Projektkatalog kandidatarbeten - Chalmers · 2017-11-07 · Conway, Brian E. Electrochemical...

Projektkatalogkandidatarbeten

2018FYSIKCENTRUM GÖTEBORGChalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet

Tryckeri: Chalmers reproserviceNovember 2017

49 kandidatarbeten för dig!

Posterutställning i Canyon

Valet öppnarChalmersstudenter:Se Studentportalen

GU-studenter:Kontakta Maria Hermanns för information om val av projekt.

Sista valdag

Besked om tilldelat projekt

Kandidatarbetet är det första riktigt stora arbete du gör som student under din utbildning. Utöver att tillämpa dina kunskaper i matematik, naturvetenskap och teknik, kommer du att få arbeta i projektform i grupp och presentera resultaten både muntligt och skriftligt. Kandidatarbetet brukar vara ett populärt inslag i utbildningen, med nöjda studenter och handledare! Projektförslagen kommer från de fyra samverkande institutionerna inom Fysikcentrum Göteborg: Institutionen för fysik; Institutionen för mikroteknologi & nanovetenskap och Institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap vid Chalmers samt Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet. GU Fysiks projekt har av praktiska skäl fått projektnummer från Institutionen för fysik, Chalmers.

Den 13–17 november kommer det att finnas en posterutställning i Canyon i MC2. Utställningen kommer även att vara bemannad den 14 november mellan klockan 12:00–13:15.

Projektförslagen presenteras också på institutionernas webbsidor. Projekt-beskrivningarna på engelska utförs på engelska om inget annat anges. Som Chalmersstudent hittar du mer information om kandidatarbetet på Studentportalen.

Notera att de målgrupper som anges för projekten är preliminära. På Chalmers bestämmer de programansvariga vilka projekt som är godkända för respektive program, vilket inte är helt klart när denna katalog trycks.

Du som är Chalmersstudent kommer att få besked om tilldelat projekt på Studentportalen. För studenter på GU Fysik bestämmer koordinator Maria Hermanns vad som gäller.

Lycka till med ditt val och välkommen till oss 2018!

Koordinatorer för kandidatprojekt

13–17 nov

16 nov

27 nov

8 dec

VIKTIGA DATUM:

Mikroteknologi & nanovetenskapVessen Vassilevwww.chalmers.se/mc2Rymd-, geo- och miljövetenskapUlrika Lundqvistwww.chalmers.se/sv/institutioner/seeFysik, Chalmers Jan Swenson, Lena Falkwww.chalmers.se/fysikFysik, GUMaria Hermannswww.chalmers.se/fysik

Kandidatarbeten 2018, Fysikcentrum Göteborg4

SupervisorsJanine Splettstoesser, [email protected] Dashti, [email protected]

Witlef Wieczorek, [email protected] of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundThe quantum nature of objects has been considered as novel resources for thermo-dynamic processes. This opens the way for chip-based heat engines that exploit quantum effects. The description of heat engines is normally attributed to the theory of thermo-dynamics, which was developed to describe physical systems in terms of macroscopic quantities without accounting for the behavior of their microscopic constituents. However, the continuing trend of miniaturization leads to a regime, where the assumptions of thermodynamics break down: Statistical fluctuations and quantum noise play a decisive role and have to be accounted for.

Project descriptionThe project in theoretical physics looks into the use of quantum and small-system properties for nanoscopic heat engines. Different physical realizations of heat engines will be analyzed and a special focus is put on heat engines with optomechanical systems. Optomechanical systems provide a unique possibility to study heat engines. The optical light field acts as an engineered heat bath. The working medium is a mechanical resonator, whose energy can be harvested by coupling to electronic degrees of freedom.

ActivitiesThe project starts by studying relevant research literature. The goal is to become familiar with the concept and theoretical description of heat engines in nanoscopic systems. The project finishes with an analysis and proposal of a theoretical model for a nanomechanical heat engine based on an optomechanical system. This model shall be based on experimental parameters, which correspond to experiments in adjacent fields currently set up at MC2.

Group sizeCa. 3-4 students.

Target audienceF, GU-Fysik

Literature tipswww.quantamagazine.org/the-quantum-thermodynamics-revolution-20170502/www.nature.com/news/battle-between-quantum-and-thermodynamic-laws-heats-p-1.21720

A nano-optomechanical heat engineMCCX02-18-01

Kandidatarbeten 2018, Fysikcentrum Göteborg 5

SupervisorsLeonid Kuzmin, [email protected]: 031-772 3608, Mobile: 076 898 54 04

Mikhail Tarasov Department of Microtechnology and Nanoscience

Background A concept for multipixel detector array with frequency-domain multiplexing (FDM) is the basic approach for sensitive imaging in radio astronomy. The FDM technique allows efficient signal integration for each pixel and reduction of wiring complexity at a cryogenic interface. It has been successfully used with superconducting Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKID) and Transition Edge Sensors (TES) array detectors. Each pixel is equipped with individual resonators, which are probed with comb-spectrum signal launched through a common feed line. This proved approach can be directly applied to a Cold Electron Bolometer (CEB) to realize all its advantages provided by efficient electron cooling, high responsivity, and low Noise Equivalent Power (NEP).

Problem description The basic circuit for single channel consists of a superconducting coplanar feedline, superconducting quarter-wave resonator, and matching stub. CEB sensor in such resonator under signal irradiation will change its resistivity that in turn should change quality factor of resonator and produce variation in a corresponding frequency channel output.

MethodsStudents will be directly involved in numerical modelling, designing, and nano-fabrication of samples. The work will be done in the Bolometer Group of the QDP laboratory. This project is a part of the collaboration programme with Paris, Manchester and Rome Universities. The students will learn to do electron-beam lithography, magnetron sputtering, and shadow evaporation. The results will be summarized in the form of a report.

Group sizePreferably 3 students.

References1. D.R.Schmidt et al., A superconductor-insulator-normal metal bolometer with microwave readout suitable for large-format arrays, Appl. Phys. Lett., 86, 053505 (2005)2. A.Endo, et al., Superconducting coplanar waveguide filters for submillimeter wave on-chip filterbank spectrometers, J. Low Temp. Phys., 184, 412 (2016)3. O.Bourrion, et al., Electronics and data acquisition demonstrator for a kinetic inductance camera, arXiv:1102.1314v3 [astro-ph.IM] 1Jun2011

Cold-electron bolometer with microwave bias and readout MCCX02-18-02


HandledarePeter Enoksson, [email protected] Lundgren, [email protected]

Anderson Smith, [email protected]. för mikroteknologi och nanovetenskap

BakgrundDet finns en ökande efterfrågan på nya och integrerade energilagrings-lösningar för att tillgodose mobil- eller integrerad elektroniks energibehov. Ett möjligt sätt att uppfylla framtida energilagringskrav är genom användning av mikro-super-kondensatorer. I nuläget saknas dock industriella tillverkningstekniker för massproduktion av högpresterande mikro-super-kondensatorer.

ProblembeskrivningSyftet med detta arbete är att undersöka och karaktärisera potentiella skalbara tillverknings-tekniker för mikro-super-kondensatorer med kolnanorör (CNT), aktivt kol (AC) och reducerad grafenoxid (rGO). Arbetet kommer att inriktas på karakterisering av mikro-superkondensatorer tillverkade i wafer-skala.

ArbetssättProjektet är utmanande och som medverkande förväntas du bidra med kreativa lösningar för att uppnå projektmålen. Projektet är dock lika givande som det är utmanande med potential för medförfattarskap i vetenskapliga publikationer som kan uppstå genom projektet. Kandidater med erfarenhet av probstationer eller liknande erfarenhet av elektrisk karaktärisering, MATLAB- eller COMSOL-vana är ett plus.

GruppstrolekDetta projekt är lämpligt för grupper om 3-6 studenter.

MålgruppF, E, Kf, K, GU-fysik eller motsvarande

LitteraturtipsLaszczyk, Karolina U., Kazufumi Kobashi, Shunsuke Sakurai, Atsuko Sekiguchi, Don N. Futaba, Takeo Yamada, and Kenji Hata. “Lithographically Integrated Microsupercapacitors for Compact, High Performance, and Designable Energy Circuits.” Advanced Energy Materials 5, no. 18 (2015).

Conway, Brian E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications. Springer Science & Business Media, 2013.

Energiförsörjning för integrerad elektronik MCCX02-18-03


HandledareElsebeth Schrö[email protected], MC2 rum C525

Yang Jiao (biträdande handledare)[email protected], MC2 rum B534Inst. för mikroteknologi och nanovetenskap

BakgrundDagens kiselbaserade transistorer revolutionerade vardagselektroniken när de kom fram på 1960-talet. Plötsligt gick det att bygga radion, datorer och idag mobiltelefoner och mycket annat i mycket mindre storlek. Idag försöker man ta fram transistorer som är flera storleksordningar snabbare än kisel-transistorer, och grafen-baserade transistorer är uppmärksammade kandidater. I grafen är elektronernas mobilitet mycket hög, i alla fall i perfekt och fritt-stående grafen. I verklighetens världen måste man dock handskas med den spridning som uppstår vid växelverkan med grafens substrat (ytan som grafen ligger på), från defekter, och från den dopning som man också gärna vill ha.

ProblembeskrivningProjektet går i första hand ut på att undersöka hur grafens elektronstruktur och mobilitet påverkas av ett elektriska fält eller av att ligga i lager med ett annat bor eller kväve-dopad grafenlager. Medan dopningen i sig är bra för elektronström-men gör samtidigt atomerna som används i dopningen att elektronerna lättare sprids. Genom att isolera dopningen till det ena lager kan kanske spridningen minskas.

ArbetssättNi kommer använda en kvantfysik-baserad programkod för beräkningar på nationella klusterdatorer som ni får tillgång till. För varje relevant fysiskt system tar ni först reda på rimliga positioner för alla atomer, och genom programvaran tas de optimerade atompositioner fram, tillika med systemets energi, bandstruktur och mycket annat relevant information, efterföljd av en analys. Vi hoppas på en varierad bakgrund i studentgruppen, och det är inget villkor att alla har läst en kvantfysik-kurs.

Gruppstorlek3-6 studenter. Projektet kan dubbleras.

MålgruppProjektet är lämpligt för studenter från Chalmers F, Kf, K, och TM, samt GU Fysik och Matematik.

Grafen för transistorer – beräkning av dopning och defekter MCCX02-18-04


SupervisorMehdi Jahed, [email protected] Phone: 072 914 97 10

Department of Microtechnology and NanoscienceOffice B413

BackgroundLiving in the information age and using multi-media have rapidly increased the demand of high capacity internet and optical communication systems. Because of the unique features of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), such as low cost light source, circular output beam and high speed capabilities at low current, they play a key role in optical interconnects for high speed optical communication systems. VCSELs are a type of semiconductor lasers in which the light emission is perpendicular to the active region plate. The cavity, which includes the active region, is sandwiched between highly reflective mirrors so called distributed bragg reflectors (DBRs). Because of the very small volume of the active region, it is necessary for the DBRs to have a high reflectance (more than 99%) to obtain lasing condition. In the lasing condition, the provided gain by current injection must overcome the losses due to internal absorption and mirrors loss. The mirrors loss inversely depends on their reflectivity. Therefore, the reflectivity has significant effects on the VCSEL performance. In order to optimize the device performance a good knowledge on the internal parameters is required. Hence, high speed and high energy efficient VCSELs could be designed and fabricated. Problem descriptionInternal parameters of a VCSEL play an important role to reach a high speed and energy efficient VCSEL. Changes in the reflectivity of the DBRs, strongly affect the internal parameters of the VCSEL and therefore its performance. In this project, variations of these parameters, such as external differential quantum efficiency and internal quantum efficiency in terms of the top DBR reflectivity is going to be investigated.

Method of workTo achieve the objective following steps should be completed:• Studying and learning VCSELs and their operation.• Fabrication processes in the cleanroom.• VCSEL characterization in the measurement laboratory.• Data analyzing for different VCSELs and comparing with references.

Group size3-4 students.

Target audience: F, GU-Fysik, E.

Internal Parameters Variations of a VCSEL for Different Reflectivities of the Top DBRMCCX02-18-05

Scheme of a VCSEL with etching on the top DBR


SupervisorPer Rudquist, [email protected] 031-772 33 89

Department of Microtechnology and NanoscienceOffice B511

BackgroundThe nematic liquid crystal phase is a three-dimensional liquid characterized by long-range orientational order of the molecular axes. When doped with a small amount of chiral dopant, the molecular chirality of the dopant is transferred to macroscopic scales, which makes the director n form a helix. The helix pitch p is inversely proportional to the chiral dopant mole fraction xd according to p(c)≈1/(xdβ), where β=∂p-1/∂xd |xd=0 is the twisting power of the dopant.

Problem descriptionYou will study chiral induction in liquid crystals from dopants at very small concentrations, e.g. down to 1 chiral dopant molecule per 1000 achiral host molecules (xd ≈0.001), and/or from dopants with extremely small helical twisting powers. In these cases, the induced pitches can be several tens of millimeters and conventional methods for pitch determination cannot be used. You will study and evaluate, and possibly develop or modify several highly sensitive methods for measurements of such ultra-long induced pitches. The work might also include studies of reflection symmetry breaking in liquid crystals subjected to other external chiral, as well as achiral, actions.

ActivitiesPre-study of chiral induction in liquid crystals and established techniques for pitch measurements. Cleanroom manufacturing of sample cells, mixing of chiral dopants into nematic hosts, sample preparations, microscopy, method development. The dopants used in the project may be chiral molecules in general, pharmaceutical molecules, chiral nanoparticles, and photo-switchable molecules.

Group size3-4 students

Target audienceF, Kf, K, or corresponding GU programs.

Studies of chiral induction in liquid crystals MCCX02-18-06

Chiral induction in sessile nematic droplets in which the shape of a topologic defect line reveals the sign as well as the magnitude of the helical twisting power[P. Rudquist, C. F. Dietrich, A. G. Mark, F. Giesselmann, Chirality detection using nematic liquid crystal droplets on anisotropic surfaces, Langmuir, (2016), 32, 6140-6147].


HandledareLars Lundberg, [email protected]. för mikroteknologi och nanovetenskap

BakgrundRadiofrekvensspektrat är idag i det närmaste fullt, vilket begränsar överföringskapaciteten hos trådlösa länkar. För att öka kapaciteten kan man istället för radiovågor använda ljus för trådlös datakommunikation. Redan idag finns det kommersiella lösningar för kommunikation mellan till exempel byggnader eller basstationer för mobiltelefoni. Optisk överföring har också demonstrerats mellan satelliter och från satelliter till Jorden.Möjligheten finns också att kombinera belysning och kommunikation med tänkbara applikationer såsom trådlös internetuppkoppling via belysning och kommunikation mellan bilar i fordonståg via fram- och baklyktor. I ett längre perspektiv är det också möjligt att optiska kommunikationslänkar blir ett alternativ till WiFi i korta trådlösa länkar som behöver extremt hög överföringskapacitet.

ProblembeskrivningMålet med projektet är att konstruera en trådlös optisk kommunikationslänk baserat på en direktmodulerad lysdiod eller laserdiod och att utvärdera systemet med avseende på räckvidd, brus från bakgrundsbelysning och bitfel. I projektet ingår också att karakterisera de ingående optiska komponenterna.

ArbetssättArbetet är till stora delar experimentellt och består av tre huvuddelar:• Karakterisering av de ingående optiska komponenterna.• Design och konstruktion av en trådlös optisk kommunikationslänk. I detta ingår både praktiskt experimentellt arbete och att skriva programvara för att generera och ta emot signalen, förslagsvis med hjälp av Matlab.• Karakterisering av den konstruerade kommunikationslänken.

Gruppstorlek: 3-4 studenter

MålgruppProjektet är avsett för E och F. Intresse för optik och kommunikation är en fördel!

Litteraturtips“Free-space optical communication”https://en.wikipedia.org/wiki/Free-space_optical_communication

R. Wang et al., “Indoor Optical Wireless Communication System Utilizing White LED Lights”, APCC-2009, http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5375555

Trådlös optisk kommunikationMCCX02-18-07


HandledareChristian [email protected]

Koen Buisman, Ibrahim Sezgin, William HallbergInst. för mikroteknologi och nanovetenskap

BakgrundRadar används för att upptäcka objekt inom många olika områden, t.ex. självkörande bilar, säkerhets applikationer och medicinska tillämpningar. En konventionell radar fungerar genom att först sända en radio-frekvens (RF) signal mot ett objekt och sedan jämföra den sända signalen med den reflekterade signalen från objektet. Nu för tiden är luften fylld med olika RF-signaler, så som FM radio, TV sändningar, mobiltelefoni, m.fl. En intressant idé är att försöka utnyttja sådana signaler för att konstruera ett enkelt och effektivt passivt radarsystem. Jämfört med konventionell radar har passiv radar en betydligt mindre energiförbrukning, mindre komplexitet samt att den inte är detekterbar.

ProblembeskrivningEr uppgift är att undersöka begränsningarna för konventionell passiv radar (interferenser, icke-ideala komponenter, digital signalbehandling etc.) för att sedan förbättra systemet genom att bygga och testa en passiv radar med multi-antennmottagare. Ni kommer att designa, tillverka och testa de analoga kretsarna, samt utveckla signalbehandlingen. Ni kommer att demonstrera systemet genom att detektera en drönare. ArbetssättProjektet är tvärdisciplinärt och utformat för att ge er möjlighet att kombinera teori och praktik. En viktig del av projektet blir att konstruera ett komplett passivt radarsystem: från detektionsalgoritmer till val/konstruktion av mikrovågs-komponenter. Med detta som bas kommer ni sedan att studera inverkan av komponenternas icke-ideala beteende både genom teoretiska modeller och i praktiska mätningar. Resultaten är av stort intresse våra partners (t.ex. Ericsson, RUAG, Saab, National Instruments). Därför uppmuntras ni även att presentera era metoder och resultat för industrin.

Gruppstorlek4-6 studenter.

MålgruppProjektet är lämpligt för E & F studenter.

Litteraturtipshttps://en.wikipedia.org/wiki/Passive_radar

Upptäck drönare med hjälp av TV MCCX02-18-08


SupervisorsZhongxia Simon He, [email protected]. of Microtechnology and Nanoscience

Sining An, [email protected] of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundRecently, virtual reality has earn various application both in consumer electronics segment and other medial/industrial applications. One bottleneck of the current solution is that the high data rate video stream has to be connected by a HDMI cable connected between VR goggle and PC. This limits the user experience. Taking advantage of high bandwidth at millimeter wave bands, ultra-high definition (4K standard) video stream (12 Gbps data rate) can be transmitted wirelessly without compression and allow the VR goggle user can move freely within certain area.

Project descriptionIn this project, we need students to work in different areas to make a proof-of-concept demonstration. The work includes, HDMI interfacing card to commercial VR goggles, designing a PCB to connect a mm-wave transceiver chipset to antenna and DSP processor and general test of the prototype.

ProcedureWe need 4-5 students who has experience in:1. FPGA or DSP programing for developing HDMI to high speed data stream interfacing2. Microwave PCB designer to work on design mm-wave carrier PCB as well as antenna interface3. System algorithm designer to work on system test and error correction coding development based on Matlab.

The goal of the project is to develop a proof-of-concept wireless VR goggles demonstration which can work within a single room.


Target audienceE, F.

Wireless VR gogglesMCCX02-18-09


HandledareMichael [email protected]

Inst. för mikroteknologi och nanovetenskapRum: B414

BakgrundNobelpriset i fysik 2014 tilldelades det banbrytande arbetet på vita lysdioder (light-emitting diodes, LEDs). Vita lysdioder håller nu på att ersätta glödlampor inom allmänbelysning. I högeffektiva vita lysdioder är en horisontellt uniform ströminjektion otroligt viktig. Därför har konventionella LED:ar ett spridningsskikt för hålströmmen på toppen av komponenten. Tyvärr reducerar detta lager extraheringen av fotoner som genereras i det aktiva området. I en vertikal tunn-films-LED extraherar man istället ljuset ifrån den n-dopade sidan av LED:en, där man inte behöver ett strömspridande skikt. Tillverkningen av vertikala tunn-films LED:ar kräver att man bondar LED-strukturen till en bärarskiva för strukturell stabilitet och elektrisk koppling. En lovande bondteknik är termokompressiv bondning, vilken kommer att utvärderas i detta projekt.

ProblembeskrivningFör att lysdioden ska fungera på bästa sätt, måste bondningen ge både en tillförlitlig strukturell stabilitet samt en bra elektrisk koppling. Båda dessa egenskaper kommer att utvärderas i detta projekt för att optimera tillverkningen av nästa generations tunn-films-lysdioder.

MetoderDu kommer att välja ut vilka metoder som är lämpliga för strukturell karaktärisering av termokompressiva bondingar i en litteratur-studie. Sedan kommer du att utvärdera de utvalda metoderna genom att bygga uppställningar och karaktärisera termokompressivt bondande prov. Dessutom kommer du att lära dig om elektriskt karaktärisering av komponenter och mikrofabrikations-metoder som används i renrummet för att bidra till en god prov-design och utvärderingsmetod.

Gruppstorlek3 – 4 studenter

MålgruppF, GU-Fysik, E

Karaktärisering av termokompressiva bondningar för nästa generations lysdioder MCCX02-18-10


HandledareDan Kuylenstierna, [email protected]

BakgrundAlpin skidåkning har utvecklats snabbt de senaste 20 åren. Åkarna skär numera genom svängen istället för att sladda bort värdefull rörelseenergi. Detta ställer höga krav på åkare och material som måste tåla de krafter som krävs för att klara en ren sväng i hög fart. Idag finns mätutrustning som kan mäta tryck i pjäxorna, men det är inte tillräckligt för att skilja en bra sväng från en mindre bra sväng samt identifiera vilka krav som ställs på åkare och material. Vi har varit i kontakt med ett stort internationellt företag som levererar tävlingsskidor till några av världens bästa alpinåkare. De har uttryckt intresse för att mäta tryckfördelningen längs skidans kant.

ProblembeskrivningI detta projekt kommer ni integrera trycksensorer i en skida och mäta hur trycket fördelas. Arbetet kommer innefatta integration av elektriska komponenter och en del hårdvaruprogrammering. Dessutom innefattar arbetet modellering och beräkningsarbete för ökad förståelse om hur belastningen på skidans kant fortplantas i materialet in till de integrerade sensorerna. ArbetssättNi kommer arbeta med ett Arduino breadboard och trycksensorer, tex från FlexiForce. Förslagsvis börjar ni med att kalibrera sensorerna för kända standardlaster. Därefter följer integration i skidan och modellering av lastspridning i materialet. Slutmålet är att testa skidan under realistiska förhållanden.

Om arbetet blir framgångsrikt finns det möjlighet att låta svenska alpinlandslaget utvärdera resultatet.

Gruppstorlek3-6 studenter Målgrupp Projektet är lämpligt för studenter från F, Z, M och E.

Trycket i skidanMCCX02-18-11

Martin Fagerström, [email protected]örn Lundh, [email protected]. för mikroteknologi och nanovetenskap


SupervisorCathy Horellou, [email protected] 031-772 5504

Department of Space, Earth and Environment

BackgroundXXL is an international collaboration centered on a large X-ray program with the XMM-Newton satellite. We have surveyed two areas of the sky (of 25 square degrees each) in the X-ray band and across the entire EM spectrum using ground-based and space-borne telescopes. So far, the 365 brightest clusters of galaxies and the 20 000 brightest Active Galactic Nuclei (AGN) have been indentified. AGN are powered by material accreted onto black holes at the centers of galaxies. The XXL dataset, because of its completeness, is a goldmine for extragalactic and cosmological studies.

Problem descriptionThe goal of this project is to study the environment of radio galaxies in the northern field of XXL, XXL-North. Deep radio observations have been carried out with the Giant Meterwave Radio Telescope in India. The radio emission is produced by relativistic electrons spiraling along magnetic field lines. Some of the radio sources are compact, others are extended, with diffuse radio lobes fed by jets emanating from the central black hole. Those lobes may extend to several hundreds of kpc (1 kpc ~ 3 000 lightyears), well beyond their host galaxy. We are especially interested in extended (double-lobed) radio sources: their host galaxy and their interaction with their environment.

MethodsThe work will involve a characterization of the radio sources associated with galaxy clusters: what are their host galaxies? do the radio lobes interact with the hot (100 million K) X-ray emitting surrounding medium? do radio galaxies inside clusters differ from the ones outside clusters? The study will not be limited to the radio data but will exploit the multiwavelength nature of XXL to learn about the physical processes in AGN and radio galaxies. Projektet kan utföras på svenska. Group size3–4 studenter

Target audienceE, F, GU-Fysik. Ability to code and automate calculations. Curiosity about the Universe!

Litteraturtips: The XXL survey: http://sci.esa.int/xmm-newton/57031-unravelling-the-cosmic-web-survey-gives-insights-into-universes-structure/

The environment of radio galaxies in XXL-North SEEX15-18-01


HandledareGunnar Elgered, [email protected]. för Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundVariationer i havsnivån runt om på jorden är relevant när man studerar påverkan av växthuseffekten på vårt framtida klimat. Onsala rymdobservatorium är en mycket viktig referensstation i världen. Där mäts havsnivån och jordskorpans rörelser med de bästa noggrannheterna. Dessa är idag i storleksordningen några millimeter och detta projekt siktar på att ytterligare förbättra mätningarna av havsnivån genom att förstå de mätfel som olika sensortekniker är behäftade med.

ProblembeskrivningPå observatoriet togs en mareograf (havsnivåmätare) i drift i september 2015. Den bestod då av fyra sensorer, tre stycken bubbelsensorer och en radar. Sensorerna har en specificerad mätosäkerhet i datablad på ± 3 mm. Till denna kan adderas osäkerheter p.g.a. okända variationer i vattnets salthalt som påverkar densiteten och resultaten från bubbelsensorerna. Radarsensorn kan påverkas av oönskade reflektioner mot andra objekt än vattenytan, så kallad flervägsutbredning, Under våren 2016 genomfördes ett mycket lyckat kandidat-arbete där en lasersensor installerades jämsides med de andra sensorerna. Möjligen är osäkerheten hos denna sensor så bra som ± 2 mm eller bättre. Genom att kombinera mätresultat från de olika sensorerna är målet att genomföra de allra noggrannaste mätningarna av havsnivån i världen!

Arbetssätt Arbetet består av att analysera data från samtliga sensorer som vi idealt antar alla borde mäta den sanna havsnivån. Genom att jämföra skillnaden mellan sensorerna parvis utvärderas och skattas mätfelen för respektive sensor, och i bästa fall tas det fram modeller för systematiska fel.

Gruppstorlek 3–6 studenter (ej dubbleras)

Målgrupp E, F, Z, GU-Fysik. Gärna med intresse för dataanalys, t.ex. m.h.a. matlab.

Litteraturtipshttps://www.smhi.se/klimat/havet-och-klimatet/havsmiljohttp://www.smhi.se/klimatdata/oceanografi/havsvattenstand

Hur noggrant kan man mäta havsnivån?SEEX15-18-02


HandledareThomas Hobiger, [email protected], 031 772 55 49, Rymd-, geo- och miljövetenskap

Joakim Strandberg, tel 031 772 55 [email protected]

BakgrundMätningar av havsvattennivån vid kusten är av stor vikt för övervakning av klimatet samt för samhällsplanering. Traditionella mareografer med god precision är kostsamma installationer, men under det senaste decenniet har ett nytt alternativ utvecklats. Mottagare som mäter position med signaler från GNSS-system (t.ex. GPS-systemet) påverkas av miljön runt antennen på grund av reflektioner, så genom att analysera dessa inverkningar kan vi dra slutsatser om hur miljön ser ut. Bland annat kan man mäta just havsvattennivå, men även snödjup, markfuktighet, och förekomsten av is.

ProblembeskrivningNuvarande metoder för att mäta vattennivå med hjälp av reflekterade GNSS signaler har en delay I signalbehandlingen då större datamängder analyseras samtidigt, men genom att använda kalmanfiltrering kan realtidsprocessering uppnås och göra metoden användbar för t.ex. mätning av nuvarande tidvatten-höjd. För detta krävs att en dynamisk modell av vattennivåförändringar tas fram och implementeras. Målet i projektet är att utveckla denna modell och implementera ett fungerande kalmanfilter med god precision.

Arbetssätt Projektet genomförs genom analys av och tester på mätdata från GNSS-installationen GTGU vid Onsala rymdobservatorium. Genom att analysera data från en närliggande traditionell mareograf är målet att en realistisk modell för vattennivåns dynamik ska tas fram.

Gruppstorlek Ca 3-4 studenter.

Målgrupp F, TM, EGärna intresse för programmering och signalbehandling.

Kalmanfiltrering av GNSS-data för realtidsmätning av vattennivå SEEX15-18-03


HandledareLeif Eriksson, (EDIT rum 4334), [email protected]

Anis Elyouncha, (EDIT rum 4322) [email protected]. för Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundAtt förstå dynamiken hos havsytan är mycket viktigt för väderprognoser, fartygs-navigering etc. På grund av havens storlek är mätningar på plats otillräckliga och mycket dyra. Ett alternativ för att mäta vind, vågor och strömmar vid havsytan är att använda satelliter med radar. Det krävs dock en god förståelse för den elektromagnetiska spridningen ifrån havsytan för att omvandla radarmätningar till observationer av fysikaliska parametrar.

ProblembeskrivningDielektriska och geometriska egenskaper hos en yta kan beskrivas med dess radartvärsnitt. Det finns ett fåtal teoretiska modeller som kan användas för att simulera radarspridningen ifrån havsytan. Målet för detta projekt är att simulera radartvärsnittet för några förenklade realiseringar av havsytan och jämföra dessa simuleringar med existerande modeller.

Arbetssätt Implementering av ytspridningsmodellerna Kirchhoff metod, ”Small Perturbation Model” (SPM) och ”Integral Equation Model” (IEM) i Matlab eller Python. Analys av resultatet ifrån dessa modeller som funktion av frekvens, polarisation, dielektricitetskonstant etc. Uppsättning av olika realiseringar av havsytan baserat på en matematisk funktion och ett givet vågspektra för havsytan. Simulering av radartvärsnittet i programvaran FEKO. Jämförelse av resultaten ifrån simuleringarna och från de teoretiska modellerna. Analys av radartvärsnittets beroende av infallsvinkel, ytojämnhet, vind- och vågriktningar etc. Uppgifterna kan delas upp mellan grupper.

Gruppstorlek3-4 studenter per grupp. Max två grupper.

MålgruppE, F, TM, D, GU-Fysik. Gärna intresse för programmering.

Elektromagnetisk spridning från havsytanSEEX15-18-04


HandledareLars Ulander, [email protected] 4334, Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundEn global insats av forskare och rymdorganisationer pågår för att väga världens skogar med hjälp av mätningar från radarsatelliter som kretsar runt jorden. Dessa uppskattningar av skogens biomassa är nödvändiga för att vi ska kunna förstå den globala koldioxidcykeln och vårt klimatsystem, men att koppla radarmätnin-gar till skogens biomassa kräver en god förståelse för den elektromagnetiska interaktionen mellan radarsignalen och träden.

ProblembeskrivningTräd har komplicerade former och elektriska egenskaper, vilket gör det svårt för oss att förstå hur radarreflektioner uppstår i skogen. Signaler med långa vågläng-der strålar genom löv och barr och reflekteras från trädstammar och stora grenar som utgör huvuddelen av biomassan. Dessa radarmätningar har därför tidigare simulerats genom att approximera träd med vertikala cylindrar över marken. Men en mer realistisk modell behövs för att simulera alla elektromagnetiska vågor som uppstår och att bättre förstå hur biomassan kan kopplas till radarsatellitmätnin-gar. Syftet med detta projekt är därför att skapa en realistisk 3D-beskrivning av skogen från lidardata och utföra enkla radarreflektionssimuleringar.

Arbetssätt Skapa en digital 3D-skogsmodell bestående av trädstammar och stora grenar från 3D lidarpunkter uppmätta i en riktig skog. Anta lämpliga materialegenskaper för de digitala träden och marken och simulera enkla radarmätningar över skogen med kommersiell programvara. Resultaten kommer att jämföras med mätresultat från ett radartorn som gör liknande mätningar på samma skog.

Gruppstorlek 3-4 studenter.

Målgrupp E, F, TM, D, GU-fysik. Gärna intresse för programmering.

Skapa en digital skog för radarsimuleringar SEEX15-18-05

Albert Monteith, [email protected],EDIT 4321, Rymd-, geo- och miljövetenskapErik Blomberg, [email protected], EDIT 4322


HandledareGabriele Ferretti, [email protected],Tel. 031-7723168

Soliden rum S3039Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundUnder många år har det funnits ett behov på Chalmers av att ha ett kompendium i kursen Speciell relativitetsteori, som innehåller moderna tillämpningar inom partikelfysik och astrofysik samt använder en notation som är vanligare och mer användbar än den i kursens lärobok “Rindler”.

ProblembeskrivningNi kommer att redigera ett kompendium i speciell relativitetsteori som kommer att användas i kursen FUF045 (CTH) / FYP302 (GU). Ni kommer att lära er hur man skapar en vetenskaplig publikation samt hur man bearbetar data och information från olika källor. Genom att förbereda moderna uppgifter som är väsentliga för pågående forskning, kommer ni också att lära er de grundläggande elementen i partikelfysikexperiment som nu pågår på CERN, och tillämpningar inom astrofysik.

Studenternas och handledarens namn ska listas som författare till kompendiet i alfabetisk ordning. Kompendiet ska vara fritt tillgängligt för alla via nätet och skyddas av “creative commons licence” CC BY-NC-ND. Samtidigt kommer vi att använda det nya materialet som skapas under projektet för att utöka utbudet i den svenska delen av Wikipedia i ämnet speciell relativitetsteori.

ArbetssättVi träffas en gång i veckan och diskuterar nya exempel, uppgifter samt kompendiets upplägg. Ni jobbar tillsammans och skapar nytt innehåll och nya lösningar till aktuella, realistiska problem som kräver speciell relativitetsteori.

GruppstorlekMinst 3 max 5. Projektet kan ej dubbleras.

MålgruppF, Kf, GU-Fysik OBS: Endast för de studenter som tar kursen Speciell relativitetsteori FUF045 (CTH) / FYP302 (GU), oavsett vilket program du följer.

LitteraturtipsRelativity: Special, General and Cosmological, 2nd edition, W. Rindler, Oxford University Press.

Kompendium i Speciell relativitetsteoriTIFX04-18-01


HandledareRiccardo [email protected]

Origo building 6th floor, room: 6103A Department of Physics, Chalmers

BackgroundIncreasingly accurate cosmological and astronomical data reveal that the Universe is to a large ex-tent made of a non-luminous substance called dark matter (DM). The nature of DM remains a mys-tery, but indirect evidence points towards a new hypothetical particle as the prime candidate. Experiments located deep underground are currently searching for DM particles from the Cosmos. So far, DM particles have escaped detection, but the next decade of searches in the field is widely believed to be pivotal. In the standard paradigm of astroparticle physics, DM interacts with nuclei and/or electrons in the Earth’s interior while approaching a detector deep underground. Because of this interaction, the predicted DM velocity distribution in space and the one on Earth are different – an effect known as Earth-shadowing. The Earth-shadowing effect might hold the key to unveiling the nature of DM. Problem descriptionYou will calculate the difference between the DM velocity distribution in space and the one on Earth (Earth-shadowing effect) assuming that DM primarily interacts with electrons while crossing our planet. This analysis complements previous studies which entirely focused on DM scattering off nu-clei. The project is motivated by the fact that DM-electron interactions could be important, e.g., if DM is lighter than a proton. Your calculations will have multiple applications. For example, you will be able to predict the rate of DM-electron interactions in underground detectors as a function of time and of the detector position on Earth. These predictions can be tested at present and future DM ex-periments. A successful bachelor project on the proposed topic is expected to lead to a publication in an interna-tional scientific journal.

Implementation: The project involves analytic calculations based upon quantum mechanics and scattering theory, and simple numerical computations.

Group size: The project has been designed for a group of 3-4 students.

Target audience: F, GU-fysik

Literature tipsIntroductory reading: “A History of Dark Matter”, G. Bertone and D. Hooper; arXiv:1605.04909

Searching for dark matter in the Earth’s shadow TIFX04-18-02


HandledareDinko Chakarov, [email protected]. 031-772 3375

Department of Physics, Chalmers

Bakgrund och problembeskrivningKolnanopartiklar i form av nanorör eller grafen har unika elektroniska (optiska) egenskaper som gör dem mycket intressanta som tillsatser till fotoaktiva halvledarmaterial. Med hjälp av nanostrukturer i materialen är det möjligt att optimera överföringen av energi och på dess sätt dramatisk förbättra verknings-graden hos, tex solceller. Målet med det här projektet är att studera spridningen av ljus från tredimensionella hopsättningar av nano partiklar och att sedan undersöka hur partiklarnas egenskaper påverkar prestandan av olika typer av solceller och fotokatalysatorer.

Arbetssätt Fokus ligger på experimentellt arbete: design och tillverkning av nanopartikel-arrayer och analys med optisk spektroskopi. Flera olika vetenskapliga frågeställningar kommer att kunna belysas genom studierna.

GruppstorlekDetta projekt är lämpligt för en eller två grupper om 2-3 studenter.

MålgruppF, Kf, K, GU-fysik eller motsvarande.

Litteraturtips U. Kreibig, M. Vollmer, Optical Properties of Metal Clusters. Berlin: Springer-Verlag Berlin, 1995.

Optiskt aktiva nanostrukturerTIFX04-18-03

Illustration: Ljusspridningen från kolnanopartiklar (Grafen, kolnanorör, sot - i vätskelösning eller deponerade på transparent substrat) ska analyseras spektroskopiskt.


HandledarePaul Erhart, [email protected] of Physics, Chalmers

BackgroundGranular materials are abundant in everyday life as well as technology including such diverse systems as sand, grain, coffee beans, and nuclear pellets. When designing equipment for production and handling of these materials it is necessary to consider their flow through various geometries. Here, the goal is to ensure for example a steady and continuous flow while preventing some particles from being left behind. In this regard coffee beans represent an interesting case due to their non-spherical shape and their relative stickiness (due to the presence of oil). They can also be considered a prototype system for other granular materials.

Problem descriptionHaving dealt with various coffee machines over the years, we observed a design flaw in several of them that is due to the fact that the incline of the coffee bean intake is too small to ensure them smoothly gliding into the grinder. This behavior can be traced to the relatively strong cohesion between the somewhat oily coffee beans. As a result the critical angle at which a pile of coffee beans starts to glide is larger than for e.g., sand grains, which have been intensively studied. Yet whereas sand grains are typically spherical and (in dry conditions) have weaker interactions, coffee beans are non-spherical and sticky.

Methods Your task is to develop and analyze a model that describes the interaction of coffee beans. To this end, you will use computer simulations of granular models (using dissipative particle dynamics simulations) as well as analytic techniques. After validation and testing of the model the goal is to broaden your research approach and explore other more advanced aspects pertaining e.g., to pattern formation or the flow through more complicated geometries (see e.g. http://tinyurl.com/hsqyz8p). This project will give you an excellent opportunity to apply and deepen your understanding of classical and statistical mechanics as well as to acquaint yourself with computer simulations. Prior knowledge in coding is not a necessity but will be advantageous. Coffee beans for experimentation will be provided. The project report should be written in Swedish.

Group sizeCa 3-6 students

Target audience F, GU-Fysik, TM, Kf, IT. Gärna intresse för programmering (speciellt python, C++)

Modeling granular flow in sticky materials TIFX04-18-04

Mattias Marklund, [email protected] of Physics, Chalmers


SupervisorAntonius Armanious, [email protected] 0721 55 32 37

Institutionen för fysik, ChalmersFysik forskarhus room F5105

BackgroundLipid-based vesicles are widely used in various biomedical applications, in particular as the next generation nanoscopic biological drug carriers, as well as for fundamental biophysical research purposes, as mimics of the natural cell membrane and even as labels in, for example, diagnostic applications.

Problem descriptionBased on their application, vesicles must be prepared in different ways to achieve the desired goals. Characteristics, such as composition, size, membrane phase and structure play crucial role for their desired function in biological applications. In spite of more than two decades of research in the field, there is no agreement in literature about how to prepare vesicles and how to store them for a certain application, as for example, for forming supported lipid bilayers, being one of the most commonly used cell membrane mimics, or adjuvants in vaccine formulations or drug carriers, being fields where the Biological Physics division is presently very active in collaboration with Sahlgrenska Academy and AstraZeneca. There is therefore a need to revisit these preparation and storage protocols and characterize the vesicles and check their suitability for the above-mentioned applications using cutting edge tools and technique that only became readily available in the last few years.

Work plan As a student participating in the project, you will prepare nanoscopic (size from 30 to a couple of hundred nm) vesicles using different protocols for different applications. The size and structure of the produced vesicles will be characterized using the in-house SAXS (at the Chalmers Material Analysis Laboratory), dynamic light scattering (DLS) and nanoparticle tracking analysis (NTA). The project will thus allow you to work at the frontier between physics, biology and analytical chemistry, and gain insight into the forefront of medical research. This project will also give you a sound introduction to x-ray (and neutron research), two emerging and very important fields of research in Sweden, in time with the construction of MAX IV and ESS. The project report should be written in Swedish.

Group sizeCa 3–6 students for 1 or 2 groups.

Target audienceF, GU-Fysik, Kf, K

Small angle x-ray scattering (SAXS) for vesicles characterizationTIFX04-18-05


HandledareEvangelos Siminos, [email protected] Institutionen för fysik, Chalmers

Illia Thiele, [email protected] för fysik, Chalmers

BakgrundProjektet handlar om att skapa stark terahertz (THz) strålning genom interaktion av högeffektlasrar med plasma. THz-strålning ligger i frekvensområdet mellan mikrovågor och infrarött ljus. Den är ofarlig som radiovågor eller synligt ljus, det tränger inte igenom metall och vatten, men kan tränga igenom “vanliga” material, som papper och tyg. Dess förmåga att detektera cancertumörer är ett exempel på den stora mängden av tillämpningar i medicin, teknik och naturvetenskap. Problemet är att den är svår att skapa, man brukar därför tala om “THz-gapet”. Nyligen har man visat att man kan skapa sådan strålning med hjälp av moderna högeffektslasrar som fokuserar på material i gasform. Atomerna i gasen som träffas av sådana pulser joniseras och huvuddelen av laserpulsen växelverkar därför med ett plasma. Elektronerna accelereras och det leder till mycket starka strömmar som emitterar strålning i THz-området.

ProblembeskrivningProjektet handlar om att konstruera teoretiska modeller för att förstå processerna.

Arbetssätt Första delen av projektet handlar om att förstå en analytisk teknik (”multiple-scale analysis”) och använda det för att ta fram fluidekvationer som beskriver processen för terahertzgenerering. Sedan ska dessa användas för att modifiera ett redan existerande datorprogram, och använda det för att utreda effektiviteten av terahertzgenerering och egenskaper hos strålningen. Rapporten behöver skrivas på engelska.

Gruppstorlek 3 studenter.

Målgrupp F, GU-Fysik

Terahertz strålningsgenerering via laser-plasma interaktion TIFX04-18-06

focusing element

single-color laser pulse

BBOcrystal

plasma

FH and SHpulse

neutral gas

THz pulse


HandledareAndreas Heinz, [email protected], Phone: 031-772 3430

Fysik forskarhus room F8008, Department of Physics, Chalmers

BackgroundModern physics pushes the limits of detection technology in many ways. Radioactive beam experiments aim at understanding the structure of highly unstable nuclei. A key quality of a detector or detection system is the ability to distinguish between different outcomes of a nuclear reactions. Since many final states are possible, modern detectors are highly granular. Knowing the properties of all individual components is crucial for performing and analysing state-of-the art experiments.

Problem descriptionThe subatomic physics group at Chalmers is in charge of building CEPA, a large detector for high-energy gamma-rays and protons. This detector uses the most advanced crystal materials and a novel technique called phoswich, which allows to use two different scintillating crystals coupled to a single photomultiplier tube. This assembly is manufactured by a company but it is imperative that we characterize all crystals after delivery. Hence a setup that can be used to characterise the crystal response with respect to irradiation with gamma-rays and cosmic muons needs to be designed, constructed and operated.

MethodKnowledge of the interaction of radiation with matter and modern detectors needs to be acquired and literature studies of similar setups will provide a good starting point. Computer simulations, the design and construction of an apparatus, measurements and data analysis will complete the project.


Target audienceF, GU-Fysik, E, Z, M.

Literature E. Nácher et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 769, 105 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2014.09.067.

CEPA - One detector to rule them allTIFX04-18-07


HandledareHåkan T. Johansson, [email protected]: 031-772-3253

Fysik forskarhus rum F8109Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundI nukleära kollisioner vid relativistiska energier är många reaktionskanaler öppna. Att reda ut precis vad som hänt i en viss händelse är därför en komplicerad uppgift. Maskininlärnings- tekniker har använts för att tolka data från partikelfysikexperiment. Mer specifikt, olika förlopp lämnar olika karaktäristiska mönster i de använda detektorerna, som kan bearbetas med bildigenkänning – ett problem som passar väl för maskininlärning.

ProblembeskrivningDen sökta informationen är dock mer än en enkel klassificering – utöver antal och typ av primära partiklar vill vi även bestämma energin och riktningen för var och en. Gruppen i experimentell subatomär fysik bygger en del av detektorn CALIFA, som skall detektera protoner, neutroner och gamma-fotoner upp till 600 MeV. Varje partikel kan interagera med en eller flera av de 2528 kristallerna som utgör hela detektorn. Det går normalt inte att bestämma vilken kristall som träffats först från tidsinformation. Det är här maskininlärningstekniker kommer in.

Arbetssätt Bli bekant med den relevanta fysikbakgrunden till projektet: hur lätta joner, nukleoner och fotoner växelverkar med materia. Simulera data för CALIFA, och bli bekant mer TensorFlow, ett programpaket för maskininlärning. Använda den simulerade datan för att träna olika neurala nätverk som konstrueras under arbetet. Kvantifiera effektiviteten och precisionen som nätverken uppnår.


Målgrupp F, GU-Fysik, IT eller TM. Projektet har koppling till kursen FUF050/FYP204 i subatomär fysik under LP4.

LitteraturtipsAdrian Cho, AI’s early proving ground: the hunt for new particles, Science vol. 357, utg. 6346, s. 20 (2017), http://dx.doi.org/10.1126/science.357.6346.20.

Deep learning, convoluted events och radioaktiva strålar TIFX04-18-08


SupervisorAndreas Heinz, [email protected], Phone: 031-772 3430

Fysik forskarhus room F8008, Department of Physics, Chalmers

BackgroundThe discovery of the Higgs particle at the LHC in 2012 (see also Nobel Prize 2013 for P. Higgs and F. Englert) is a triumph of modern physics! It is less known, that this success was only possible because physicists are able to understand in detail how their complex detector systems respond to the large number of particles created during proton-proton collisions. Such an understanding is crucial for planning experiments and for data analysis. This approach is today widely used in subatomic physics, and allows us to gain a deeper knowledge into the physics of atomic nuclei.

Problem descriptionThis project is part of an international effort to prepare an experiment at a modern, large-scale detection set-up, called R3B. The goal of the experiment is the investigation of the halo nucleus 13Be. Before an experiment can be performed, many boundary conditions need to be considered to ensure its feasibility. Key quantities are the expected beam intensities as well as the acceptances of different detector components. Detector properties and the kinematics of possible nuclear reactions at relativistic energies have to be taken into account.

MethodLiterature studies, calculations and simulations via computer codes. The simulations will be performed using LISE++, a package for predicting radioactive beam intensities, and GGLAND, a small wrapper program around the general GEANT4 physics simulation package from CERN. The latter allows to simulate the interaction of nuclei and particles with matter.

Group size 3-5 students.

Target audienceF, GU-Fysik or TM. The project is related to the course FUF050/FYP204 on subatomic physics in LP4.

LiteratureYu Aksyutina, et al., Phys. Rev. C 87, 064316 (2013), http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevC.87.064316

How to make the halo nucleus 13Be?TIFX04-18-09


HandledareAndreas [email protected]

Tel. 031-772 3187, Origo Norra rum 7114Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundInom området fononik studeras hur man kan skapa analoger till elektroniska kom-ponenter men där transport av värme snarare än laddning är den centrala informationsbäraren. En grundbult inom elektronik är dioden och på senare år har även likriktare för värme blivit högaktuella, särskilt med tanke på hur central överhettningsproblematiken är för vidare miniatyrisering av elektronik.

ProblembeskrivningVärmeledning i isolatorer sker via vibrationer av atomer i kristallstrukturen. Dessa kan traditionellt modelleras med ett nätvärk av punktmassor förbundna med elastiska fjädrar. För att studera värmeledning och likriktning måste icke-linjäriteter tas hänsyn till vilket komplicerar problemet. Centrala frågeställningar i detta projekt är vilka parametrar som dominerar storleken och asymmetrin i värmetransporten och hur den kan styras eller kontrolleras via externa signaler (kan man göra effektiva termiska transistorer?).

ArbetssättProjektet använder MATLAB och Simulink® för att emulera termisk transport med ekvivalenta elektriska kretsar. Exempelvis ersätts massor och fjädrar med ett nätverk av ickelinjära kapacitancer och induktanser. Det termiska bruset emuleras med resistanser och värmetransport motsvarar propagation av spänningsfluktuationer. Arbetet ger er en möjlighet att få insikt i fasta tillståndets fysik, elektiska nät, samt att lära sig Simulink® genom praktiskt modellerings-arbete. Simulink® är ett utbrett arbetsredskap inom bla bilindustrin, energi-försörjningssystem, automatisering och reglerteknisk industri.

Gruppstorlek3 studenter. Ni arbetar tillsammans med gemensam modellering men ansvarar för att utreda varsin aspekt av problemställningen.

MålgruppF, E, TM, GU-Fysik, Kf.

Simulering av termiska dioder med MATLAB och Simulink TIFX04-18-10


HandledareDaniel Midtvedt, [email protected] Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundCeller ändrar sin interna struktur och sammansättning beroende på många faktorer, bland andra ålder, omgivning och vid olika sjukdomar. De genomgår också förändringar när de infekteras av virus eller tar emot läkemedel designade för att påverka dysfunktionella processer. Att kvantifiera dessa förändringar har varit mycket svårt med konventionella mikroskopimetoder. Samtidigt är en sådan kvantifiering av avgörande betydelse för att förstå exempelvis hur celler kan anpassa sig till nya miljöer och hur celler svarar på medicinering. Digital holografisk mikroskopi är en relativt ny mikroskopimetod som kan användas för att bestämma volym, brytningsindex och massa hos avbildade celler. Detta ger oss forskare helt nya möjligheter att förstå och kvantifiera processer inuti celler, och nu vill vi erbjuda er en unik möjlighet att arbeta med ett holografiskt mikroskop som vi har konstruerat på avdelningen för biologisk fysik.

ProblembeskrivningMålet med det här projektet är att använda ett digitalt holografiskt mikroskop för att studera cellers respons på stress, i synnerhet svält och temperatur-förändringar. Som modellorganism kommer ni att använda er av jäst (Saccharomyces cerevisiae) men också andra typer av celler finns tillgängliga. I projektet ingår också att vidareutveckla både hårdvara och mjukvara till det mikroskop som konstruerats under det senaste åren.

Arbetssätt Experimentellt och teoretiskt arbete, innefattande cellkultivering, praktisk mikroskopi, dataanalys samt programmering och modellering.

Gruppstorlek Projektet är lämpligt för en grupp om 3-4 personer.

Målgrupp F, K, Kf, GU-fysik eller motsvarande

Holografi-baserad kvantitativ fasavbildning av biologiska cellerTIFX04-18-11


HandledareJan Swenson [email protected], 0730-794217, Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundDet strukturella och dynamiska beteendet hos vatten och vattenhaltiga lösningar är av central betydelse för livet på vår jord. Faktum är att en stor del av allt vatten i våra kroppar ligger i närheten (inom ca 0,5 nm) av olika typer av biomolekyler och kan därför betraktas vara lokaliserad i e begränsad geometri. Livet skulle inte existera utan detta vatten, och för att förstå livet måste vi förstå hur vatten och vattenhaltiga lösningar beter sig i typiska begränsade utrymmen i våra kroppar. För att förenkla denna forskning är det vanligt att använda olika typer av modellsystem, snarare än reella biologiska system, för att förstå vattnets beteende i begränsade geometrier. Modellsystemen gör det möjligt att systematiskt styra både det begränsade utrymmets storlek och de kemiska interaktionerna med den omgivande ytan.

ProblembeskrivningI detta projekt kommer ni utföra datorsimuleringar för att modellera strukturen hos vattenlösningar som är begränsade i 2,8 nm stora porer i ett kiseldioxidbaserat värdmaterial (MCM-41). Vi har redan neutrondiffraktionsdata på lösningarna, men era simuleringar behövs för att modellera och förstå strukturerna. Av särskilt intresse är att bestämma om vatten eller de lösta molekylerna föredrar att binda till den hydrofila porytan. Våra tidigare studier, med hjälp av andra tekniker, har indikerat att vatten föredrar att binda till porytan, men vi behöver klargöra detta mer detaljerat och verifiera våra tidigare indikationer.

Arbetssätt Projektet är rent datorbaserat och handlar om att skapa strukturmodeller baserade på neutrondiffraktionsdata genom simuleringar.

Gruppstorlek 3-4 studenter.

Målgrupp F, GU-Fysik, samt Kf

Datorsimuleringar av strukturen av vattenlösningar i en begränsad geometri TIFX04-18-12

Christoffer Olsson [email protected], Institutionen för fysik, Chalmers


HandledareJan Swenson, [email protected], 0730-794217, Institutionen för fysik, Chalmers

Pepe Tan, [email protected] och samhällsbyggnadsteknik

BakgrundAtt utnyttja latent värme vid smältning och stelning av så kallade fasövergångsmaterial (PCM, från “phase change materials”) möjliggör signifikant högre energilagrings-densiteter jämfört med vanlig lagring av termisk energi. PCM kan exempelvis användas för att stabilisera temperaturen i byggnader genom att kristallisering sker, och därmed värme frigörs, då temperaturen sjunker under önskad temperatur, och sedan smälter, och därmed tar upp värme, när det blir för varmt. Projektet är centralt för forskningen vid avdelningen för byggnadsteknologi och sker därför i samarbete med dem.

ProblembeskrivningMålet med detta projekt är att konstruera en liten bärbar testcell (centimeter skala) med vanliga tillgängliga termoelektriska element för att demonstrera smältning och kristallisering av PCM. Testcellen ska kunna uppgraderas med temperatur- eller värmeflödes- och ström/spänningssensorer för att möjliggöra mätningar av PCM:s termiska egenskaper.

Ni förväntas uppnå följande projektmål:- Konstruktion av en bärbar testcell för smältning av PCM med användning av termoelektriska element- Utföra en övergripande utvärdering av testcellen, inklusive dess lämplighet för mätning av termiska egenskaper hos PCM- Dokumentation och diskussion av design och utvärderingsprocessen- Valfritt (beroende på gruppstorlek och tid): Numerisk modellering och optimering av testcellen och jämförelse med experiment

Arbetssätt Som ovan framgår så handlar projektet om att konstruera och experimentellt testa cellen av PCM. I mån av tid kan även numerisk modellering av testcellen bli aktuellt.

Gruppstorlek 3-6 studenter. Projektet har möjlighet att dubbleras

Målgrupp F, GU-Fysik, K, Kf samt M.

Utveckling av en termoelektrisk testcell för fasövergångsmaterialTIFX04-18-13


HandledareJonathan Weidow, [email protected] för fysik, Chalmers

BakgrundDet finns idag system som låter tittaren av olika idrottsarrangemang exempelvis få reda på hur långt olika idrottare har rört sig. Dessa system är emellertid relativt dyra och fungerar sämre inomhus och är därmed inte tillgängliga för alla klubbar i alla sporter. Det finns därmed ett behov av ett nytt, relativt billigt och användar-vänligt system som ger idrottare, tränare och publik möjlighet att ta del av, exempelvis innebandyspelares, rörelsemönster under såväl match som träning.

ProblembeskrivningÄr du intresserad av innebandy? Vill du vara med och med hjälp av teknisk utveckling öka det vetenskapliga förhållningssättet inom sporten och höja upplevelsen för publiken? Låt oss genom att ta fram ett hjälpmedel ta ett steg i rätt riktning.

Arbetssätt I projektet ska ett positioneringssystem utvecklas där varje deltagares position bestäms i realtid. Från detta ska data som är relevant för spelaren, tränaren och publiken väljas ut. Denna data ska därefter göras tillgänglig, exempelvis genom en app eller ett datorprogram.

Gruppstorlek Ca 3-6 studenter. Projektet kan dubbleras.

Målgrupp F, GU-Fysik, TM, Kf, E, Z, M, D, IT, I. Det är en fördel med deltagare från olika civilingenjörsprogram.

Innebandy – analys av spelares rörelsemönster TIFX04-18-14

Magnus Karlsteen, [email protected] för fysik, Chalmers


HandledareMagnus Karlsteen [email protected] för fysik, Chalmers

Sofie Sandhagen [email protected], BeateSofie Fredriksson [email protected]

BakgrundFör att minska slitaget på hoven förses hästen med skor, majoriteten av dessa i stål men skonsammare och säkrare alternativ finns i en sko med Gummihölje. Gummi är välkänt för att vara stötdämpande och minska vibrationer och denna effekt gör gummiskon helt enkelt bekvämare och skonsammare för hästen. Hästar i många olika discipliner utsätts för påfrestningar på hovar, leder, rygg och en stötdämpande sko kan göra att hästen kan utsättas för mindre påverkan vilket kan vara mycket positivt på lång sikt. Förutom detta kan också friktionen anpassas till att likna den för den oskodda hoven vilket gör att hästens naturliga rörelsemönster bibehålls och skaderisken minskar.

ProblembeskrivningInom ridsporten blir olika typer av fibersand och silikonsand allt vanligare som underlag, dvs. man blandar sand med olika polymerfiber för att ge underlaget specifika egenskaper. Frågeställningen blir då hur materialet i skon och materialet i underlaget påverkar varandra och om friktionen mellan underlag och sko riskerar att bli för stort och därför påverka hästens naturliga rörelsemönster med ökad risk för skador som följd.

ArbetssättProjektet kommer att ske i nära samarbete med Halmstad gummifabrik och förväntas innehålla analys av mätdata och praktisk testning med exempelvis accelerometer fäst på hästens hov eller höghastighetskamera.

Gruppstorlek3-6 studenter

Målgrupp F, GU-Fysik, E, Z, M

Länkarwww.ollov.com

Hästsko i gummi med stålkärna – Hur påverkar materialet i skon och materialet i underlaget varandra?

TIFX04-18-15


HandledareMagnus Karlsteen [email protected] för fysik, Chalmers

Sofie Sandhagen [email protected], BeateSofie Fredriksson [email protected]

BakgrundFör att minska slitaget på hoven förses hästen med skor, majoriteten av dessa i stål men skonsammare och säkrare alternativ finns i en sko med Gummihölje. Gummi är välkänt för att vara stötdämpande och minska vibrationer och denna effekt gör gummiskon helt enkelt bekvämare och skonsammare för hästen. Hästar i många olika discipliner utsätts för påfrestningar på hovar, leder, rygg och en stötdämpande sko kan göra att hästen kan utsättas för mindre påverkan vilket kan vara mycket positivt på lång sikt. Förutom detta kan också friktionen anpassas till att likna den för den oskodda hoven vilket gör att hästens naturliga rörelsemönster bibehålls och skaderisken minskar.

ProblembeskrivningHypotesen är att Öllöv gummisko:- Förbättrar blodflödet i hoven genom att dämpa vibrationer som annars kommer av stålskon som gör att blodkärlen krymper- Har friktion liknande den för den oskodda hoven, dvs glidtiden för gummisko och naken hov är liknande, för att skona hästens leder. - Dämpar stötar vid fotisättning på hårt underlag

ArbetssättProjektet kommer att ske i nära samarbete med Halmstad gummifabrik och förväntas innehålla analys av mätdata och praktisk testning med exempelvis accelerometer fäst på hästens hov eller höghastighetskamera.

Gruppstorlek 3-6 studenter


Länkarwww.ollov.com

Hästsko i gummi med stålkärna – Bättre stötdämpning och mindre vibrationer? TIFX04-18-16


HandledareMagnus Karlsteen, 031 772 [email protected]

Carina Nilsson [email protected], Ingvar Svensson, [email protected]

BakgrundRebase är en VVS-leverantör som sedan 1989 har försett grossister och rörläggare med såväl lagerförda som kundanpassade produkter. En stor del av produkt- sortimentet lagerförs av ledande grossister i Sverige och Norge. Företaget har kunden i fokus och med det en hög servicenivå. Produktutveckling sker löpande, med förbättringar i hela leden.

ProblembeskrivningIdag har företaget tre maskiner igång vid tillverkning av rör i PEH, se fotot. Där man vill kunna förbättra och effektivisera tillverkningen. Produkten finns i två dimensioner, 110 mm och 50 mm, till WC-avlopp och tvättställsavlopp. Rör delas och vissa delar kapas och därefter svetsas, med hjälp av värmeplatta, delarna ihop till ett färdigt rör. Processtegen innebär rörkapning rak, hyvling, bearbetning med värme, pressning samt att röret tillåts kallna.

ArbetssättProjekt innebär att deltagarna utformar tänkbara komponenter – analysmetoder som sedan kommer att användas vid tillverkning av PEH rör. Syftet är att automatisera, förbättra och effektivisera tillverkningsprocessen ytterligare.

Gruppstorlek3-6 studenter

Målgrupp Z, GU-Fysik, F, M, D

Litteraturtips www.rebase.se.http://www.rebase.se/sv/produkter#avloppsanslutningar-1

Utveckla rörtillverkning hos REBASETIFX04-18-17


HandledareMagnus Karlsteen, 031 772 [email protected]

Soliden rum S2012.Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundFörslitningsskador är vanligt förekommande hos tävlingshästar med bristande hoppteknik och är något som uppstår på sikt. Skador på hästarna kan undvikas om dess hoppteknik identifieras redan i ung ålder och ridningen sedan anpassas efter hästens kapacitet. För att identifiera dessa problem skapades en avancerad mätutrustning som testades på Gothenburg Horse show i Scandinavium i februari 2017 - Chalmershindret. Detta gjordes i samarbete med Swedish Warmblood Association (SWB), avelsföreningen för den svenska varmblodiga hästen.

ProblembeskrivningDen befintliga mätutrustning fungerade utmärkt när chalmersteknologer hanterade den. För att komma till praktisk nytta och förbättra hopphästars hälsa på ett positivt sätt behöver metoden och utrustningen utvecklas så att avels-domare, hopptränare och ryttare kan använda den i sin dagliga avelsbedömning och hoppträning. För att utöka användningen av mätutrustningen behöver en lättanvänd produkt med ett väl anpassat användargränssnitt utvecklas.

ArbetssättProjektet innebär en produktutveckling med stora inslag av programmering, elektronikkonstruktion och samverkan med avelsorganisationer, ryttare och hopptränare.

GruppstorlekCa 4-6 studenter.

MålgruppD, IT, F, GU-Fysik, TD, E, Z, M. Projektet behöver kompetens i form av programmeringskunniga/it-/data-studenter. Erfarenhet från konstruktioner av mätsystem för hästhinder är fördelaktigt men ej nödvändigt.

Litteraturtipshttp://www.chalmers.se/sv/nyheter/Sidor/Chalmershindret-2017.aspx

Mätutrustning för hållbarare hästar TIFX04-18-18


HandledareGunnar Westman, [email protected] 772 30 72, Kemi och kemiteknik

Magnus Karlsteen, [email protected], FysikErik Thunström, [email protected] kardiologi SU Östra

BakgrundSåväl elitidrottare som svårt sjuka eller kraftigt skadade utsätter sin kropp för maximal belastning som ger extremtillstånd då det gäller tryck på blodkärl, slagvolym i hjärta, syresättning av blod etc. Studier gör vanligtvis på normalpersoner under vila och lagom ansträngning, varefter data extrapoleras till extremtillstånd.

Problembeskrivning“Andra andning” är ett begrepp som många känner igen. En period som man relativt plötsligt kommer in i, ofta en bit in i sitt träningsutövande. En känsla av att det går lättare och att man plötsligt orkar lite mer. Sedan några årtionden vet man att ha en god förmåga att varierar tiden mellan varje enskilt hjärtslag i förhållande till efterföljande hjärtslag, har betydelse för överlevnad, särskilt i riskgrupper med hjärtsjukdom och som har risk för plötslig hjärtdöd.

ArbetssättI detta projekt ska data från elitidrottare och hjärtsviktspatienter analyseras. Vid Sahlgrenska akademin undersöker forskare synkronisering mellan hjärtrytmen och andningsrytmen för grupper av individer; elitidrottare, hjärtsvikts-patienter och normalpersoner. Mätdata är repetitiva vågrörelser av in och utandning samt hjärtslag. Utmaningen i detta projekt är att skapa en programvara som automatiskt kan plocka ut fasskillnaden mellan andning och hjärtslag och tidssegment då andning och hjärtslag ligger i samma fas. Med en sådan programvara skulle läkarna kunna spara liv.


MålgruppF, GU-Fysik, D, IT, Z, M

Superbodies; Skapa en programvara för analys av hjärt-lungdata, målgrupp elitidrottare och hjärtsviktspatienter

TIFX04-18-19


HandledareMagnus Karlsteen, [email protected] 772 2091, Soliden S2012, Fysik, Chalmers

Philipe Rodrigues, Mossebergs AK [email protected], 0739-873529

BakgrundTraditionellt sett så använder sig de flesta skivstångsidrotter en metod i sin träningsplanering som går ut på att räkna ut träningsbelastning utifrån ett uppskattat maximalt resultat, alltså det tyngsta idrottaren kan lyfta en gång. Att genomföra den typen av träning i kombination med hastighets-baserad träning är idag ett växande intresse inom olika skivstångsidrotter. Men trots detta så finns det en avsaknad av tekniska hjälpmedel

ProblembeskrivningI dagsläget är de hjälpmedel som erbjuder mätningar med hög precision klumpiga, samtidigt som de smidigare hjälpmedel som idag finns på marknaden inte erbjuder lika hög precision. Förhoppningen är att kunna utveckla ett hjälp-medel som erbjuder både hög precision, som är smidigt att använda och bära med sig framförallt för idrottare inom olika skivstångsidrotter.

ArbetssättProjektet innebär en produktutveckling med stora inslag av programmering, elektronikkonstruktion i samverkan med klubbar och utövare av skivstångs-idrotter.


MålgruppD, IT, F, GU-Fysik, E, Z, M,

Litteraturtipshttp://idrottonline.se/MossebergsAK-Tyngdlyftning/http://totusfitness.com/

Hastighetsbaserad träning för skivstångsidrotter TIFX04-18-20


HandledareMagnus Karlsteen, [email protected] 772 2091, Institutionen för fysik, Chalmers

Priscilla OlssonHoofStep AB

BakgrundHästar lämnas oövervakade större delen av dygnet. 40% skadar sig per år, i boxen eller i hagen, 80 % av dessa incidenter händer när ingen är närvarande. Akuta sjukdomar kan bryta ut när som helst . HoofSteps lösning ger hästägare information för att förebygga detta, agera omedelbart och samtidigt skapa bättre förutsättningar för hästens vardagsliv. HoofSteps lösning är en sensor fäst mot pannan som registrerar huvudets rörelser under dygnet. Rörelsedata skickas kontinuerligt till beteendedatabasen där algoritmer tolkar beteendet. Avvikelser av signifikans från hästens normala profil triggar ett larm i en app. Baserat på machine learning predicerands beteende.

Problembeskrivning och målMålet är att föreslå andra generationen av hästenhet och huva. Sesorn placeras på hästens panna i en skräddarsydd huva. Behov består av Huva: Design/Funktion/Material - passform, utseende, hållbarhet, kostnad, brottytor, metod att sy. Hästenhet: Design/Funktion/Material - passform, hållbarhet, kostnader, optimering för produktion i kombination med passform för huva. ArbetssättAnalys av nuvarande produkt. Kravspecifikation efter intervjuer med potentiella kunder och genom studier av hästar, gärna olika raser. Tillgång till hästar ordnas, viss vana vid hästar är fördelaktigt. Kravspecifikation:- Den miljö produkten kommer att befinna sig i- Hästens anatomi- Hästägares preferencer- Producerbarhet i serieproduktion- Val av material med hänsyn till häst och miljö


Litteraturtipswww.hoofstep.com

Målgrupp: M, Td, Z, E, D, IT, I, Ekonomi och produktions-teknik. Det är en fördel med deltagare från olika civilingenjörsprogram.

Skapa och designa Generation 2 av IOT produktTIFX04-18-21



Mattias Lindström, HoofStep AB

BakgrundHästar lämnas oövervakade större delen av dygnet. 40% av alla hästar skadar sig per år, i boxen eller i hagen, 80 % när ingen är närvarande. Akuta sjukdomar som kräver omedelbar insats kan bryta ut när som helst under dygnet. HoofSteps lösning ger hästägare den information de behöver för att förebygga detta, agera omedelbart och samtidigt skapa bättre förutsättningar för hästens vardagsliv. HoofSteps lösning består av en sensor fäst mot pannan som registrerar alla huvudets rörelser under dygnet. All rörelsedata skickas kontinuer-ligt till vår beteendedatabas där det via algoritmer tolkas till aktuellt beteende. Av-vikelser av signifikans från hästens normala profil triggar ett larm till hästägaren via ett push-meddelande. Baserat på machine learning gör vi prediceranden av hästbeteenden. I tjänsten får kunden tillgång till sensorn/hårdvaran, och alla informations- och larmtjänster kopplade till den egna hästen via en app och ett webbgränssnitt. Kunden får även tillgång till tjänster baserade på analys av alla hästars beteendedata.

Problembeskrivning och MålMålet med arbetet är att ta fram modeller baserat på beteendeforskning med befintliga HoofStep mätinstrument tillsammans med hästägare, stall, kliniker etc. Planera och genomföra test inkl. filmning och taggning samt utveckling av egna detektorer för beteende. Modellerna kommer att jämföras med Hoofsteps lösning på samma data. Arbetet görs i några av följande områden:Sov-/vilbeteende; Stress; Krubbitning eller andra ticks; Socialt beteende; Energianvändning

ArbetssättGenomförande av film, mätning och datasammanställning av utvalda beteenden hos lämpliga hästinstanser.


MålgruppF, TM, M, TD, Z, E, D, IT. Det är en fördel med deltagare från olika civilingenjörsprogram.

Skapa modeller baserat på beteendeforskning TIFX04-18-22



Maria Hallring, [email protected], 070 729 6080, www.ergox2.com/

BakgrundRidsportens utövare är globalt sett 75% kvinnor. Sitsen är avgörande för hur hästen reagerar och använder sin kropp. Sadelbranschen är en manlig hantverksbransch som vet lite om hur bäcken, lårben och rygg samverkar i sadeln och hur sadelns form påverkar ryttarens förmåga att sitta rätt. En korrekt sits kommunicerar direkt med hästens rygg, är den magiska länken mellan häst och ryttare, när ryttaren rullar upp i neutral på hela sin sittplatta, mellan sittben och pubis. Detta aktiverar ryttarens core och öppnar upp bröstet, lodsitsen är inte ett resultat av att man sträcker på ryggen, utan tvärt om. Bäckenets position som gör det möjligt att sitta rätt, slappna av i ryggen och använda bröstryggen för stötupptagning.

ProblembeskrivningErgoX2 Of Sweden har utformat säten och mätt bäckens längd och bredd i 3 års tid. Men dom når inte ända fram utan nya redskap. Variationen av bäckenplattans form är enorm. Det finns flera former och många storlekar som inte syns på ryttarens kropp utifrån. Lårbenets olika former och infästning har stor påverkan. Det behövs en metod/verktyg för att bestämma lårbenets infästning och därmed kunna kalibrera ryttarens position och överföra rätt form till sadeln.

ArbetssättProjektet innebär en produktutveckling av ett instrument som mäter lårbenets olika former och infästning. Mekanisk konstruktion med inslag av programmering och elektronik.


MålgruppF, GU-Fysik, E, Z, M, D, IT.

Litteraturtipshttp://www.equestrianfysio.se/http://www.centaurbiomechanics.co.uk/

Ny mätmetod för maximering av ryttares inverkan via bäcken/lårbenspositionTIFX04-18-23



BakgrundAlla kan åka och ha kul på vattnet! För funktionsnedsatta är vattenskidåkning en ypperlig möjlighet till inspirerade träning. Den enklaste formen av sittande vattenskidåkning är friåkning efter båten. Vill du ha en större utmaning och tävla åker du slalom, trick eller hopp. Sittande åkare sitter i en ställning på skidan. Det finns olika hjälpmedel för att underlätta åkningen för funktionsnedsatta åkare. I princip kan alla kategorier åka såväl slalom, trick och hopp. Samtliga dessa tre grenar finns på VM, EM och SM. Det betyder att olika skidor behövs till varje gren

ProblembeskrivningUtmaningen är att lösa problemet att utrustningen för sittande vattenskidåkning behöver förbättras: • Ergonomiskt • Strukturellt/material • Att lätt kunna anpassa utrustningen till individuell åkare • Att kunna förstå hydrodynamik bättre, t ex fenans form och placering. • Att det kan finnas möjlighet för användning inom andra områden, t ex snöskidåkning.Slutmålet är att ta fram en ställning/sits, som är anpassad till respektive åkare och skidor som är gjorda för slalom, trick eller hopp så att det finns modern utrustning för den funktionsnedsatta som vill satsa på vattenskidor.

Arbetssätt Projektet innebär en produktutveckling av en ny vattenskidutrustning innehållande moderna material. Mekanisk konstruktion, struktur, hållfasthet, CFD är kunskaper som gruppen medlemmar bör ha intresse av.



Litteraturtips www.varbergsvattenskidklubb.se/Allakanaka/

Övriga kontakter (förutom handledare)Christian Finnsgård, Forskningschef SSPA, christian.finnsgå[email protected] Antonsson, Åkare/förbundskapten funktionsnedsatta, tel 070-600 06 35,[email protected]

Vattenskidutrustning för sittande åkare som tävlar TIFX04-18-24

Lars Larsson, [email protected], 772 1481Mekanik och maritima vetenskaper, Chalmers



Daniel Ehrnberg, [email protected] för fysik, Chalmers

BakgrundEn ny princip för att komprimera luft har uppfunnits av Daniel Ehrnberg och kallas fluidmaskin. Principen är publicerad som en svensk patentansökan. Principen använder vatten som kolvar och skapar en ideal miljö för att effektivt kunna konvertera, vid laddning, energi från el till komprimerad luft, och sedan vid urladdning från luft till el igen. Detta skapar goda förutsättningar för en effektiv energi-lagring i stor skala. En prototyp har testats på Chalmers inst. för fysik med mycket gott resultat. Tekniken skulle kunna innebära att vi kan lagra energi effektivt och kunna gå mot ett 100% fossilfritt samhälle. Spira Energy AB har grundats för att kommersialisera tekniken och ett bolag byggs nu upp med ett team och finansiering för att kunna utveckla tekniken mot en första kommersiell prototyp-serie. Det finns alltså möjligheter att vid lyckat genomfört projekt kunna fortsätta forskning och utveckling inom akademin. Men också som anställd av Spira Energy AB som kommer behöva duktiga människor i teamet.

ProblembeskrivningIdag finns i många av världens länder inget riktigt bra sätt att lagra elektrisk energi utan allt för stora investeringskostnader och/eller miljöpåverkan. Den nya fluidmaskinen skulle kunna lösa detta problem.

Arbetssätt- Att skapa sig en förståelse för tekniken och dess fysik genom att studera prototyp och läsa tidigare framtagna rapporter.- Vidareutveckling av matematisk modell i Matlab genom granskning, utveckling och förslag på förbättring och nya implementering.- Att utifrån modellen utveckla och konstruera samt välja komponenter för nästa mer kommersiella prototyp.

GruppstorlekMax 6 studenter

Målgrupp + speciella förkunskapskravF. Förkunskaper i Matlab, mekanik, CAD och ritningsframställan samt flöde, turbulens och termodynamik.

LitteraturtipsUtveckling av Fluidkompressor, Axel Lindbäck, Elias Heinz, Kandidatarbete 2017

Vill du lösa ett av världens största problem med oss?TIFX04-18-25



Margareta Håkanson, leg sjukgymnast, med lic, spec i psykiatri o psykosomatik, 0709 46 10 35

BakgrundElstängsel används till stor utsträckning för att avgränsa djurs rörelsefrihet. För hästägare finns det många moment i handhavandet som inte är tillfredställande löst. Dels är handtagen för insläpp i hage en stor olycksrisk som behöver reduceras till färre handgrepp för säkrare hantering av stängsel och häst. Dels behöver de ström-förande banden bli justerbara i höjdled och säkrare – bl.a. har kronhjortar snott in sig i de vita banden, fastnat och dött. Banden går inte av om djuret fastnar i det. Men banden blir också en olycksrisk för hästar som bråkar eller bockar och fastnar med ett ben i ett inte helt sträckt stängsel. De breda banden som fanns vid paddocken hade använts för tinkerhästar i England - men de visade sig att hästarna lutade sig med baken mot banden för att klia sig i rumpan - och då tänjdes plasten ut och slackade - så de var inte så bra som man hade förväntat för att användas i hagar, men bra i en paddock. Man behöver också titta på stängselstolpar - hur kan de utvecklas för enkel snabb hantering och uppsättning- i stenig terräng, i sumpig mark mm.

ProblembeskrivningUppdraget är att skapa ett elstängsel som eliminerar ovanstående problem samt är lätt flyttbart och lätt hanterbart. Hanteringen är dagsläget en arbetskrävande, dvs dyr, aktivitet. En bra lösning förväntas bli en omedelbar världssuccé.

ArbetssättProjektet innebär en produktutveckling med inslag av elektrisk konstruktion och samverkan med Göteborgs Handikappridklubb.


MålgruppF, GU-Fysik, E, Z, M.

Utveckla ett praktiskt elstängsel TIFX04-18-26


SupervisorGiovanni Volpe, [email protected] Department of Physics, GU

BackgroundThe behavior and interaction of autonomous individuals capable of sensing and reacting to their environment play a critical role in many natural phenomena and artificial systems. For example, animals organize into flocks, swarms, and colonies, and we would like to understand how their collective behaviors are coordinated. Groups of autonomous robots could potentially be organized in similar ways. Furthermore, often such systems of autonomous agents have to interact with a complex environment, where for example obstacles are present. Current research is now trying to understand and engineer these behaviors. Problem descriptionThis project aims at studying the collective motions and behaviors of a systems of autonomous agents in a complex environment. It will in particular consider how systems of simple agents (where each agent follows very simple rules, senses only its immediate surroundings, and directly interacts only with nearby agents, without having any knowledge of an overall plan) can lead to very complex behaviors.

MethodThe project will consist of both simulations with MatLab and experiments realized with Elisa-3 microrobots. The thesis and presentation can be in Swedish.


Target audienceF, GU-Fysik, TM, E, Z, D, IT or corresponding

Literature tips• Viswanathan, G. M., Da Luz, M. G., Raposo, E. P., & Stanley, H. E. (2011). The physics of foraging: an introduction to random searches and biological encounters. Cambridge University Press.• Mijalkov, M., McDaniel, A., Wehr, J., & Volpe, G. (2016). Engineering sensorial delay to control phototaxis and emergent collective behaviors. Physical Review X, 6(1), 011008.• www.gctronic.com/doc/index.php/Elisa-3

Collective dynamics of autonomous robots in a complex environmentTIFX04-18-27


HandledareMaria Sundin, [email protected] rum S1022

Institutionen för fysik, GU

BakgrundHästsport är en stor sport både i Sverige och internationellt. Det är idag svårt att diskutera biomekanik mellan olika yrkeskategorier. Det är även svårt inom en yrkesgrupp då de flesta har olika referenser till anatomin och mekaniken. Det finns därför ett stort behov av en prototyp som visar den nedre delen av ett hästben för att visualisera belastningar mm i olika situationer.

ProblembeskrivningHur fungerar biomekaniken i hästens ben? Flera problem finns att lösa inom området som kräver kunskap inom mekanik samt beräkningar av belastning, töjning och hållfasthet. Beroende på intresse och kompetens i gruppen väljs ett eller två problem. Gruppen kommer att dels behöva finna och testa tekniska lösningar för att visualisera önskade parametrar, och dels konstruera en lämplig prototyp. Hovslagare, veterinärer, ryttare och tränare skulle ha stor hjälp av en prototyp som:(1) det går att hantera och visualisera biomekaniken i hästens nedre ben.(2) det går att samlas och diskutera runt (3) ger en gemensam och samstämmig bild av benet

Det långsiktiga målet för projektet är att hjälpa hästen och få en bättre vård där hovslagare, veterinärer, ryttare och tränare förstår varandra och pratar samma språk

Arbetssätt Arbetet kommer att bedrivas både vid institutionen och i fält (stall, ridbanor). Projektet bedrivs i samarbete med hovslagare Christian Stockelberg och goda kontakter finns med Ale Djurklinik. Projektet har kopplingar till forskning vid GU och Chalmers.

Gruppstorlek Ca 3-6 studenter. Projektet kan dubbleras vid stort intresse.

Målgrupp F, GU-Fysik, Z, M. Vi ser gärna någon student i gruppen med intresse och erfarenhet av konstruktion av prototyper.

Utveckling av tekniska hjälpmedel för att visualisera biomekaniken i hästens nedre ben TIFX04-18-28


HandledareMaria Sundin, [email protected] rum S1022

Institutionen för fysik, GU

BakgrundFrankrike, Sverige och USA är de tre stormakterna inom travsporten. Bara i Sverige omsätter spelet på travet drygt 12 miljarder kronor. Det finns cirka 90000 varmblodiga travhästar och 10000 kallblodiga travhästar, varav 18000 är i träning. Det körs nära 9000 lopp om året. Travet får stor plats i medierna. Merparten av negativ publicitet handlar om drivning av hästarna. Körspöet är ett signalerings- och korrigeringsredskap som kuskarna och montéryttarna ska använda när så krävs. Givetvis är det hästarna som blir lidande när körspöet missbrukas av kusken eller ryttaren. Djuraspekten bör därför vara prioritet ett i detta projekt. Att skapa ett körspö som inte gör hästen illa vid drivning, men ändå har stor funktion när det gäller signalering är önskvärt.

ProblembeskrivningProjektets mål är att utforma körspöet så att det blir mer som en ”pekpinne” vilken inte kan tillfoga skada. Detta skulle till exempel kunna uppnås genom att det förlorar sin kraft om kusken slår till för hårt – kanske genom att det ”viker” sig eller genom att det består av ett nytt material. Kanske går det också att få körspöet att ”signalera” till kusken/ryttaren att nu har du använt körspöet för mycket under en drivning. Projektet kommer att innehålla beräkningar och problemställningar inom mekanik, hållfasthetslära och materialvetenskap. Arbetssätt Arbetet kommer att bedrivas både vid institutionen och i fält (stall, travbanor). Projektet bedrivs i samarbete med Thomas Uhrberg som är professionell travtränare och medlem i travtränarnas riksförbunds styrelse.

Gruppstorlek Ca 3-6 studenter. Projektet kan dubbleras vid stort intresse.

Målgrupp F, GU-Fysik, Z, M.

Utveckling av körspöet så att det inte kan skada hästen inom travsportenTIFX04-18-29


HandledareMats Granath, [email protected] tel. 0723-087160

Rum S3010, Soliden våning 3Institutionen för fysik, GU

BakgrundArtificiella neurala nätverk är beräknings-system bestående av variabelt sammanlänkade “neuroner” vars funktion är inspirerad av hjärnans. Den mest grundläggande aspekten är att systemet utvecklas och kan lära sig genom träning (maskininlärning). I form av Deep learning nätverk, som har många lager av neuroner, är dessa system för närvarande världsledande inom artificiell intelligens. De kan tävla med, eller slå, människan vad gäller uppgifter såsom bildigenkänning eller Go-spel (se Google DeepMind). På senare tid har neurala nätverk också börjat applicerats på problem inom fysiken.

ProblembeskrivningInom statistisk fysik betraktar man system med många frihetsgrader, där ett tillstånd motsvarar en viss konfiguration av dessa frihetsgrader. (Ex.vis en konfiguration av svarta och vita cirklar i bilden nedan, motsvarande spinn upp eller ner i en Ising-liknande model.) Typiskt är man intresserad av att klassificera dessa tillstånd och bestämma vilken fas systemet är i. Nyligen har man visat att det går att träna ett neuralt nätverk till att känna igen skillnaden mellan ordnade faser vid låg temperatur och oordnade faser vid hög temperatur (referens 1). I enklaste fallet tränas nätverket på data (i form av bilder av tillstånd) som man genererat från simuleringar av modellen.

Arbetssätt I det föreslagna projekt kommer vi konstruera ett eller flera olika neurala nätverk med olika arkitekturer. Här används lämpligen TensorFlow eller Matlabs nya paket för Deep Learning. En del av uppgiften blir att generera tränings och testdata genom att göra Monte Carlo simuleringar av de fysikaliska modellerna, vilket kan göras i Matlab. Parallellt behöver man också läsa in sig på en viss nivå av förståelse vad gäller de fysikaliska modellerna.


Målgrupp F, Kf, GU-Fysik, TM (Några i gruppen bör ha läst statistisk fysik.)

Litteraturtips1. Machine learning phases of matter J. Carrasquilla & R. Melko, Nat. Phys. 13, 431 (2017).2. Neural Networks and Deep Learning, Michael Nielsen. http://neuralnetworksanddeeplearning.com/index.html (Gratis on-line bok.)

Statistisk fysik med hjälp av Artificiella neurala nätverk TIFX04-18-30


HandledareJonas Enger, [email protected] rum S1016, Institutionen för fysik, GU

Dag Hanstorp, [email protected] forskarhus F8032, Inst. för fysik, GU

BakgrundAkustiska vågor kan utöva krafter på olika objekt. Så kallade akustiska fällor kan bildas i punkter där dessa krafter sammanfaller, varvid en akustisk potentialgrop bildas. Detta möjliggör levitering av partiklar av en mängd olika material och storlekar. Genom att använda högtalare till att alstra en stående våg kommer noderna fungerar som fällor. Om fasskillnaden ändras mellan högtalarna rör sig fällorna utan någon mekanisk påverkan. Objekt som vätskedroppar, kulor, celler, insekter mm kan fångas och därefter studeras med andra tekniker. Det är idag möjligt att med hjälp av 3D-skrivare på ett förhållandevis enkelt och billigt sätt bygga en akustisk fälla och börja fånga, manipulera och analysera olika leviterade objekt.

Problembeskrivning Målet är att bygga en akustisk fälla genom att använda sig av 3D-skrivare och elektrisk mätteknik. Vätskedroppar och andra objekt ska fångas varefter laserfluorescens kommer att användas för analys. Multipla droppar fångas och studeras med höghastighetskameror då de fusionerar. Objektens storlekar mäts utifrån diffraktionsmönster. Den akustiska fällans potentialgrop ska också simuleras.

Arbetssätt Uppgiften går ut på att bygga en akustisk fälla genom att använda CAD och 3D-printing samt beräkna och bygga tillhörande styrningselektronik. Därefter fångas olika objekt som sedan studeras med olika optiska lasermetoder och höghastighetskameror.


Målgrupp F, E, Z, GU-Fysik eller motsvarande

Litteraturtipswww.youtube.com/watch?v=0nh2IftOcI0www.youtube.com/watch?v=XpNbyfxxkWEwww.nature.com/articles/ncomms9661.pdf

Levitera vätskedroppar med en byggd akustisk fälla och analysera droppens innehåll med laserflourescens

TIFX04-18-31


HandledareGiovanni Volpe, [email protected] Institutionen för fysik, GU

BackgroundNanoscience and nanotechnology are in the process of revolutionising the way we live and do science. In some years, nanorobots may be injected in the bloodstream of patients to help diagnose and cure diseases. Functional nanoparticles may be used to discover malignant cells inside the body and destroy them. Environmental screening may be greatly enhanced by microscopic lab-on-a-chip devices. Hence, the study of functional nanomaterials heralds a new era for micro- and nanodevices with unprecedented possibilities in sensing and information processing at the nanoscale. In the context of this drive towards the nanoscale, the specific aim of the present project is to provide new tools to harness forces and interactions at mesoscopic and nanoscopic lengthscales, such as the forces arising between several nanodevices.

Problem descriptionThis project aims at studying experimentally critical Casimir forces emerging between multiple objects, going beyond the kinds of configurations that have been studied so far. Thus, this project will elucidate what is the influence on critical Casimir forces of, e.g., three-body effects, hydrodynamic interactions and hydrodynamic synchronization; these insights will prove useful in the engineering of critical Casimir forces for realistic applications

MethodThis study will employ an array of optical tweezers to position the particles and digital video microscopy to track the trajectories of the particles and the forces acting on them. Numerical simulations will also be employed to validate the experimental findings. The thesis and presentation can be in Swedish.

Group size3-6 students

Target audienceF, GU-fysik, TM, E, Z, D, IT or corresponding.

Literature tips• S. Paladugu, A. Callegari, Y. Tuna, L. Barth, S. Dietrich, A. Gamabassi & G. Volpe (2016). Nonadditivity of critical Casimir forces. Nature Physics, 7, 11403.• F. Schmidt, A. Magazzù A. Callegari, L. Biancofiore, F. Cichos & G. Volpe (2017). Microscopic engine powered by critical demixing, arXiv 1705.03317.

Nanotechnology: Experimental study of critical Casimir forces TIFX04-18-32


HandledareLars Bengtsson [email protected], Dag Hanstorp [email protected]

Oskar Isaksson [email protected] Institutionen för fysik, GU

BakgrundOptisk levitation innebär att man med hjälp av ljus kan hålla mikroskopiska droppar svävande. Kraften som uppstår när ljuset från en vertikalt riktad fokuserad laserstråle reflekteras mot och bryts i en droppe motverkar tyngdkraften, vilket gör att droppen kan hållas fast och undersökas utan att vidröras. Storleken på en fångad droppe kan mätas genom att studera det diffraktions-mönster som droppen skapar. Dropparna blir vid produktionstillfället blir elektriskt laddade. Genom att applicera ett oscillerande elektriskt fält kan droppen sättas i rörelse och denna rörelse kan mätas genom att avbilda spritt ljus på en positionskänslig detektor (PSD). Genom att mäta droppens storlek och dess rörelse i det pålagda elektriska fältet kan dess laddning mätas på en absolut skala. Vi har idag en noggrannhet i mätningen som motsvarar +/- 3 elementarladdningar.

ProblembeskrivningMålet med detta projekt är att bygga ett detektionssystem som kan användas till att mäta laddningen på en enda elementarladdning, vilket gör att vi kommer kunna påvisa laddningens kvantisering. I den nuvarande uppställningen används en ganska enkel detektor för att mäta droppens position. Målet med detta projekt är att bygga ett helt nytt detektionssystem där man kan mäta positionen på den fångade droppen med en noggrannhet som är en bråkdel av en mikrometer.

ArbetssättExperimentellt arbete som består av att designa och konstruera ett nytt detektionssytem där man kan detektera positionen hos en droppe med en precision som är en bråkdel av en mikrometer. I arbetet ingår att göra en litteraturstudie för att hitta lämpliga lösningar, göra en elektrisk design av systemet, införskaffa komponenter, bygga ihop systemet, prova ut och kalibrerar uppställningen för att till sist göra en absolutmätning av laddningen på en droppe.

GruppstorlekProjektet är lämpligt för en grupp om 3-4 studenter.

Målgrupp F, GU-Fysik eller motsvarande.

LitteraturtipsOptical levitation by radiation pressure, A. Ashkin, Applied Physics Letters, 19 (1971) 283.

Optisk levitationTIFX04-18-33

Kontaktuppgifter programansvariga

Arkitektur (A)Kia Bengtsson Ekströ[email protected]

Arkitektur och teknik (AT)Karl-Gunnar Olsson tel 031-772 [email protected]

Automation och mekatronik (Z) Petter Falkman tel 031-772 3723 [email protected]

Bioteknik (Bt)Eva Albers tel 031-772 38 [email protected]

Datateknik (D) Roger Johansson tel 031-772 [email protected]

Elektroteknik (E) Hans Hjelmgren tel 031-772 [email protected]

Fysikprogrammet på GU (GU-Fysik)Sten Salomonson tel 031-786 [email protected]

Industriell ekonomi (I)Ola Hultkrantz tel 031-772 [email protected]

Informationsteknik (IT) Niklas Broberg tel 031-772 [email protected]

Kemiteknik (K) Lars Öhrström tel 031-772 2871 [email protected]

Kemiteknik med fysik (Kf) Björn Åkerman tel 031-772 [email protected]

Maskinteknik (M) Mikael Enelund tel 031-772 5115 [email protected]

Samhällsbyggnadsteknik (V)Mia Bondelind tel 031-772 [email protected]

Teknisk design (TD)Andreas Dagman tel 031-772 [email protected]

Teknisk fysik (F) Jana Madjarova tel 031-772 3531 [email protected]

Teknisk matematik (TM) Johan Jonasson tel 031-772 [email protected]

Chalmers tekniska högskola:Institutionen för fysik, Institutionen för mikroteknologi & nanovetenskap,

Institutionen för rymd- geo- och miljövetenskap

Göteborgs universitet:Institutionen för fysik

Fysikcentrum Göteborg

Projektkatalog kandidatarbeten - Chalmers · 2017-11-07 · Conway, Brian E. Electrochemical...

Documents

Transcript of Projektkatalog kandidatarbeten - Chalmers · 2017-11-07 · Conway, Brian E. Electrochemical...