurimisrühmad: • Töökindlate sardsüsteemide disain (R.Ubar)TTÜ Arvutitehnika instituut • Missioonikriitiliste sardsüsteemide elektroonsed komponendid ja alamsüsteemid (M.Min)TTÜ Elektroonika instituut • Biosignaalide interpreteerimine meditsiinitehnikas (I.Fridolin)TTÜ Tehnomeedikum • Inimkoosseis: • Teadurid/õppejõud - 44/22 • Doktorandid - 56(CEBE alustas 40) • Kaitstud doktoritöid (2008-2013) - 25

6. Meie missioon • Elukvaliteedi parandamine innovatsiooni abil • Interdistsiplinaarsete teadusuuringute läbiviimine • elektroonika, • analoog- ja digitaaldisaini, diagnostika ning • biomeditsiinitehnika alal • rakendustega • missioonikriitiliste sardsüsteemide valdkonnas

7. Tagasivaade: Pedase, okt 2008 Ülesanded Koostöö sõlmpunktid Probleemid Pooljuhttehnoloogia Diagnostika Signaalitöötlus Objektide valdkond mudelid Spetsiaalriistvara protsessorid arhitektuurid Vahendid Meetodid Algoritmid Tarkvara Kriteeriumid Riistvara Kiirus energiatarve veakindlus Disainivoog Disain Verifitseerimine Test Tööriistad Aplikatsioonid

8. Tagasivaade: Pedase, okt 2008 CEBE kompetentside diagnoos CEBE: Inimene, sensor, signaal, DSP, HW Kalju Mart, Olev Peeter Signaalitöötluse töögrupid Ettekanded Diskussioon Probleemid Gert: häired, on-line test, juhuslikud signaalid (LFSR), algoritmide verifitseerimine, jõuelektroonika + defektid Mart: signaaliprotsessorid Kristian: ERP kiip Kalju: spetsiaalprotsessor Aleksei: signaalitöötlus reaalajas, dialüüsi ühtne andmebaas (EXCS, Vilo) Jüri: QT-intervall, neurovõrgud Ivo: ε avastamine Toomas/Raimund: layout defektide simuleerimine, hierarhiline rikete diagnostika Debugging Arhitektuurid Disain Võimalikud töögrupid, probleemide formuleering Usaldatavus Diagnostika töögrupid Diskussioon Riistvara Objektide valdkond, mudelid Pooljuhttehnoloogia töögrupp Meetodid

9. Sünergia otsimine CEBEs Signaali- protsessorite arhitektuurid Dialüüsi monitooring Elektroonika- aparatuuri testimine EEG Signaalitöötlus- protsessor Veakindlate sardsüsteemide disain ja test Kolm piiririiki, suhtlusmeediumiks elekter Veresoonte resistentsuse monitooring Signaalitöötluse algoritmid

10. Koostöö projektid • P1. Rakendusspetsiifilised protsessorid (P.Ellervee. ATI/ELIN) • P2. Verifitseerimine ja diagnostika(R.Ubar/J.Raik. ATI: D/V) • P3. Optilised ja bioimpedantsmeetodid kardiovaskulaarses diagnostikas (K.Meigas. ELIN/TM) • P4. Aju seisundi diagnostika EEG signaalide analüüsi abil (M.Jenihhin. ATI/TM) • P5. Neeruasendusravi häiretevaba monitooring (I.FritolinATI/TM) • P6. Elektroonikasüsteemide testimine (A.Jutman. ATI/ELIN) • P7. Pooljuhtseadiste uurimine(T.Rang. ELIN)

11. Kaks tüüpi sünergiat Meetodite ja algoritmide konversioon Rakendused Arvuti-tehnika Välja-poole suunatud Elektroonika Sisse-poole suunatud Tehnomeedikum

12. Sünergiaotsingud >koostööprojektid Koostöö otsingud CEBE koostöö P1 P2 P5 P4 P6 P3 P7 P8 Rakendusspetsiifiline signaalitöötlusplatform

13. Koostöö stsenaariumid Projekt P4 TM Aju uuringute grupp TM Kardioloogia grupp Projekt P3 Projekt P1 Projekt P7 ATI Disaini- grupp Signaalitöötlusealgoritmid Biosignaalide interpretats. Disaini teooria ja algoritmid ELIN Pooljuht-seadised ELIN Signaalitöötlus Impedants-spektroskoopia Disaini lahen-dused Süsteemide verifitseerimise ja diagnostika teooria Süsteemideproto- tüübid Projekt P2 Elektr. tooted Dialüüs ATI Diagnostika grupp Testide sünteesi meetodid Testimise meetodid Signaalide analüüsi algoritmid TM Biovedelike optika grupp ATI Testigrupp Projekt P6 Diagnostika meetodid Testid Projekt P5

14. Koostöö üldstsenaarium Diagnostikameetodid Bioloogilised süsteemid Tehnilised süsteemid Tehno-meedikum Arvutitehnika instituut Elektroonika instituut Biosignaalid Algoritmid Arhitektuurid Veakindlus

15. CEBE: Selected Research Results • Original methods of signal generation and processing forbroad- band impedance spectroscopy withimplementations in medicine and engineering (M.Min & Co) • Method and mobile device for determining depressive dis-orders by analyzing EEG signals(SASI algorithm) (H.Hinrikus & Co) • Optical method and device for monitoringdialysis(I.Fridolin & Co) • A conception of the platform for automated design of signal processors (P.Ellervee & Co) • Methods for verification and automated debug of digital systems, fast fault simulator with a speed-up about 5-10 times compared to existing professional tools, and testability marker (J.Raik, R.Ubar & Co) • Methods and a system forautomated test program synthesis for electronic boards, methods and instruments for self-test in electronic boards (A.Jutman&Co)

16. CEBE aruandlus • Kolm korda aastas lühiaruanded Archimedesele (kokku 14 aruannet) • Kord aastas ilmub “Uudisleht” (kokku 5 numbrit) • Kaks IAB aruandekoosolekut (apr. 2009, okt. 2010) • 2010. sügis. Aruanne IAB-le (2008 – 2010, 37 lk.) • IAB kokkuvõttev hinnang – positiivne, rida soovitusi • 2011. sügis. CEBE vahearuanne ja selle hindamine välisekspertide poolt 9. jaan. 2012 – hinne “väljapaistev” • 2012. dets. – CEBE audit (Alvar Kurrel) • 2013. sept. – IAB aruandekoosolek

17. Kokkuvõte CEBE vahehindamisest • Tubli koostöö ja saavutatud sünergia - CEBE’s on alustatud 6 koostööprojekti; seda tuleks küll võtta kiituse asemel vekslina • Teadusuuringute tulemuste rakendamine on võimaldanud ületada mitmel juhul praegust maailmataset (St. Jude Medical Estonia, Smartimplant OÜ) • Suurenenud on publikatsioonide ja patentide/taotluste (24) arv • Puudus: Suuremat tähelepanu tuleks pöörata publitseerimisele tippajakirjades (suurema mõjuindeksiga) • Suur rahvusvaheliste projektide ja grantide arv, suurenenud on keskuse eelarve ja tõusnud keskuse jätkusuutlikkus (!) • Puudus: Ei ole õnnestunud liituda initsiatiividega ARTEMIS, FET • NB! Jätkuvalt pöörata tähelepanu noorteadlaste kaasamisele ja koolitamisele • NB! TK sotsiaalmajanduslik mõju – Hinne: “Piisav või kõrgem”

18. IAB: Suggestions • Suggestions for synergy creation • Cross disciplinary group projects. At least two initial research groups should participate • Seven cross disciplinary group projects were launched • Projects should be led by young promising researchersP2 – J.Raik, P4 – M.Jenihhin, P6 – A.Jutman • Involvement of the potential users • Including research groups led by Medical DoctorsP3 -Clinic of Cardiology of North Estonian Regional Hospital • Dissemination

19. IAB: Measures of Success Suggestions of IAB • More demonstrated interactions between members of the Centre would be advantageous. • An immediate solution could be e.g. a joint International Master of Science program with the participation of the cooperating departments. Jointly developed new Master of Science programs • Computer & System Engineering • Electronics and Bionics • Communicative Electronics • Biomedical Engineering (modified through collaboration with University of Tartu) • DAAD Network “Dependable Cyber Phusical Systems - DCPS”, ZUSYS (PhD)(Estonia, Germany, Austria, Poland, Czech Republic )

20. IAB: Measures of Success Suggestions of IAB • Definition of some project demonstrators would make the evaluation of the progress easier and would provide good marketing opportunities for the Centre itself. Going towards demonstrators • Project P1: Signal processor designs • Project P4: Electronic implementation of the algorithms for detection of mental disorders as a specific signal processor • ... ??????

21. IAB: Measures of Success Suggestions of IAB • Cooperation with the industry should be better demonstrated Testonica Lab, Göpel Electronics AB, CERN • Public awareness of the operation should be more directly targeted. This latter two could be combined e.g. with the organization of a student Competition, supported by the industry. Student competition: MEMOCODE'08 (USA), SW/HW Codesign – The student team of DCE won 4. place DATE, ETS (2009-2013, Several Design & Test Contests, University Booth’s, User Forums – Tchepurov, Tihhomirov, Tchertov, Aleksejev, Tagel

22. IAB: Measures of Success Suggestions of IAB • All subprojects should more clearly join together to support each other for maximum synergy • New spin-off companies need to be created CEBE: • Impact on applications: P1, P3, P4 • Impact on research quality: P2, P5 • Spin-off company Testonica (Partner of FP7 Strep Diamond, EUREKA-EUROSTAR project COMBOARD, joint project with Goepel, Germany)

23. IAB: Measures of Success Suggestions of IAB • CEBE should have the target of the research clearly written in one overall sentence. Mission: • To carry out interdisciplinary R&D in the fields of • electronics design, • digital design and • biomedical engineering • by a collaborating consortium • with applications in medicine, semiconductor and information technologies

24. Enesehinnangust • Interdistsipinaarne koostöö on CEBEs olnud vähene • Selle tekkimise aluseks peaks olema üksteise tegevuste ja probleemide monitooring • Aga ühisseminarid pole käima läinud, tornid on läbipaistmatud • Koos tegutsevad vaid mõned üksikud grupid 4 koostööprojekti raames • Miks ainult mõned: ajapuudus ja motivatsiooni (!) puudus • Koostöö mootoriks on olnud vabatahtlikkus, mitte administratiivne ja projektipõhine sund • CEBE põhimõte on olnud – akadeemiline vabadus • Kas oleme seda kurjasti kasutanud? • Tippteadus vs. rakendused (sünergia objektid) – CEBE spetsiifika teiste TK-dega võrreldes • Tradeoff • Tippkeskuste hindamiskriteeriumite ebamäärasus - ekstsellents

25. CEBE tulevik • CEBE rahastamisperiood lõpeb 2015 suvel – tulevikku silmas pidades on vaja parima tulemuste paketiga (teadustulemused, rakendused, demonstraatorid) välja minna • Kas peaks tugevdama paremate tulemuste saamiseks administreerimist? • Koostöö parandamine teadus-arenduskeskustega (ELIKO)? Millised on võimalused? • Uueks tippkeskuste programmiks ettevalmistumine (põhimõtteid ja kriteeriume aga alles töötatakse välja; ilmselt on oluliseks muutumas nõuded rakenduslikule väljundile) • Milline oleks uus CEBE kontseptsioon (lõpp on algus)???

26. Tervishoid ruudus - Health2 Tehnoloogia Tehnika-alane teave, disain Meditsiini alane teave Diagnoos, rikete parandamine Testide süntees, verifitseerimine Meditsiini-tehnilised seadmed Doktor Süsteemi tervis Patsiendi tervis

27. Evolutionary Health Risk Prevention Tool Synergy: Evolutionary Risk Prevention Tool Health diagnosis tool Sensors, equipments Risk factors Doctors Risks Biosignals Healthcare plan

28. Health2: Development Objectives System and network design Design and test platform and tools Risk parameter selection Network of sensors, equipments Self repair Data, risk factor values Research Medical knowledge Health diagnosis tool Engineering knowledge Methods, models, and algorithms Risks, risk factors Patients Doctor Medical part Engineering part

29. Health DiagnosisTool Medical knowledge development subtasks Sensor network Biofactors Genetic factors Life style factors Other factors Risk factors (parameters) F11 ... F1m F21 ... F2m Fh1 ... Fhm R1 R2 Rn Health Diagosis Tool Rj = Dj (F11,..., Fhm) Ri Rj Rk Risks Diagnosed risk pattern

30. Bioengineering applications health monitoring systems, body area sensor networks, implantable cardiac pacemakers Laboratories-on-chip impedance spectroscopy in scientific experiments, bio-MEMS products, bioprocessors-on-chip Industrial applications food processing, medical instrumentation, energy conversion Human being Mission critical embedded systems Sensorics, sensor networks Data acquisition bioimpedance, biosignals, biooptical methods Biosignal interpretation Technology micro, nano, MEMS Semiconductor research Defect analysis Test research, fault diagnosis, dependability Dedicated processor architectures, SOC, NOC Bioengineering research brain processes, atherosclerosis, predicting sudden cardiac death, monitoring clinical treatments Signal processing theory, methods, algorithms, non-classical DASP techniques Digital design verification, simulation Analog, mixed signal design Applications: CAD tools Cooperation in CEBE BME RES EMBEL

31. CEBE R&D Fields for Health2 System design Signal processing algorithms Research in biomedical engineering Applications Bioimpedance spectrography & tomography Medical equipment Design of dedicated processors Pacemakers Brain research, EEG spectral analysis, SASI marker Design for low power, speed, cost, reliability Mobile SASI analyser Equipments for optical signal measurement Optical dialysis monitoring Design for dependability Optical pulse wave measurement in arteries Verification, design error automated diagnosis and repair Information for doctors Automated testing and fault diagnosis

32. RM4Health2: Tasks and Subtasks Theory, models, algorithms, methods, tools > Novelty Engineering development subtasks Tools and platform development subtasks Medical knowledge development subtasks P1 – Blood pressure (Kalju, Mart) P2 – Nefrology (Ivo) P3 – Neurology (SASI – Hiie) P4 – Bioimpedance (Mart) T1 – HL Synthesis (Peeter) T2 – Design (ZamiaCAD/Maksim) T3 – Verification (Jaan) T4 – Debug (Jaan) T5 – Test gener (DECIDER/Jaan) T6 – Fault simulation (Raimund) T7 – Fault diagnosis (Raimund) T8 – BIST/BISD (Raimund) T9 – Test instruments (Artur) Risk factors (Parameters) P1 P2 P3 P4 ... R1 R2 R3 Health Diagosis Tool Risks Diagnosed risk