Vývoj a aplikácia pevnolátkových laserov (SSR) za posledné desaťročie s dôrazom na ich široké využitie v oblastiach ako spracovanie kovov, lekárske aplikácie a optické prenosové systémy. Načrtáva základné zložky SSR a dôležitosť dosiahnutia rovnováhy medzi ziskami a stratami v laserovom rezonátore pre efektívnu výrobu. Koncept Qswitchingu je predstavený, zdôrazňujúc jeho úlohu pri zvyšovaní výkonu lasera moduláciou Q-faktora rezonátora. Aktívne a Porovnávajú sa metódy pasívnych Q-prepínačov so zameraním na výhody pasívnych Q-prepínačov na generovanie výkonných subnanosekúnd impulzov v kompaktných laserových systémoch. Výzvy spojené s hľadaním vhodných pasívnych Q-spínacích materiálov, najmä na dlhodobé použitie, čo vedie k návrhu nového prístupu s použitím kompozitnej štruktúry polyméru matrica s Cr4+:YAG nanopráškami. Táto iniciatíva, ktorú uskutočnilo konzorcium ALTER-Q pozostávajúce z európskych akademikov inštitúcie, výskumné organizácie a malé a stredné podniky, má za cieľ riešiť súčasné obmedzenia a pripraviť cestu pre nákladovo efektívne alternatívy v Q-spínanej laserovej technológii.

Technologický význam monokryštálov ytrito hlinitého granátu (YAG), ako aktívneho tuholátkového laserového média sa skúmal už od dávna. Vďaka malému kvantovému defektu medzi budiacimi fotónmi a fotónmi laserovej radiácie, širokým absorpčným pásom a dlhej životnosti fluorescencie je YAG dopovaný Yb3+ jedným z najefektívnejších vysokovýkonných laserových materiálov, navyše silne dopované YAG Yb3+ kryštály sú veľmi sľubné na výrobu mikročipových a tenkých diskových laserov. Ak však koncentrácia Yb3+ v YAG dosiahne hodnoty vyššie ako 12 %, účinnosť lasera značne klesne. To obmedzuje charakteristiku laserov, najmä tých, ktoré vyžadujú vysoké koncentrácie aktívnych iónov, ako sú mikročipové a tenkodiskové lasery. Zníženie účinnosti lasera môže byť spôsobené fenoménom prenosu náboja (CT). Procesy CT ovplyvňujú vlastnosti materiálov Yb3+:YAG alebo dokonca otvárajú nové možnosti aplikácií. Proces CT by mohol iniciovať tvorbu dvojmocného yterbia v kryštáloch YAG, ktoré zvyšujú nelineárne procesy zhášania so zvýšenou tvorbou tepla. Nelineárny proces zhášania stanovuje limit pre maximálnu koncentráciu Yb-dopingu v Yb:YAG monokryštáloch na približne 12 %. Ďalšou možnosťou materiálov Yb3+:YAG je detekcia nízkoenergetických neutrín na základe rýchlej CT luminiscencie vo viditeľnej a UV oblasti. Preto je CT dôležitá v aplikáciách a bola študovaná už predtým. Luminiscencia prenosu náboja je úzko spojená so stavmi elektrónových pascí v kryštáloch. Keď elektrón prechádza cez vodivé pásy a môže byť zachytený. Termoluminiscencia (TL) je zároveň výkonnou metódou na skúmanie pascí v tuholátkových materiáloch vrátane monokryštálov. To je dôvod, prečo bol TL vybraný na skúmanie a pochopenie vzťahu medzi pascami a efektmi prenosu náboja. Tento projekt sa zameria na UV-excitované merania luminiscencie prenosu náboja vyskytujúce sa v monokryštáli Yb:YAG.

Dosiahnuté úspechy

V roku 2024 bola cenou Slovenského literárneho fondu ocenená unikátna publikácia, Ytrito-hlinitý granát YAG. Materiály na jeho základe, výrobné technológie a vlastnosti takýchto materiálov, vydaná Žilinskou univerzitou. Kniha, prvá svojho druhu na Slovensku, sumarizovala výsledky dlhodobého výskumu, realizovaného v spolupráci ÚKaI a spoločnosti AT Crystals, v oblasti výskumu a výroby veľkorozmerných ytrito-hlinitých granátov (YAG) s využitím metódy horizontálne usmernenej kryštalizácie pre aplikácie v laserovom priemysle.

Keramické materiály s eutektickými mikroštruktúrami majú značný technologický a komerčný potenciál vďaka svojim vynikajúcicm vysokteplotným vlastnostiam, a podľa najnovších výskumov aj ako opticky aktívne materiály aplikovateľné vo fotonických aplikáciách a v energeticky úsporných osvetľovacích zdrojoch. V drvivej väčšine prípadov sa takéto materiály pripravujú riadenou solidifikáciou tavenín, čo vyžaduje drahé a technologicky vysoko náročné experimentálne vybavenie a vysoké energetické náklady. Naše predbežné výsledky nazančujú, že pre prípravu takýchto materiálov je možné použiť aj alternatívny postup, t.j. riadenú kryštalizáciu sklených frít požadovaného zloženia spojenú s ich simultánnym spekaním pri zvýšenom tlaku (napr. žiarovým lisovaním, alebo SPS). Predložený projekt je zameraný na prípravu takýchto materiálov v systémoch RE2O3-Al2O2-(ZrO2), kde RE = Y, Yb, La, prípadne dopovaných opticky aktívnymi prvkami vzácnych zemín (Er, Eu, Ce). Cieľom projektu je príprava takýchto materiálov s výnimočnými vysokoteplotnými mechanickými vlastnosťami, prípadne intenzívnou luminiscenciou v širokej oblasti spektra, a identifikácia vzťahov medzi podmienkami prípravy, chemickým zložením, mikroštruktúrou a vlastnosťami pripravených materiálov. Verifikuje sa tiež možnosť zlepšiť mechanické vlastnosti týchto materiálov riadenou kryštalizáciou submikrónových zŕn ZrO2 a z nej vyplývajúceho transformačného zhúževnatenia. Tieto výsledky sa kriticky zhodnotia aj v porovnaní s materiálmi pripravenými solidifikáciou tavenín.

Tento projekt sa zameriava na prípravu usmernene solidifikovanej Ce dopovanej eutektickej keramiky YAG (Y3Al5O12)/Al2O3 na použitie v
senzoroch a fosforoch, získanú metódou horizontálnej riadenej kryštalizácie.
Projekt zahŕňa návrh a konštrukciu tepelnej jednotky na pestovanie smerovo
solidifikovanej eutektickej keramiky. Suroviny budú pripravené a
syntetizované s následným roztavením a riadeným tuhnutím na ingot
pomocou techniky horizontálnej riadenej kryštalizácie. Vzorky extrahované z
pestovaných ingotov sa podrobia dôkladnému skúmaniu, aby sa pozorovali
kryštalografické textúry a vyhodnotil sa vplyv zárodkov a podmienok rastu na
ne.

Integrované vyučovanie metód umelej inteligencie na Žilinskej univerzite Zodpovedný riešiteľ: doc. Ing. Michal Gregor, PhD.  Doba riešenia: 2021 – 2023

Slovenský kolaboratívny otvorený výskumný a vzdelávací ekosystém pre umelú inteligenciu Zodpovedný riešiteľ: doc. Ing. Michal Gregor, PhD.  Doba riešenia: 2024 – 2026

Návrh systému riadenia autonómnych mobilných robotických systémov (MRS) a autonómnych mobilných automatizovaných platforiem (MAP) na báze multiagentného systému riadenia (MAS) s využitím princípov kolektívnej robotiky.

Návrh nového navigačného systému, využívajúceho časopriestorové plánovanie pohybu MRS, zahrňujúceho model pracovného prostredia, algoritmus hľadania a optimálnych dopravných trás s kinetickodynamickým plánovaním, algoritmus  pre koordináciu dynamických prekážok, priestorovou a časovou koordináciou dynamických entít. Návrh konceptu inteligentného výrobku so schopnosťou komunikácie so svojím okolím.

Inovatívne riešenia pohonných, energetických a bezpečnostných komponentov dopravných prostriedkov

Adaptácia  technológií 21. storočia pre  nekonvenčné nízko emisné dopravné prostriedky na báze kompozitných materiálov

Hlavným cieľom projektu bol vývoj a stavba prototypu malého terénneho vozidla s využitím nekonvenčných materiálov, komponentov s elektrickým pohonom, s vysokou priechodnosťou a stúpavosťou pre ťažko dostupné terény. Naplnenie hlavného  cieľa bolo podmienené splnením čiastkových cieľov. 1. Vývoj modulárnej architektúry systému vozidla 2. Vývoj podvozkového modulu s elektrickou a mechanickou časťou pohonu vrátane zdroja energie. 3. Vývoj nekonvenčného priestoru pre posádku a náklad. 4. Vývoj prototypu mechanicky nezávislého systému riadenia smeru vozidla.

Experimentálne merania výkonnosti valivých ložísk a ich komponentov podľa normy  EN 12082+A1 na skúšobných zariadeniach TBRB 01 a STVG-02.

Experimentálne merania výkonnosti valivých ložísk a ich komponentov podľa normy  EN 12082+A1 na skúšobných zariadeniach TBRB 01 a STVG-02 Inovačná poukážka – ÚKaI riešil výskum a vývoj technológie pre výrobu aktívnych častí chirurgických skalpelov na báze materiálov monokryštálu zafíru pre spoločnosť AT Crystals.