Mikro- i nanoroboty - Sylabus AGH

Mikro- i nanoroboty

Karta opisu przedmiotu

Informacje podstawowe

Kierunek studiów: Przedmioty innowacyjne
Specjalność: Wszystkie
Jednostka organizacyjna: Uczelniana Baza Przedmiotów Obieralnych
Poziom kształcenia: Uczelniana baza przedmiotów obieralnych
Forma studiów: Stacjonarne
Profil studiów: Ogólnoakademicki

Cykl dydaktyczny: 2024/2025
Kod przedmiotu: UBPOPIS.A200000.12905.24
Języki wykładowe: polski
Obligatoryjność: Do wyboru
Blok zajęciowy: Przedmioty ogólne
Przedmiot powiązany z badaniami naukowymi: Tak

Koordynator przedmiotu

Aleksandra Szkudlarek

Prowadzący zajęcia

Aleksandra Szkudlarek

Okres

Semestr letni

Forma zaliczenia

Zaliczenie

Forma prowadzenia i godziny zajęć

Wykład: 15
Ćwiczenia audytoryjne: 15

Liczba punktów ECTS

Cele kształcenia dla przedmiotu

C1	Przekazanie studentom wiedzy z zakresu historii rozwoju mikro i nanorobotyki oraz tego typu układów istniejących w przyrodzie.
C2	Zapoznanie studentów z technologiami wytwarzania nanostruktur i nanoukładów.
C3	Przeprowadzenie dyskusji dotyczącej właściwości materiałów funkcjonalnych wykorzystywanych przy konstruowaniu nano- i mikroukładów.
C4	Analiza możliwości aplikacyjnych nanoukładów w obszarach takich jak: medycyna, energetyka oraz inżynieria środowiska.
C5	Dostarczenie studentom zrozumienia mechanizmów i zjawisk związanych z kolektywnym ruchem nanoukładów.

Efekty uczenia się dla przedmiotu

Kod	Efekty w zakresie	Kierunkowe efekty uczenia się	Metody weryfikacji
Wiedzy – Student zna i rozumie:
W1	podstawowe technologie służące do wytwarzania i metody charakterystyki materiałów w nanoskali		Wykonanie ćwiczeń, Prezentacja
W2	właściwości funkcjonalne materiałów, z których zbudowane są komponenty nanoukładów		Wykonanie ćwiczeń, Prezentacja
W3	mechanizmy działania nanorobotów oraz obszary ich zastosowań		Wykonanie ćwiczeń, Prezentacja
Umiejętności – Student potrafi:
U1	organizować otrzymane treści w formie mapy myśli		Wykonanie ćwiczeń
U2	projektować proste nanouklady, z określeniem metod służących ich wytwarzania i opracowywać plany badawcze dotyczące charakterystyki właściwości fizykochemicznych i funkcjonalnych		Wykonanie ćwiczeń
U3	wskazać obszary w których mikrorobotyka i nanorobotyka się rozwija wraz z przykładami konkretnych zastosowań		Wykonanie ćwiczeń, Studium przypadków
Kompetencji społecznych – Student jest gotów do:
K1	aktywnej pracy w zespole zgodnie z metodologią Design Thinking		Udział w dyskusji, Zaangażowanie w pracę zespołu
K2	porzedstawiania opinii i argumentów, przeprowadzania dyskusji w grupie zgodnie z formułą debaty oksfordzkiej		Udział w dyskusji, Zaangażowanie w pracę zespołu

Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

W trakcie trwania zajęć zostaną omówione następujące zagadnienia: 1. Istniejące mikroukłady w przyrodzie oraz historia mikro i nanorobotyki 2. Podstawowe metody służące do wytwarzania mikro i nanostruktur (wytwarzanie nanocząstek oraz cienkich warstw technikami ALD, CVD i PVD otrzymywanie trójwymiarowych nanostruktur za pomocą litografii optycznej/elektronowej/jonowej) 3. Właściwości funkcjonalne materiałów wykorzystywane do zasilania i sterowania nanoukładami (magnetyczne, fotokatalityczne, optyczne) 4. Zastosowanie mikro i nanourządzeń w energetyce, inżynierii środowiska, biotechnologii i medycynie. 5. Aktywna materia, kolektywny ruch mikro i nanoukładów.

Nakład pracy studenta

Rodzaje zajęć studenta	Średnia liczba godzin* przeznaczonych na zrealizowane aktywności
Wykład	15
Ćwiczenia audytoryjne	15
Przygotowanie do zajęć	30
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć	30

Łączny nakład pracy studenta	Liczba godzin 90
Liczba godzin kontaktowych	Liczba godzin 30

* godzina (lekcyjna) oznacza 45 minut

Treści programowe

Lp.	Treści programowe	Efekty uczenia się dla przedmiotu	Formy prowadzenia zajęć
1.	Wykład złożony jest z następujących modułów: Mikro i nanourządzenia istniejące w przyodzie oraz historia mikro i nanorobotyki. Technologie wytwarzania materiałów w nanoskali Analiza właściwości funkcjonalnych komponentów z których zbudowane są mikro i nano-roboty (magnetycznych, fotokatalitycznych, optycznych, etc.) Projektowanie nanoukładów Zastosowania mikro i nanomotorów w obszarach takich jak enegetyka, inżynieria środowiska, medycyna i biotechnologia.	W1, W2, W3	Wykład
2.	Ćwiczenia audytoryjne obejmują: 1. Tworzenie map myśli obejmujących zaganienia poruszane podczas wykładu na podstawie studium przypadku w opraciu o metodologię zadawania pytań. Klasyfikacja technologii służących do wytarzania nanostruktur top-down, bottom-up - określanie zalet i ograniczeń poszczególnych technik pod kątem możliwości skalowania, komercjalizacji, wpływu na środowisko, etc. 2. Projektowanie prostych nanoukładów w opraciu o metodologię desgin thinking Poznanie narzędzi służących do projektowania wykorzystywanych w metodologii design thinking (definiowanie, ideacja, prototypowanie) 3. Dyskuję dotyczacą zagadnień poruszanych w trakcie wykładu w formie debaty okfordzkiej (formułowanie tezy, przedstawianie argumentów, prezentacja danych naukowych)	U1, U2, U3, K1, K2	Ćwiczenia audytoryjne

Lp.

Treści programowe

Efekty uczenia się dla przedmiotu

Formy prowadzenia zajęć

Wykład złożony jest z następujących modułów:

Mikro i nanourządzenia istniejące w przyodzie oraz historia mikro i nanorobotyki.

Technologie wytwarzania materiałów w nanoskali

Analiza właściwości funkcjonalnych komponentów z których zbudowane są mikro i nano-roboty (magnetycznych, fotokatalitycznych, optycznych, etc.)

Projektowanie nanoukładów

Zastosowania mikro i nanomotorów w obszarach takich jak enegetyka, inżynieria środowiska, medycyna i biotechnologia.

Wykład

Ćwiczenia audytoryjne obejmują:

1. Tworzenie map myśli obejmujących zaganienia poruszane podczas wykładu na podstawie studium przypadku w opraciu o metodologię zadawania pytań.

Klasyfikacja technologii służących do wytarzania nanostruktur top-down, bottom-up - określanie zalet i ograniczeń poszczególnych technik pod kątem możliwości skalowania, komercjalizacji, wpływu na środowisko, etc.

2. Projektowanie prostych nanoukładów w opraciu o metodologię desgin thinking

Poznanie narzędzi służących do projektowania wykorzystywanych w metodologii design thinking (definiowanie, ideacja, prototypowanie)

3. Dyskuję dotyczacą zagadnień poruszanych w trakcie wykładu w formie debaty okfordzkiej (formułowanie tezy, przedstawianie argumentów, prezentacja danych naukowych)

Ćwiczenia audytoryjne

Informacje rozszerzone

Metody i techniki kształcenia :

Metoda zespołowa (ang. Team Based Learning), Praca z materiałem źródłowym, Pytania sokratejskie, Elementy myślenia wizualnego np. mapa myśli (mind mapping), mapa koncepcyjna (concept mapping), postery i plakaty, notatki graficzne (sketchnoting), Debata oksfordzka, Design thinking, Praca grupowa, Studium przypadku (ang. case study), Dyskusja

Rodzaj zajęć	Metody zaliczenia	Warunki zaliczenia przedmiotu
Wykład	Studium przypadków , Prezentacja	Warunkiem zaliczenia wykładu jest uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowanej i wygłoszonej prezentacji.
Ćwiczenia audytoryjne	Udział w dyskusji, Wykonanie ćwiczeń, Zaangażowanie w pracę zespołu	Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie min. połowy punktów przypisanych każdej kolejnej formie weryfikacji efektów uczenia się.

Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu

Warunkiem zaliczenia wykładu jest przygotowanie i wygłoszenie prezentacji na zadany temat obejmujący zagadnienia poruszane na wykładzie.

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie min. 50 % punktów z sumarycznej liczby punktów przypisanych poszczególnym aktywnościom. W przypadku otrzymania oceny niedostatecznej, będzie możliwość jej poprawienia w dwóch kolejnych terminach w formie kolokwium zaliczeniowego. Przy czym maksymalna ocena w pierwszym terminie to 4.0, a w drugim terminie to 3.0.

Sposób obliczania oceny końcowej

Ocena końcowa z wykładu= ocena z samodzielnie przygotowanej i przedstawionej prezentacji dotyczącej zagadnień poruszanych w trakcie wykładu

Ocena z ćwiczeń = procent sumarycznej liczby punktów uzyskanych z poszczególnych efektów uczenia się (wykonania ćwiczeń, aktywności na zajęciach, przygotowania materiałów i zaangażowania się w dyskusję) przeskalowanej według tabeli

91 – 100% bardzo dobry (5.0), (skrót słowny: bdb); 81 – 90% plus dobry (4.5), (skrót słowny: +db); 71 – 80% dobry (4.0), (skrót słowny: db); 61 – 70% plus dostateczny (3.5), (skrót słowny: +dst); 51 – 60% dostateczny (3.0), (skrót słowny: dst); poniżej 50% niedostateczny (2.0), (skrót słowny: ndst)

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach

Możliwość wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach zostanie ustalona indywidualnie w zależności od materiału przerabianego w trakcie zajęć na których student był nieobecny. Na tej podstawie zostaną przydzielone zadania do samodzielnej pracy.

Wymagania wstępne i dodatkowe

Brak wymagań wstępnych. Przedmiot dedykowany jest studentom wszystkich wydziałów AGH, którzy są zainteresowani rozwojem gałęzi nanotchnologii, dotyczącej mikro i nanorobotyki.

Zasady udziału w poszczególnych zajęciach, ze wskazaniem, czy obecność studenta na zajęciach jest obowiązkowa

Obecność na ćwiczeniach jest obowiązkowa. Dopuszczalne są max. dwie nieusprawiedliwione nieobecności.

Literatura

Obowiązkowa

Smart Materials for Microrobots, Fernando Soto, Emil Karshalev, Fangyu Zhang, Berta Esteban Fernandez de Avila, Amir Nourhani, and Joseph Wang, https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00999
Soft Micro- and Nanorobotics, Chengzhi Hu, Salvador Pané, and Bradley J. Nelson, https://doi.org/10.1146/annurev-control-060117-104947

Dodatkowa

Multistimuli-responsive microrobots: A comprehensive review, Zameer Hussain Shah, Bingzhi Wu, Sambeeta Das, https://doi.org/10.3389/frobt.2022.1027415

Badania i publikacje

Publikacje

Aleksandra Szkudlarek, Katarzyna E Hnida-Gut, Kamila Kollbek, Mateusz M Marzec, Krzysztof Pitala, Marcin Sikora Cobalt-platinum nanomotors for local gas generation, DOI: 10.1088/1361-6528/ab53bd