הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן

14 בדצמבר 2020, 15:00

ZOOM

סמינר בהנדסת חשמל: EE Seminar: Recovering tree models via spectral graph theory

Zoom link: https://us02web.zoom.us/j/87537900653?pwd=RXcrb2N3MnMvek4vZ2VjRis4ei81dz09

Meeting ID: 875 3790 0653
Passcode: TAUEESYS

Speaker: Dr. Ariel Jaffe

Applied Mathematics, Yale University

Monday, December 14^th, 2020, at 15:00

Recovering tree models via spectral graph theory

Abstract

Modeling high dimensional data by latent tree graphical models is a common approach in multiple machine learning applications. In these models, the key task is to infer the structure of the tree, given only observations on its leaves. A canonical example of this setting is the tree of life, where the evolutionary history of a set of organisms is inferred by their nucleotide or protein sequences.
In this talk, we will show that the tree structure is strongly related to the spectral properties of a fully connected graph, defined over the terminal nodes of the tree. This relation forms the theoretical basis of two new methods to recover latent tree models: (i) spectral neighbor joining, where subsets of nodes are iteratively merged to form the full tree, and (ii) spectral top down recovery, where the terminal nodes are iteratively partitioned into smaller subsets. Comparing our approach to several competing methods, we show that in many settings, spectral methods have stronger theoretical guarantees and work better in practice.
Short Bio

Ariel Jaffe is a Gibbs assistant professor in the program of applied mathematics, Yale University.
Previously, he completed his Ph.D. in the Weizmann Institute of Science under the guidance of Prof. Boaz Nadler. His research interests include statistical machine learning and high dimensional data analysis, with a focus on applications in the fields of computational biology and signal processing.‏

השתתפות בסמינר תיתן קרדיט שמיעה = עפ"י רישום שם מלא + מספר ת.ז. בצ'אט

EE Seminar: Distributed Interactive Proofs for Decision Tasks הנדסת חשמל

08 בדצמבר 2020, 15:00

ZOOM

Zoom link: https://us02web.zoom.us/j/81297775131?pwd=b0dNZGpNaEJDbW5SQ1NyWjVSaWFiZz09
Meeting ID: 812 9777 5131

Passcode: TAUEESYS

Speaker: Dr. Ami Paz

CS, University Of Vienna

Tuesday, December 8^th, 2020, at 15:00

Distributed Interactive Proofs for Decision Tasks

Abstract

One of the key concepts in complexity theory is decision tasks, where the goal is to decide if some predicate holds on the input. In *distributed* decision tasks, we are given a network of processing units, and wish to have the network decide a predicate on its own structure. Some predicates of interest are being bipartite, having diameter at most k or at least k, or containing a triangle.

In this talk, we will discuss labeling mechanisms that allow a network to decide such predicates fast, and with low communication. On the theoretical side, these can be seen as distributed nondeterministic decision mechanisms, and on the more practical side, as mechanisms for self stabilization. We will survey some techniques for exact and approximate decision, and discuss a recent concept of distributed interactive proofs.

Based on joint works with Keren Censor-Hillel, Pierluigi Crescenzi, Laurent Feuilloley, Pierre Fraigniaud, François Le Gall, Harumichi Nishimura and Mor Perry.

Short Bio

Ami Paz is a researcher in distributed computing. He is currently a post-doc at the University of Vienna, and before that he was a post-doc at IRIF, Paris. He obtained his PhD from the Technion in 2017, titled Distributed Distance Computation and Related Topics.

השתתפות בסמינר תיתן קרדיט שמיעה = עפ"י רישום שם מלא + מספר ת.ז. בצ'אט

EE Seminar: Deep into 3DV: Pushing the Boundaries of 3D Vision

07 בדצמבר 2020, 15:00

ZOOM

Zoom link: https://us02web.zoom.us/j/82241257771?pwd=R2paU3puSEljOTRXeFZyeFk1OTZ5dz09

Meeting ID: 822 4125 7771
Passcode: TAUEESYS

Speaker: Dr. Hadar Averbuch-Elor

Cornell-Tech

Monday, December 7^th, 2020, at 15:00

Deep into 3DV: Pushing the Boundaries of 3D Vision

Abstract

3D computer vision has significantly advanced over the past several decades, with modern algorithms successfully reconstructing entire urban cities. However, many questions remain unexplored, as geometric reasoning alone cannot fully infer the connections among images capturing different parts of the scene or semantic relationships between images captured at distant geographic locations.

In this talk, I will present an ongoing line of research that leverages powerful deep networks to address new and exciting problems in 3D vision. Considering a single 3D scene, we ask: Can we estimate the relative camera rotation between a pair of images in an extreme setting, where the images have little to no overlap? We address this seemingly impossible task by designing a neural network that can implicitly reason about hidden cues, such as vanishing points and direction of shadows. Expanding beyond a single scene, we jointly analyze dozens of 3D-augmented collections and connect them to a new domain: language. We demonstrate how a joint learned model that considers language, images, and 3D geometry can reason about the rich semantics associated with complex architectural landmarks. Finally, I will discuss several future directions.

Short Bio

Hadar Averbuch-Elor is a postdoctoral researcher at Cornell-Tech working with Prof. Noah Snavely. Her research interests lie in the intersection of computer graphics and computer vision. Currently, her research focuses on understanding and manipulating visual concepts by combining pixels with more structured modalities, including natural language and 3D geometry. She completed her PhD in Electrical Engineering at Tel-Aviv University in Israel where she was advised by Prof. Daniel Cohen-Or. She also held research positions at Facebook and Amazon AI. Hadar has received several awards including the Zuckerman Postdoctoral Scholar Fellowship and the Tel Aviv University President Award for Women.‏

השתתפות בסמינר תיתן קרדיט שמיעה = עפ"י רישום שם מלא + מספר ת.ז. בצ'אט

סמינר המחלקה הנדסה ביו רפואית

02 במאי 2021, 14:00

zoom

ללא עלות

The mechanobiology of pressure ulcers/injuries- המיכנוביולוגיה של פציעה\נגע

prof. Amit Gefen

ZOOM:

~~https://us02web.zoom.us/j/83306241179?pwd=R0pVVU1JTVQyd3FRR3gxNzFRcU5sQT09

סמינר המחלקה להנדסה ביו רפואית

27 בדצמבר 2020, 14:00

zoom

ללא עלות

Biomechanics of Infant Feeding

David Elad, D.Sc.
Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering,
Tel Aviv University, Israel

How do infants extract milk during breastfeeding? Whether it is sucking of the milk by sub-atmospheric pressure or mouthing of the nipple/areola to induce a peristaltic-like extraction mechanism has been a century long scientific controversy. Regardless the specific mechanism, tongue motility is an essential physiological component of human feeding in infants as well in adults. Breastfeeding is a dynamic process, which requires coupling between periodic motions of the infant's jaws, rhythmic pulsation of the tongue, and the breast milk ejection reflex. We developed a quantitative imaging analysis of ultrasound video clips acquired during infant feeding in order to explore the tongue dynamic characteristics. We demonstrated the differences in tongue kinematics during breast- and bottle-feeding, pre- and post-frenotomy in tongue-tie infants and in infant with dysphagia. We also developed a three-dimensional biophysical model of the breast and lactiferous tubes that enabled mimicking the dynamic characteristics of the tongue and nipple observed in ultrasound imaging during breastfeeding. Recently, we also employed a wavelet analysis to amplify the signals internal content in cases of pathological feeding. The methodology was also applied in adults during swallowing a water bolus and revealed highly conserved patterns of tongue kinematics in infants and adults that can be used to differentiate between swallowing pathologies.

zoom : ~~https://us02web.zoom.us/j/83306241179?pwd=R0pVVU1JTVQyd3FRR3gxNzFRcU5sQT09

ביומכניקה של האכלת תינוקות

ד"ר דוד אלעד.
המחלקה להנדסה ביו-רפואית, הפקולטה להנדסה,
אוניברסיטת תל אביב, ישראל

איך תינוקות מפיקים חלב בזמן ההנקה? בין אם זה יניקת חלב על ידי לחץ תת-אטמוספרי או פיה של הפטמה / ארולה כדי לגרום למנגנון מיצוי דמוי פריסטלטיקה הייתה מחלוקת מדעית בת מאה שנים. ללא קשר למנגנון הספציפי, תנועתיות הלשון היא מרכיב פיזיולוגי חיוני בהאכלה של בני אדם גם אצל תינוקות. הנקה היא תהליך דינמי, המחייב צימוד בין תנועות תקופתיות של לסתות התינוק, פעימה קצבית של הלשון ורפלקס פליטת חלב אם. פיתחנו ניתוח הדמיה כמותי של קטעי וידיאו אולטרסאונד שנרכשו במהלך האכלת תינוקות על מנת לחקור את המאפיינים הדינמיים של הלשון. הדגמנו את ההבדלים בקינמטיקה של הלשון במהלך הנקה ובקבוק, לפני ואחרי פרנוטומיה בתינוקות קשירת לשון ובתינוק עם דיספאגיה. כמו כן פיתחנו מודל ביופיזי תלת מימדי של השד וצינורות הלקטירוס שאיפשר לחקות את המאפיינים הדינמיים של הלשון והפטמה שנצפו בהדמיית אולטרסאונד במהלך ההנקה. לאחרונה, השתמשנו גם בניתוח גלי כדי להגביר את התוכן הפנימי של האותות במקרים של הזנה פתולוגית. המתודולוגיה יושמה גם אצל מבוגרים במהלך בליעת בולוס מים וחשפה דפוסים שמורים ביותר של קינמטיקה בלשון אצל תינוקות ומבוגרים שניתן להשתמש בהם כדי להבדיל בין פתולוגיות בליעה.

זום: ~~https://us02web.zoom.us/j/83306241179?pwd=R0pVVU1JTVQyd3FRR3gxNzFRcU5sQT09

סמינר: "שיפור מספר המצב בשיטות מוטבעות המבוססות על טכניקת ניטשה"

עם שני עמאר - סטודנטית לתואר שני

03 במרץ 2021, 14:00 - 15:00

הסמינר יתקיים בזום

הנכם מוזמנים לסמינר של שני עמאר - סטודנטית לתואר שני - "שיפור מספר המצב בשיטות מוטבעות המבוססות על טכניקת ניטשה"

"ZOOM" SEMINAR
SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING SEMINAR
Wednesday, March 3, 2021 at 14:00
Improved conditioning for non-conforming discretizations based on Nitsche's method
Shani Gabay
MSc Under the supervision of Prof. Isaac Harari

Embedded methods are used to analyze complex problems involving complicated and evolving geometries, multi-phase flow interfaces, fluid–structure interaction and contact. The use of embedded methods gives rise to ill-conditioning in the presence of small "cut" elements. Thus, lead to convergence difficulties. Nitsche's formulation is a stabilized approach for enforcing surface constraints weakly and exhibits robust performance compared to other classical embedded approaches. Our goal is to improve the conditioning of Nitsche's method.
In previous work, Nitsche’s stabilization parameter was considered to be a significant source of ill-conditioning. Modifying Nitsche's formulation for interface problems by weighting averages of interface flux precludes very large values of the parameter in the presence of small domains or large contrasts in coefficients [1,2], although the ultimate effect on conditioning was not examined. Our studies show that this approach by itself fails to alleviate severe ill conditioning. Similar ideas for enforcing boundary conditions are not available.
Recent work [3] outlines two causes for ill-conditioning resulting from small cut elements: basis functions being small and higher-order shape functions becoming nearly linearly dependent. We claim these are in addition to the cause of small integration domain and high values of the stabilization parameter, as already mentioned. Our numerical studies show the degradation to be confined to the relatively small sub-matrices associated with the cut elements. Based on this finding, we propose an algebric elimination of the associated dof's, by the technique known as "static condensation", to overcome the ill-conditioning of the system. This simple and low-cost procedure has been tested and proved to be effective for all the examples of boundary and interface conditions presented in this work.
[1] Annavarapu, Chandrasekhar, Martin Hautefeuille, and John E. Dolbow. "A robust Nitsche’s formulation for interface problems." Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 225 (2012): 44-54.
[2] Jiang, Wen, Chandrasekhar Annavarapu, John E. Dolbow, and Isaac Harari. "A robust Nitsche's formulation for interface problems with spline‐based finite elements." International Journal for Numerical Methods in Engineering 104, no. 7 (2015): 676-696.
[3] de Prenter, Frits, et al. "Condition number analysis and preconditioning of the finite cell method." Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 316 (2017): 297-327.
Zoom Meeting
https://zoom.us/j/96584758181?pwd=WC9PMXdsYzJ3NFdEN2Q5ZUtOZEVjdz09

02 דצמבר 2020

דרוש/ה מהנדס/ת מעבדות הוראה לקורסי מחקר ופיתוח

ידיעות נוספות בנושא

02 דצמבר 2020

דרוש/ה מהנדס/ת לפרוייקטי מחקר לימודיים בתחום המידע הרפואי

ידיעות נוספות בנושא

תגיות:

החוקרים.ות שמאחורי המחקר

פרופ' יאיר שוקף

ד"ר לאה ביילקין

מאמרם של ד"ר לאה ביילקין-סירוטה ופרופ' יאיר שוקף מבית הספר להנדסה מכנית בשיתוף עם ד"ר רוני אילן וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters

שינוי נקודת מבט יכול לחולל פלאים. זה נכון במיוחד כאשר מדובר בהבנת תכונות של חומרים באמצעות טופולוגיה, "רעיונות המחוללים מהפכה בפיזיקה של חומר מעובה", לדבריה של ד"ר רוני אילן מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. טופולגיה והשפעתה על תכונות פיזיקליות של חומר הוא תחום מחקר, אשר צבר תאוצה בפיזיקה של חומר מעובה. לאחרונה רעיונות אלו התפשטו לתחומים נוספים, כולל אופטיקה ופוטוניקה, כמו גם אקוסטיקה ומערכות מכניות אחרות, בהן קיימות עוד מורכבויות.

גלים במערכות מכניות יכולים לספק תובנות לגבי הפעולה של מערכות קוונטיות, כולל תופעות טופולוגיות. אולם, בנסיון לממש חלק מתופעות אלו חוקרים נתקלו במחסום בדמות החוק השלישי של ניוטון, אשר קובע שכל פעולה חייבת לגרור תגובה נגדית שווה בגודלה ומנוגדת בכיוונה. קיימות תופעות קוונטיות שיישום שלהן באנלוגיה מכנית דורש שבירה של ההופכיות הזו. כעת, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מצאו דרך ליישם התנהגות לא ניוטונית במערכות מכניות, ובכך לפתח אנלוג מכני לתופעות טופולוגיות קוונטיות מורכבות. הישג זה עשוי לספק תובנות חדשניות גם לגבי מערכות מכניות וגם לגבי מערכות קוונטיות, אשר הטופולוגיה מכתיבה את התנהגותן.

צוות החוקרים שילב מומחיות ממספר תחומים שונים – המומחיות של ד"ר רוני אילן בתיאוריה של מצב מוצק, של פרופ' יאיר שוקף – מבית הספר להנדסה מכנית - בחומר מעובה רך, של ד"ר יואב לחיני - מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה - בפוטוניקה טופולוגית ומערכות מורכבות, ולבסוף, החוליה החסרה שאיחדה הכל, הרקע של ד"ר לאה ביילקין-סירוטה - מבית הספר להנדסה מכנית - בתורת הבקרה. "איכשהו כולנו התכנסנו כשלאה הגיעה, והתחלנו לדבר על הדברים האלה", אומר לחיני.

שבירת סימטריות

הקשיים המופיעים כשמנסים לתכנן אנלוגיות מכניות למערכות קוונטיות קשורים לשבירת סימטריה. במערכות ששוברות סימטריה מרחבית, הדבר יכול לבוא לידי ביטוי בכך שכוחות האינטראקציה בין רכיבי המערכת הם שונים עבור כיוונים שונים, בדומה למה שקורה למשל באפקט הול הקוונטי. יישום תופעות כאלה במערכות מכניות הוא די טבעי, מכיוון שכדי לשבור סימטריה מרחבית אפשר פשוט לשחק עם הגיאומטריה. אבל שבירת סימטריה בזמן, הדרושה למימוש תופעות טופולוגיות מסוימות, מתבררת כסיפור הרבה יותר מורכב.

ברמה המיקרוסקופית, מכניקה היא הפיכה בזמן - אם נצלם שני חלקיקים שנעים זה לקראת זה ומתנגשים, ואז נריץ את הסרט אחורה, עדיין נקבל התנהגות שנראית הגיונית מבחינה פיזיקלית של שני חלקיקים שנעים זה לקראת זה ומתנגשים. אולם, התופעות הקוונטיות שמופיעות למשל כתוצאה מאינטראקציה עם שדה מגנטי, שוברות את הסימטריה הזו. עכשיו, אם נריץ את הסרט אחורה, נקבל משהו שמתאר דינמיקה אשר אינה סימטרית להיפוך בזמן. תרגום של תופעות כאלה למערכת מכנית דורש חוסר הופכיות, שמשמעה שכבר אין תגובה שווה לכל פעולה, וזה משהו שמערכות מכניות פשוט לא עושות באופן טבעי.

"אנשים עקפו את המחסום הזה בדרכים מורכבות, כמו למשל על ידי ייצור זרימות סיבוביות, שילוב סביבונים מסתובבים, או מורכבויות אחרות שבסופו של דבר מדמות ספינים במערכות קוונטיות", מסביר שוקף. הבעיה היא שהוספת סביבונים או כל דבר מסתובב אחר למשהו שאין בו סיבוב במערכת הקוונטית מוסיפה דרגות חופש שלא קיימות במערכת אותה אנו רוצים לדמות. כך שלמרות שמבחינות מסוימות המערכת מגיבה כמו המערכת הקוונטית הלא הופכית, קשה להימנע מתופעות לוואי לא רצויות הנובעות מדרגות החופש הנוספות האלה. כאן, למומחיות של ד"ר ביילקין-סירוטה בתורת הבקרה היתה יתרון עצום.

אינטראקציות וירטואליות

כפי שד"ר ביילקין-סירוטה מסבירה, תורת הבקרה הוא תחום בהנדסה מכנית, שמשתמש בכלים מתמטים בשביל לתכנן אלגוריתמים שייצרו התנהגות דינמית של מערכות בתגובה לעירור חיצוני. תורת הבקרה מאפשרת לממש התערבויות שקיימות לדוגמא במכוניות חכמות או אוטונומיות. באופן מסורתי כאשר מכוניות מתנגשות, הפגושים של המכוניות סופגים את המכה באופן סימטרי, אולם במכונית חכמה, מצלמה אומדת את המרחק למכונית שלפנינו ומתערבת על ידי הפעלת הבלמים כשאנחנו קרובים מדי. כמו שפרופ' שוקף מסביר, זו כבר דוגמא לאינטראקציה לא הדדית בגלל שאין כאן תגובה שווה והפוכה של המכונית שלפנינו, כפי שהיה קורה אילו הפגוש היה עוצר אותנו. החוקרים הצליחו ליישם עקרונות דומים מתורת הבקרה כדי לתכנן מטא-חומר מכני אקטיבי עם אינטראקציות לא הדדיות בין רכיביו.

כדי לממש עקרונות אלו, ד"ר ביילקין-סירוטה וצוות המחקר תכננו מטא-חומר מכני המורכב ממערך מחזורי של משקולות מחוברות הנעות רק למעלה ולמטה, כך שיש רק דרגת חופש אחת לכל משקולת. אולם, במקום שהדינמיקה של המערכת תיקבע על ידי חוקי התנועה של ניוטון, היא נקבעת על ידי בקר הממוקם מעל לכל משקולת. הבקר מודד את המיקום של המשקולות השכנות, מחשב כיצד המשקולת הזו היתה מגיבה אילו היתה ביניהן אינטראקצייה לא הדדית, ואז מפעיל את המשוב החוזר הדרוש בשביל לייצר את התגובה הזו באופן מכני. "החלפנו את האינטראקציות הטבעיות של קפיצים בין המשקולות עם אינטראקציות וירטואליות אם תרצו", אומר ד"ר לחיני, ״ובכך יצרנו תווך אקטיבי לא רגיל המשפיע על גלים מכנים במערכת".

סימולציות שהחוקרים ביצעו של מטא-חומר עם בקרה אקטיבית הראו שניתן לדמות באמצעותו את מודל הלדיין, שמתאר את אפקט הול הקוונטי בהיעדר שדה מגנטי, מודל שהיה בלתי אפשרי לממש באמצעות רכיבים מכנים פסיבים. בנוסף, הדבר נעשה "ללא חלקים מסתובבים" כמו שד"ר ביילקין-סירוטה מדגישה, ומוסיפה: "ניתן לממש ככה תופעות טופולוגיות שונות על אותה הפלטפורמה". ואכן, החוקרים הצליחו לממש כמה מודלים קוונטיים שונים עם אתה חומרה, רק באמצעות שינוי של אלגוריתם הבקרה.

בתמונה: תרשים של הפעולה

אמנם היו כבר הצלחות במימוש מטא-חומרים אקטיבים במימד אחד, אבל העבודה הנוכחית פורצת דרך במימוש של מטא-חומרים דו-ממדיים עם בקרה אקטיבית. כעת ד"ר ביילקין-סירוטה עובדת על מימוש של מטא-חומר כזה באמצעות גלים אקוסטים, אשר קל יותר לשלוט עליהם, והם עשויים לספק תובנות אינטואיטיביות לגבי מכניקת הקוונטים. במקרה זה, גל קול נע בתווך שבין שני לוחות מקבילים, עליהם ממוקמים מיקרופונים, בקרים ורמקולים, אשר יחד מייצרים אינטראקציות לא הדדיות. למערכת יכולות יישומיות, כמו בידוד אקוסטי או הסתרה אקוסטית. אבל החוקרים מקווים כי האנלוגיה המכנית שלהם תתרום להבנה של מצבים טופולוגיים באופן כללי. "אם דברים מתמפים בדיוק אחד לאחר, זה לא מעניין", אומר פרופ' שוקף. "ברגע שהמיפוי לא מושלם, תופעות חדשות ומענינות מופיעות". ד"ר לחיני מוסיף כי "המערכת המכנית יכולה לשלב באופן נשלט רכיבים רבים שקשה או בלתי אפשרי להשיג אותם במצב מוצק – אינטראקציות, אי-לניאריות, פוטנציאלים דינמים, תנאי שפה שונים, ועוד. מערכות כאלו יאפשרו לנו ללמוד איך טופולוגיה מיתרגמת למצבים חדשים, ולהעמיק את ההבנה של תופעות טופולוגיות".

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון