<p>Detection and control of humidity is very important in our everyday life.<br />Humidity sensors are used in many areas, such as meteorology,<br />environmental protection, medicine, food industry, agriculture, etc.<br />Various transduction techniques, such as capacitive, resistive, acoustic,<br />optical and mechanical, have been adopted for the design of humidity<br />sensors.In the last two decades, carbon nanomaterials materials,<br />especially graphene, are taking their place in the production of humidity<br />sensors. In addition to graphene, graphene oxide (Graphene-oxide-GO)<br />is involved in many areas from electronics to sensors. Printed electronics<br />increasingly becomes the leading technology in the fabrication of<br />sensors. In addition to inexpensive manufacturing and additive processes<br />with reduced infrastructure, the benefits of printed technology are lowpower<br />components, flexible, transparent, thin, components that can be<br />embedded in/on clothes, as well as the production of a large number of<br />components. In the last few years, robots are more involved in human&rsquo;s<br />life, which has led to the need for advanced research in the field of<br />robotics. People communicate with the environment using four senses:<br />touch, hearing, sight and taste. The sense of touch allows people to grab<br />various objects, lift them, perform various tasks, etc. For this reason, it is<br />very important to develop touch sensors, that is, the sensors that will be<br />incorporated into robotic fingers. As one type of such sensor, Force<br />Sensing Resistors (FSR) are used. In these sensors, there is a change in<br />resistance if the sensor is affected by a certain force.</p> / <p>Детекција и контрола влажности су од суштинског значаја у нашем<br />свакодневном животу. Сензори влаге се користе у многим областима,<br />као што су метеорологија, заштита животне средине, медицина,<br />прехрамбена индустрија, пољопривреда, итд. За дизајн сензора влаге<br />углавном се користе капацитивне, резистивне, акустичне, механичке<br />или оптичке структуре. У посљедње двије деценије све више се користе<br />наноструктурни угљенични материјали, посебно графен. Поред графена<br />велику пажњу у многим областима од електронике до сензора је<br />привукао графен-оксид (Graphene-oxide - GO). Штампана електроника<br />све више постаје водећа технологија у изради сензора. Поред јефтине<br />израде и адитивних процеса са смањеном инфраструктуром, предности<br />штампане технологије су компоненте мале масе, савитљиве,<br />транспарентне, танке, компоненте које се могу уградити у/на гардеробу<br />и носити, као и производња великог броја компоненти. У последњих<br />неколико година роботи се све више укључују у људски живот, што је<br />довело до потребе за усавршавањем у области роботике. Људи са<br />окружењем комуницирају помоћу четири чула: додира, слуха, вида и<br />укуса. Чуло додира људима омогућава да дохвате различите предмете,<br />подигну их, обављају различите задатке, итд. Из тог разлога је развој<br />сензора додира, односно сензора који би се уградили у роботске прсте,<br />од веома великог значаја. Као једна врста таквих сензора су отпорнички<br />сензори силе (Force Sensing Resistors - FSR). Код ових сензора долази<br />до промјене отпорности уколико се на сенсор дјелује одређеном силом.</p> / <p>Detekcija i kontrola vlažnosti su od suštinskog značaja u našem<br />svakodnevnom životu. Senzori vlage se koriste u mnogim oblastima,<br />kao što su meteorologija, zaštita životne sredine, medicina,<br />prehrambena industrija, poljoprivreda, itd. Za dizajn senzora vlage<br />uglavnom se koriste kapacitivne, rezistivne, akustične, mehaničke<br />ili optičke strukture. U posljednje dvije decenije sve više se koriste<br />nanostrukturni ugljenični materijali, posebno grafen. Pored grafena<br />veliku pažnju u mnogim oblastima od elektronike do senzora je<br />privukao grafen-oksid (Graphene-oxide - GO). Štampana elektronika<br />sve više postaje vodeća tehnologija u izradi senzora. Pored jeftine<br />izrade i aditivnih procesa sa smanjenom infrastrukturom, prednosti<br />štampane tehnologije su komponente male mase, savitljive,<br />transparentne, tanke, komponente koje se mogu ugraditi u/na garderobu<br />i nositi, kao i proizvodnja velikog broja komponenti. U poslednjih<br />nekoliko godina roboti se sve više uključuju u ljudski život, što je<br />dovelo do potrebe za usavršavanjem u oblasti robotike. LJudi sa<br />okruženjem komuniciraju pomoću četiri čula: dodira, sluha, vida i<br />ukusa. Čulo dodira ljudima omogućava da dohvate različite predmete,<br />podignu ih, obavljaju različite zadatke, itd. Iz tog razloga je razvoj<br />senzora dodira, odnosno senzora koji bi se ugradili u robotske prste,<br />od veoma velikog značaja. Kao jedna vrsta takvih senzora su otpornički<br />senzori sile (Force Sensing Resistors - FSR). Kod ovih senzora dolazi<br />do promjene otpornosti ukoliko se na sensor djeluje određenom silom.</p>

<p>Pasivni bežični LC senzori projektovani su u tehnologiji štampanih kola (PCB) i u tehnologiji nisko-temperaturno pečene keramike (LTCC). Predstavljena su tri tipa LC senzora izrađenih na PCB-u u jednoslojnoj i dvoslojnoj štampi. Takođe su prikazana i dva tipa LC senzora izrađenih u LTCC tehnologiji. Karakterizacija senzora je izvršena u laboratorijskim uslovima a za testiranje korišćeni su građevinska opeka i siporeks blok kao jedni od najčešće korišćenih materijala u građevinskoj industriji za zidane objekte.</p> / <p>Passive LC wireless sensors are designed in technology printed circuit boards (PCB) and the technology of Low Temperature Co-Fired Ceramics (LTCC). Presented are three types of LC sensors made on the PCB in the monolayer and bilayer press. It also presents two types of LC sensors manufactured in LTCC technology. Characterization of the sensor is carried out in the laboratory for testing were used building bricks and aerated concrete block as one of the most commonly used materials in the construction industry.</p>

<p>U bežičnoj mreži senzora i robota, senzorski moduli vrše nadzor<br />fizičkih veličina od značaja, a roboti imaju ulogu izvršilaca<br />zadataka koji im se dodeljuju primenom odgovarajućeg algoritma. Nakon<br />detekcije događaja od strane statičkih senzorskih čvorova i<br />prosleđivanja informacija o događajima robotima, potrebno je<br />dodeliti zadatke robotima na efikasan način. Dodela zadataka vrši<br />se u skladu sa prirodom različitih scenarija koji se mogu javiti u<br />praksi. U okviru disertacije razmatran je slučaj kada se konkurentno<br />javlja više događaja kojima je potrebno dodeliti izvršioce. U pogledu<br />energetske efikasnosti, u ovakvim sistemima kao ključni problemi<br />javljaju se minimizacija ukupne dužine kretanja robota i optimizacija<br />komunikacije u mreži. Od komunikacinih protokola za otkrivanje<br />izvršilaca, u ovoj disertaciji predstavljena su poboljšanja<br />postojećeg iMesh protokola i uveden je novi vCell protokol zasnovan na<br />lokalizovanom formiranju ćelija Voronoi dijagrama. Takođe,<br />upoređene su performanse novog protokola sa postojećim (pravougaoni<br />kvorum i iMesh) u gustim mrežama, retkim mrežama i mrežama sa<br />rupama u topologiji. Uz to, uvedeni su algoritmi za ažuriranje lokacije<br />kojima mreža reaguje na kretanje robota. Rezultati simulacija pokazuju<br />da vCell postiže efikasnost blizu 100% u nalaženju najbližeg robota u<br />gustim mrežama. U retkim mrežama, efikasnost mu je do 40% bolja u<br />odnosu na ostala rešenja.</p><p>Kao glavni rezultat u disertaciji prikazani su novi algoritmi za<br />dodelu robota kao izvršilaca zadataka događajima, čime su<br />prevaziđni nedostaci više do sada poznatih rešenja ovog problema.<br />Za zadati skup događaja i skup robota, svakom događaju dodeljen je po<br />jedan robot koji je zadužen za obilazak lokacije događaja. Tokom<br />pojedinačnih rundi, robotima je dozvoljen obilazak jednog događaja<br />kada se vrši uparivanje, ili više događaja, kada se vrši<br />sekvencijalna dodela. U distribuiranom slučaju, statički senzorski<br />uređaji detektuju događaje i prijavljuju ih obližnjim robotima.<br />Algoritam PDM koji se odnosi na unapređeno uparivanje sa mogućnošću<br />razmene partnera, eliminiše dugačke ivice koje se mogu javiti<br />prilikom uparivanja. Algoritam SQD za sekvencijalnu dodelu događaja<br />robotima iterativno pronalazi par robot-događaj sa najmanjim<br />međusobnim rastojanjem, uvrštava izabrani događaj u listu za oblazak<br />izabranog robota i ažurira poziciju robota. Takođe su predložene<br />generalizacije koje omogućavaju da događaji budu posećeni od strane<br />više robota i koje uzimaju u obzir vremenska ograničenja.<br />Distribuirani algoritam MAD, koji je zasnovan na iMesh<br />informacionoj strukturi i lokalnim aukcijama u robotskoj mreži,<br />vrši dodelu robota događajima na lokalizovan i energetski efikasan<br />način. Rezultati simulacija potvrđuju prednosti predloženih<br />algoritama u odnosu na postojeća rešenja, kako u pogledu skraćivanja<br />dužina putanja robota, tako i u produženju životnog vremena sistema.</p> / <p>In a typical wireless sensor and robot network, sensor nodes monitor physical<br />values of interest, while robots perform some automated tasks. The tasks are<br />assigned to robots by means of an appropriate algorithm. Upon the<br />occurrence of events which are detected by sensor nodes, the information<br />about the events needs to be delivered to robots. Afterwards, it is necessary<br />to assign tasks to robots in an efficient way. Task assignment is performed<br />according to the nature of different scenarios which might occur in practice.<br />This thesis is focused on the case when multiple events, all of which require<br />to be visited by robots, happen simultaneously. Regarding energy efficiency,<br />the key issues which arise in such systems are minimization of robot travel<br />paths, and optimization of the network traffic. In this thesis, the following<br />service discovery protocols are presented: improvements of the existing<br />iMesh protocol, and the novel vCell protocol, which is based on localized<br />formation of an information structure which resembles Voronoi diagram.<br />Furthermore, the performaces of new vCell protocol is compared with the<br />existing protocols (Quorum and iMesh) in dense networks, sparse networks,<br />and networks with holes in topology. Also, location update algorithms are<br />introduced, which deal with robot mobility. The simulations show that vCell<br />achieves nearly 100% success rate in finding the nearest robot in dense<br />networks. In sparse networks, it outperforms the other existing solutions by up<br />to 40%.<br />As a key contributtion, the novel dispatch lgorithms have been introduced.<br />Given a set of events and a set of robots, the dispatch problem is to allocate<br />one robot for each event to visit it. In a single round, each robot may be<br />allowed to visit only one event (matching dispatch), or several events in a<br />sequence (sequence dispatch). In a distributed setting, each event is<br />discovered by a sensor and reported to a robot. In this thesis, novel<br />algorithms are presented, whichh are aimed at overcoming the shortcomings<br />of several existing solutions. Pairwise distance based matching algorithm<br />(PDM) eliminates long edges by pairwise exchanges between matching pairs.<br />Sequence dispatch algorithm (SQD) iteratively finds the closest event-robot<br />pair, includes the event in dispatch schedule of the selected robot and<br />updates its position accordingly. When event-robot distances are multiplied by<br />robot resistance (inverse of the remaining energy), the corresponding energybalanced<br />variants are obtained. Also, generalizations are introduced which<br />handle multiple visits and timing constraints. Distributed algorithm MAD is<br />based on information mesh infrastructure and local auctions within the robot<br />network for obtaining the optimal dispatch schedule for each robot. The<br />simulations conducted confirm the advantages of our algorithms over other<br />existing solutions in terms of average robot-event distance and lifetime.</p>

<p>U doktorskoj disertaciji su prikazani elektronski sistemi razvijeni za<br />obradu signala sa senzora promenjive izlazne impedanse, koji se mogu<br />koristiti za različite vrste senzora. Razvijen je prototip mernog sistema<br />pomoću diskretnih komponenti. Merenja izvedena na ovom prototipu dokazala<br />su da se sa izabranom mernom metodom mogu dobiti zadovoljavajući rezultati<br />merenja. Projektovanjem analognog dela elektronskog sistema u CMOS<br />tehnologiji smanjene su dimenzije i potrošnja elektronskog sistema za obradu<br />signala, a poboljšane su merne karakteristike u odnosu na izvedu u<br />diskretnoj tehnologiji.</p> / <p>In this thesis, an electronic system for signal processing of sensors with variable<br />impedance has been developed. It can be used with different types of sensors. A<br />prototype of electronic system has been developed using discrete components.<br />Measurements made with this prototype have proved that applied measurement<br />method can be used to obtain satisfying measurement results. By designing analog<br />parts of electronic system in CMOS technology, dimensions and power consumption<br />of the electronic system for signal processing and measurement characteristics have<br />been improved, comparing to the prototype developed using discrete components.</p>

<p>U postupku praćenja stanja građevinskih struktura vr&scaron;i se nadzor nad fizičkim (mehaničkim), meteorolo&scaron;kim i hemijskim parametrima. U praksi se za merenje navedenih parametara koristi veliki broj instrumenata-senzora. Na osnovu uvida u aktuelno stanje iz oblasti istraživanja, zatim evidentne potrebe za istraživanjima o potencijalu postojećih i novih instrumenata i senzora za merenje geometrijskih deformacija i ekspanziji kori&scaron;ćenja fiber optičke senzorske tehnologije definisana je oblast istraživanja ove doktorske disertacije. U doktorskoj disertaciji izvr&scaron;eno je teorijsko i eksperimentalno istraživanje postojećih metoda za praćenje geometrijskih deformacija i razvoj sistema baziranog na fiber optičkom senzoru zakrivljenosti (eng. Fiber Optic Curvature Sensor &ndash; FOCS).</p> / <p>In the process of structural health monitoring (SHM) inspection of physical (mechanical), meteorological and chemical parameters is performed. In practice, a large number of instruments-sensors are used to measure these parameters. The field of research of this doctoral dissertation is based on the insight into the current state in the field of research, then the evident need for research on the potential of existing and new instruments and sensors for measuring geometric deformations and the usage expansion of fiber optic sensor technology. In the doctoral dissertation, theoretical and experimental study of the existing methods for monitoring geometric deformations and the development of a fiber optic curvature sensor (FOCS) system is performed.</p>

<p>Funkcionalni materijali na osnovu elektrospinovanih nanovlakana nalaze sve veću primenu u raznim oblastima industrije: biomedicina, farmacija, senzori, filrtacija, ambalaža itd. Elektrospining tehnika je jedna od metoda za dobijanje materijala na osnovu nanovlakana iz polimernih rastvora kori&scaron;ćenjem visokog napona. Kori&scaron;ćenje elekrospining tehnike ima brojne prednosti u odnosu na konvencionalne tehnike, pre svega zbog lakoće inkorporacije aktivne komponente u polimernu matricu, a i specifične morfologije i 3D strukture, jer usled nanometarskih dimenzija, vlakna imaju veliki odnos specifične povr&scaron;ine i zapremine i poroznosti, samim tim veliku kontaktnu povr&scaron;inu sa supstratima, reaktivnim agensima i mikroorganizmima. Zbog proizvodnje materijala na nanonivou, aktivna komponenta se fino dispergije u polimernoj matrici i time se obezbeđuje bolja aktivnost ovih materijala. Za razliku od konvencionalnih filmova, funkcionalni materijali na osnovu elektrospinovanih nanovlakana su aktivni po celoj zapremini. Cilj ove doktorske disertacije bio je optimizicija procesnih parametara elektrospininga i validacija aktivnosti funkcionalnih materijala za različite primene, &scaron;to je postignuto pravilnim odabirom materijala i aktivnih komponenti, optimizacijom sastava materijala, karakterizacijom materijala adekvatnim metodama i validacijom aktivnosti materijala. Razvijeni su materijali za primenu u oblasti kozmetike, ambalaže, filtracije, senzora, stomatologije i provodnih materijala, čija je aktivnost verifikovana u laboratorijskim uslovima (TRL 4).</p> / <p>Functional materials based on electrospun nanofibers are increasingly used in various fields of industry: biomedicine, pharmacy, sensors, filtration, packaging, etc. Electrospining technique is one of the methods for obtaining nanofibers from polymer solutions using high voltage. The use of electrospinning technique has many advantages over conventional techniques, primarily because of the ease of incorporation of the active component into the polymer matrix, as well as the specific morphology and 3D structure, because due to the nanometer dimensions, the fibers have a large ratio of specific surface area to volume and porosity, and thus a high contact surface with substrates, reactive agents, and microorganisms. Due to the production of materials at the nanoscale, the active component is finely dispersed within the polymer matrix, thereby ensuring better activity of these materials. Unlike conventional films, functional materials based on electrospinned nanofibers are active throughout the volume. The aim of this PhD thesis was to optimize the electrospining process parameters and validate the activity of functional materials for various applications, which was achieved by proper selection of materials and active components, optimization of material composition, characterization of materials by appropriate methods and validation of material activity. Materials have been developed for use in the fields of cosmetics, packaging, filtration, sensors, dentistry and conductive materials, the activity of which has been verified under laboratory conditions (TRL 4).</p>

<p>Praćenje promena, odnosno, monitoring terena i objekata je zadatak od<br />izuzetnog značaja, jer omogućava, u prvom redu, pravovremeno<br />reagovanje i time smanjenje materijalne štete i ljudskih žrtava.<br />Primena modernih tehnologija u oblasti senzora i komunikacija<br />obezbeđuje monitoring terena i objekata u realnom vremenu. Prostorno<br />distribuirani senzori &ndash; geosenzorska mreža, prikupljaju podatke, koji<br />se na računarima skladište i analiziraju. Disertacija se bavi<br />modelom geosenzorske mreže, kao opštim rešenjem za monitoring<br />terena i objekata, koje predstavlja polaznu osnovu od koje se može doći<br />do sistema koji zadovoljava postavljene zahteve.</p> / <p>Observing of changes, that is, monitoring of terrain and objects, is very<br />significant task, since it enables timely response and thus decreasing of<br />material damage and human casualties. Usage of modern sensor and<br />communication technologies provides real-time monitoring of terrain and<br />objects. Spatialy distributed sensors, i.e. geosensor network, gather the data<br />which are then stored and analyzed. In this disertation a model of geosensor<br />network is proposed as a generalized solution for monitoring of terrain and<br />objects which can represent a basis in creating a system that can be altered<br />to meet the requirements in certain cases.</p>

<p>Senzori vlažnosti zemljišta su od ključnog značaja za sisteme za navodnjavanje kojima je moguće uvećati prinose u proseku za 79%. U okviru ove disertacije razvijena su dva senzorska rešenja za merenje vlažnosti zemljišta. Prvi senzor je namenjen određivanju vlažnosti uzoraka zemljišta u neporemećenom stanju. Rešenje je nastalo nadogradnjom standardne opreme za uzorkovanje zemljišta. Za pomenuti senzor konstruisana je kalibraciona kriva kojom je moguće odrediti vlažnost zemljišta sa relativnom greškom ne većom od 2.5%. Drugo senzorsko rešenje je fabrikovano u LTCC tehnologiji, malih je dimenzija i namenjeno je primeni na terenu. Glavna prednost ovog senzora je da na njega ne utiče provodnost zemljišta koja je usko povezana sa tipom zemljišta. Predloženi senzor je testiran na dva uzorka zemljišta različitog hemijskog sastava. Rezultati merenja su pokazali da tip zemljišta nema uticaj na odziv senzora. Ostvarena relativna greška u odnosu na pun merni opseg iznosi 5.36%.</p> / <p>Soil moisture sensors are of great importance for the irrigation systems that<br />are able to increase the yiel on avarage of 79%. Within this thesis two sensor<br />solutions have been developed. The first sensor, which is intended for<br />laboratory use, has been designed by upgrading existing sampling<br />equipment. The constructed calibration curve for this type of sensor that can<br />be used for soil mositure determination with relative error not larger than<br />2.5% with respect to full scale output. The second sensor solution is<br />designed to be used in the field. It is fabricated in LTCC technology and it is<br />charaterized by small overall dimensions. The main advantage of this sensor<br />is that it is immune to the soil electrical conductivity which is closely related to<br />the soil type. Proposed sensor is tested on two soil sample of different<br />chemical composition and the results have shown that the type of soil does<br />not influence the sensor response. The relative error with the respect of full<br />scale output was only 5.36 %.</p>

<p>Jedan od doprinosa ove disertacije je realizacija modela prenosivog<br />mernog sistema za karakterizaciju senzora uz mogućnost daljinskog<br />pristupa rezultatima merenja. U LTCC tehnologiji je fabrikovan<br />senzor za merenje pH vrednosti, na bazi TiO2 filma na alumina<br />substratu, koji je karakterisan razvijenim mernim sistemom. Izvršena<br />je i obrada podataka dobijenih prilikom karakterizacije senzora<br />formiranjem polinomske statičke karakteristike i modelovanjem<br />senzora ekvivalentnom električnom mrežom. Predložen je novi<br />neiterativni metod estimacije vrednosti parametara modela koji, u<br />poređenju sa metodom najmanjih kvadrata, omogućava jednostavniju<br />estimaciju uz kraće vreme izvršavanja.</p> / <p>One of the contributions of this research is a model of the portable electronic<br />measurement system for sensors characterization with remote access to the<br />measurement results. In LTCC technology a TiO2-based pH sensor is<br />fabricated on the alumina substrate and it was characterized with developed<br />measurement system. Experimentally obtained data was analyzed with<br />polynomial sensor characteristic as well as equivalent electric circuit (model).<br />A new method for parameter estimation of the used 2R-1C model is<br />presented and comparison with complex nonlinear least squares was<br />performed.</p>

<p>Коришћењем интердигиталног кондензатора и микроконтролера, систем за препознавање течности је имплементиран и испитан. Пермитивност течних узорака је коришћена као физичка особина на основу које се врши препознавање. Инвазивна и неинвазивна конфигурација сензора је израђена и испитана. Резултати указују на могућност развоја компактних, минијатурних уређаја за теренску употребу.</p> / <p>Korišćenjem interdigitalnog kondenzatora i mikrokontrolera, sistem za prepoznavanje tečnosti je implementiran i ispitan. Permitivnost tečnih uzoraka je korišćena kao fizička osobina na osnovu koje se vrši prepoznavanje. Invazivna i neinvazivna konfiguracija senzora je izrađena i ispitana. Rezultati ukazuju na mogućnost razvoja kompaktnih, minijaturnih uređaja za terensku upotrebu.</p> / <p>By using interdigital capacitor and a microcontroller, a system for liquid-type<br />recognition has been developed and examined. Permittivity of liquid samples<br />has been used as a physical property for recognition. Invasive and noninvasive<br />sensor configuration has been implemented and examined. Results<br />imply the possibility to develop compact, miniature, on-field devices.</p>