Teadusprojektid

Farnaz Baksh, Junior Research Fellow (farnaz.baksh@ut.ee)
Karl Kruusamäe, Associate Professor of Robotics

Robot Study Companion (RSC): Your Personalised Learning Robot

The RSC project aims to develop a social robot companion specifically designed to support university students. We aim to bring together students from diverse backgrounds to collaborate with mentors in robotics. Through this initiative, students will gain valuable hands-on experience, applying their theoretical knowledge to create a practical solution.

The objective is to develop further and enhance the existing RSC prototype developed last year to become a fully personalized learning assistant for university students. Imagine if each student can have their physical study buddy that offers them guidance and support throughout their academic journey. If this sounds interesting, then join us in shaping the future of robotics education!

Bronze Prize at Student Design Competition: https://2023.hci.international/Student_Design_Competition-Awards.html 

Feature on Make Magazine: https://makezine.com/article/maker-news/open-source-hardware-certifications-december-and-january/ 

The tasks assigned to students will vary based on their interests and the skills they aim to acquire. Generally, students can expect to be involved in activities such as:

• Contributing to developing and enhancing the RSC prototype, focusing on Mechanics, Electronics or Software.
• Collaborating with mentors and team members to brainstorm ideas and solve technical challenges.
• Sharing findings/work done to our RSC open-source platform.

We expect students to dedicate at least 3 hours per week to the project.

ALL students are invited to the project, regardless of their field. We are looking for students who are eager to learn and ready to take the initiative. Ideally, the roles will be in the following areas:

• Engineers: Electronics, 3D Modeling & Printing 
• Programmers | Software Developers (Python, Web Development, etc)
• Philosophy students interested in Social Robotics research

We are willing to supervise a max of 10 students.

https://ut.ee/et/sisu/tartu-ulikool-toetab-uheksat-varsket-aripotentsiaaliga-ideed?fbclid=IwAR1PtG4tfS1SUIz3s_Cevdr-WDX3fsdpqjujThr__Xp4mzwFu937S_ZlkQs

https://fb.watch/qOstg-6p5J/

Mahvish Faisal (mahvish.faisal@ut.ee)

Miriam Hickey (miriam.ann.hickey@ut.ee)

https://biomeditsiin.ut.ee/en/content/laboratory-neurodegenerative-dise…;

Mahvish Faisal (mahvish.faisal@ut.ee)

Miriam Hickey (miriam.ann.hickey@ut.ee)

Malnutrition is present in 20-50% of hospital patients; it increases morbidity, mortality and both the human and financial costs of illness (1,2). 
There are multiple different ways to detect malnourished patients who might need nutritional intervention (3), which implies that no method is perfect. With this in mind, the world's leading clinical nutrition societies agreed on five criteria for defining and diagnosing disease-related malnutrition. These are called the Global Leadership Initiative on Malnutrition (GLIM) criteria, and consist of low body mass index, non-volitional weight loss, reduced muscle mass, reduced food intake/assimilation and presence of an acute disease or inflammatory condition (4). The authors also recommend assessing patients for sarcopenia, which essentially means the addition of a muscle function/performance test to the assessment process (5).

GLIM can predict morbidity, mortality, prolonged hospital stay and need for nutritional intervention (6), and is on its way to becoming an official WHO definition for malnutrition. Despite that, GLIM has not yet been widely adopted in practice and there are several potential reasons why this might be. Firstly, GLIM relies on prior nutrition screening (4). Therefore, it is not possible to properly implement GLIM without first introducing nutrition screening, which, in most healthcare settings, is a challenge in itself. Secondly, GLIM allows assessment of the five criteria with various methods (4,5), and it is not known which combination of these methods achieves the optimal balance between diagnostic accuracy and ease of use. Thus, the implementation of GLIM entails prior screening (with any validated method) and subsequent assessment of those found to be at risk, which includes a muscle mass assessment (from a wide range of methods of considerably varying accuracy, availability and cost), and an (unspecified) muscle function test for the identification of sarcopenia. 
There is therefore a major lack of homogeneity in the practice of GLIM assessment which runs counter to the hope that it would provide a global and generalisable method. These variations in practice inevitably affect the accurate (or at least consistent) detection of malnutrition with the needed high sensitivity and specificity. 
Although many validation studies have now investigated how GLIM performs in assessing different specific patient groups (6,7), evaluating and standardising the best, potentially generalisable and cost-effective methodology for the GLIM assessment has, surprisingly, been largely neglected.

The overall aim of this project will be to standardise the methodology of nutrition assessment and, thus, increase the frequency of correct diagnosis of malnutrition.

The successful student(s) will be able to participate fully in all aspects of the study and will have an opportunity to learn much about clinical nutrition from the expert team at the University of Tartu and Tartu Ülikooli Kliinikum.

References
1.    Norman K, Pichard C, Lochs H, Pirlich M. Prognostic impact of disease-related malnutrition. Clin Nutr. 2008 Feb;27(1):5–15. 
2.    Tangvik RJ, Tell GS, Eisman JA, Guttormsen AB, Henriksen A, Nilsen RM, et al. The nutritional strategy: Four questions predict morbidity, mortality and health care costs. Clin Nutr. 2014 Aug;33(4):634–41. 
3.    Van Bokhorst-de Van Der Schueren MAE, Guaitoli PR, Jansma EP, De Vet HCW. Nutrition screening tools: Does one size fit all? A systematic review of screening tools for the hospital setting. Clin Nutr. 2014 Feb;33(1):39–58. 
4.    Cederholm T, Jensen GL, Correia MITD, Gonzalez MC, Fukushima R, Higashiguchi T, et al. GLIM criteria for the diagnosis of malnutrition – A consensus report from the global clinical nutrition community. Clin Nutr. 2019 Feb;38(1):1–9. 
5.    Barazzoni R, Jensen GL, Correia MITD, Gonzalez MC, Higashiguchi T, Shi HP, et al. Guidance for assessment of the muscle mass phenotypic criterion for the Global Leadership Initiative on Malnutrition (GLIM) diagnosis of malnutrition. Clin Nutr. 2022 Jun;41(6):1425–33. 
6.    Huo Z, Chong F, Yin L, Lu Z, Liu J, Xu H. Accuracy of the GLIM criteria for diagnosing malnutrition: A systematic review and meta-analysis. Clin Nutr. 2022 Jun;41(6):1208–17. 
7.    Cederholm T. 4 years of the GLIM criteria: Where are we? Results of the GLIM survey. 2023 Jan; Available from: https://www.espen.org/files/glim/GLIMNiceWM2023.pdf

Projekt viiakse läbi Eesti Teadusagentuuri granti PRG1021 raames.

Viljatus puudutab ligi 10-15% paaridest ja rohkem kui pooltel juhtudel jäävad põhjused leidmata. Meie baas- ja siirdemeditsiinilise uurimistöö eesmärgiks on tuvastada seni teadmata pärilikke tegureid, mis mõjutavad meeste ja naiste võimalust lapsevanemaks saada. Teadustöö toimub koostöös Tartu Ülikooli Kliinikumi Meestekliiniku ja Naistekliinikuga ning Ida-Tallinna Keskhaigla Naistekliinikuga. Kõrgtasemel kliiniline ekspertiis koos tänapäeva geneetika, arvutiteaduse ja eksperimentaalse metoodilise pädevusega loob eelduse, et projekt annab olulist lisandväärtust meie teadmistele viljatuse geneetilistest põhjustest nii meestel kui naistel, ning reproduktiivorganite arengust ja funktsioonist. 
Projekti tähtsus Eestile on mitmetahuline – alates sadade patsientide geneetilisest analüüsist kuni potentsiaalini muuta kliinilist praktikat juurutades geneetika teadmised ja võimalused diagnostika, prognostika ja teaduspõhiste raviotsuste hüvanguks, s.h. üldtervise seisukohast. Viljatuse etioloogia parem mõistmine stimuleerib ka kliinilist uurimistööd leidmaks uusi mitte-invasiivseid molekulaarseid sihtmärke viljatushäirete raviks.

Meditsiinigeneetiliste andmete analüüs; koostöös TÜK Meestekliiniku ja TÜK Naistekliinikuga andmete interpreteerimine kliinilises võtmes; eksperimentaalsed katsed uute geneetiliste leidude kinnitamiseks jne.

Ajakulu sõltub tudengi huvist, motivatsioonist, ja võimalustest.

Projekti eesmärk on tugevdada tervishoiusüsteeme esmatasandi tervishoiu tugevdamise kaudu. CIRCE-s osaleb 14 ELi liikmesriiki. Projekti käigus valitakse ja püütakse rakendada 6 parimat ja innovtiivset praktikat esmatasandi tervishoius, mille efektiivsus ja toimivus on tõendatud. Projekt hõlmab valikut tegevusi, nagu seminarid, ekspertide külastused, poliitilised dialoogid, ekspertide nõuanded, vastastikused ja vastastikused õppimise programmid. Teadussiirde ja rakendamise protsessi monitooritakse ja hinnatakse. Eesti on valinud välja kaks praktikat:

1. Andaluusia programm, mis tegeleb krooniliste haigete nõustamise ja jälgimisega, vajalike süsteemide arendamisega ning 
2. Sloveenia programm, mis võtab üle nende tervist ennetavate tegevuste programmi tervisekeskuse tasemel. Eesti konkreetsemalt soovib tegeleda põhjalikumalt 2. tüüpi diabeedihaigete terviseharituse, tervise edendamise ja patsientide võimestamisega.

Teismelised kasutavad keelt leidlikult ja loominguliselt ning uurimused näitavad, et neil on roll ka laiemates keelemuutustes. Seni on aga Eestis teismeliste keelekasutust teaduslikult vähe uuritud ning selleks on nappinud ka sobivaid keeleandmeid.

Aastail 2020–2021 koguti TeKE projektis noorte endi abiga nende omavaheliste vestluste salvestusi ning kiirsuhtlusäppide sõnumivahetusi. Umbes 50 keelesaadikut Eesti eri paigust aitasid kokku koguda ligi sada tundi suulist keelekasutust ning 200 000 sõna Messengeri jm rakenduste vestlusi, mille koondame projekti käigus teaduslikku uurimistööd võimaldavaks suulise ja kirjaliku keele korpuseks. Praeguseks on projekt jõudnud andmete töötlemise ja analüüsi faasi ning valmivad ka esimesed uurimused noorte keelekasutusest.

Keelekorpuse põhjal otsime projekti uurimisfaasis vastust küsimustele, mis täpselt iseloomustab praeguste teismeliste keelt ja kuidas see varieerub ealiselt, sooliselt ja piirkondlikult, milline on tänaste teismeliste keeles inglise keele mõju ja mille poolest erinevad suulise vestluse ja sõnumivahetuse keel. Laiemas plaanis aga – kuidas eesti keel muutub ja milline mõju on sellele teismelistel.

Meie uurimisprojekti eesmärk on uurida magneesiumi voogu bakteriaalse ribosoomi sünteesi & lagunemise osas ning valgu nimega YbeX võimalikku osalemist selles protsessis. Ribosoomid on valgusünteesi eest vastutavad rakulised komponendid ning nende assambleerimine on väga keeruline protsess, mis hõlmab paljusid faktoreid. Magneesiumioonid mängivad olulist rolli ribosoomi struktuuri stabiliseerimisel ning magneesiumi kontsentratsiooni kõikumised võivad mõjutada kõige energiamahukamat rakulist protsessi - ribosoomi sünteesi. Meie hiljutised leiud (vt lisatud linki) omistavad YbeX-valgule rolli ribosoomi ainevahetuses, kuigi selle täpne funktsioon ja toimemehhanism pole hästi teada.

Nende küsimuste lahendamiseks kasutame geneetilisi, biokeemilisi ja biofüüsikalisi lähenemisviise. Kõigepealt uurime muudetud magneesiumi kontsentratsioonide mõju bakterirakkudes ribosoomi sünteesile, kasutades tehnikaid nagu sahharoosi gradiendis tsentrifuugimine ja massispektromeetria. Seejärel uurime YbeX-i potentsiaalset osalemist rakuliste nukleotiide metabolismis, kasutades selleks geneetilisi ja biokeemilisiv meetodeid, nagu molekulaarne klooneerimine ja HPLC.

Usume, et saadav teadmine aitab valgustada magneesiumi voogu ja ribosoomi ainevahetuse keerulist seost ning paremini mõista YbeX-i rolli selles protsessis.

Biological objects often have a fractal structure, which ensures their vital physiological functions. The most obvious implementation of this principle is a tree. It grows such that at each next level of branching, the sum of the squares of the radii of the branches is equal to the square of the radius of the branch from which the branching occurred. A recursive property describing the growth of a tree had already been noticed by Leonardo Da Vinci. 

A deeper understanding requires the construction of an adequate structural and dynamical model of a living fractal with a hierarchical structure and the physical interpretation of its parameters. In particular, such studies can help to resolve the question of how a meter-long DNA strand is packed into a micron core, and how the structure of this package provides rapid unpacking of specific sites for transcription or replication. Such studies may also provide criteria to diagnose, for example, healthy and cancerous cells in medical health care. 

It is planned to use a combination of complementary scattering techniques to investigate the structure and the dynamics of DNA in the cell nucleus experimentally. Based on the data, theoretical models of fractal organization have to be developed by structural and dynamical computer simulations.

what you expect out of the student and expected time/work commitment 

• literature review and presentation 
• data analysis with computational models 
• optional: participation in an experiment in a research facility in the UK

2 students with interest in simulations 

Subjects: physics, mathematics, biology (with interest in physics)

Oleme avastanud täiesti uue füüsikalise mehhanismi, kuidas inimtegevus lisaks kasvuhooneefektile Maa kliimat soojendab (Joonis 1). Projektis uurid vaatluslikke tõendeid, kuidas inimtekkelised õhusaaste osakesed põhjustavad pilvepiiskade jäätumist ja lumesadu. Jäätumine vähendab omakorda pilvede hulka ja soojendab seeläbi Maa kliimat. Andmeallikaks on satelliitkaugseire andmed ja  analüüsiks kasutad python keskkonda Tartu Ülikooli teadusarvutuskeskuse superarvutil.

Töö aitab paremini mõista seni suuresti mõistatuslikuks jäänud inimtekkelise kliimamõju komponenti: õhusaaste osakeste kliimamõju (Toll jt 2019, Nature https://doi.org/10.1038/s41586-019-1423-9). Töö laiem eesmärk on täpsustada inimtegevuse kliimamõju tugevust, et oleks võimalik koostada senisest usaldusväärsemaid tuleviku kliima prognoose.

Image

https://phys.org/news/2019-08-pollution-wont-global-spike.html https://novaator.err.ee/965947/ohusaastatuse-vahendamine-ei-hoogusta-globaalset-soojenemist

https://novaator.err.ee/1608354707/inimtekkeline-saaste-vahendas-uleilmset-temperatuuritousu-pool-kraadi

Jörg Pieper (pieper@ut.ee) 

Nicholas Croy

In the recent years, effects of climate change including drought and high-light conditions have become more abundant. Therefore, an adaptation to these changing environmental conditions will become unavoidable for a sustainable development of agriculture in the future. One promising strategy is to study native adaptation mechanisms in photosynthesis to battle environmental stress. In this regard, two promising bioprotectants are trehalose and glycerol, which act as stabilizer and plasticizer, respectively, for the photoactive proteins responsible for photosynthesis in plants.  

Trehalose is a specific sugar found in organisms able to survive extreme external stresses, such as high or very low temperatures or periods of complete drought. Most importantly, trehalose was shown to preserve the function of native photosynthetic proteins upon dehydration. Glycerol is a highly hydrophilic compound that is able to attract water, thus, leading to an increase of the protein surface hydration. This plasticizing effect ensures the functionally important protein flexibility and prevents harmful aggregation or misfolding of proteins. However, the molecular mechanisms of the protective roles of trehalose and glycerol are still debated and often poorly understood. We are mainly using scattering methods are well-suited for direct nanoscale investigations of protein structure and mobility under nearly native conditions as well as to study their interactions with bioprotectants.  

The scattering experiments have to be complemented by spectroscopic lab experiments to investigate the protein function at different trehalose or glycerol contents. These lab experiments are well suited for interested students, because they can be easily planned and repeated.

what you expect out of the student and expected time/work commitment 

• literature review and presentation 
• spectroscopic lab experiments on photosynthetic proteins
• data analysis with computational models

2 students with interest in experiments 

Subjects: physics, mathematics, biology (with interest in physics)

Projekti on oodatud kõik õpilased sõltumata valdkonnast. Ootame tiimiga liituma noori, kes soovivad oma ülikooliaega maksimaalselt ära kasutada ning saada väärtuslikke kogemusi! Samuti ootame projektis osalejatelt julget pealehakkamist ja aktiivsust. Eeldame õpihimu olemasolu, sest vajalikke oskuseid aitavad omandada oma ala parimad juhendajad. Alguses on eeldatav ajakulu mõned tunnid nädalas, mis sõltub tiimist, kuhu kuulud ja endale võetud vastutusalast. Õppekava ei ole piirav ning kõik huvilised on oodatud!

Oma tiimi otsime:

• Tehnikainimesi:
  • Insenerid - elektroonikud, mehaanikud, 3D printimise huvilised, modelleerijad.
  • Tarkvara arendajaid.
• Disainereid - nunnu roboti disainimine, robot-inimese liidese arendajaid.
• Keele ja kultuuri huvilisi, semiootikuid.
• Kommunikatsiooni- ja turundusinimesi.

https://www.youtube.com/watch?v=txUq4PLbz8c

https://novaator.err.ee/1608775207/tu-atmosfaarifuusik-eestis-puudub-kliimaga-kohanemise-plaan

Kliima- ja keskkonnakriisi lahendamiseks on kiiresti vaja asendada fossiilsel toormel baseeruv tööstus kestliku, taastuval toormel baseeruva tööstusega. Sealhulgas on vaja leida asendus fossiilsest toormest toodetavatele materjalidele ja plastidele ning oluliselt hõlbustada nende taaskasutust ja ümbertöötlemist.

Selles töös sünteesitakse ja uuritakse uusi biotoormest saadavaid materjale, mis sobiksid asendama praegu kasutuses olevaid fossiilsest päritolu materjale paljudes rakendustes (nt. tehnoloogiasektor, värvid jm pinnakatted, ehitusektor, pakendid). Paraku ei saa pimesi eeldada, et kõik biomassist toodetud plastid on keskkonnale vähem koormavad ja ei tekita looduses kahjulikke laguprodukte. Seetõttu pööratakse erilist tähelepanu materjalide võimalikult väikesele jalajäljele ning efektiivsele ümbertöötlemisele.

https://arhiiv.err.ee/vaata/ringvaade-1741-271878   (alates 19:57)

https://arhiiv.err.ee/video/vaata/uudishimu-tippkeskus-kas-me-oskame-metsa-taga-puid-naha

https://www.youtube.com/watch?v=BtE2YUt8B_w

Tegemist on peamiselt materjaliteaduse ning keemia valdkonna eksperimentaalse tööga. Tööd on võimalik laiendada ka materjalide keskkonnamõju ja toksikoloogia hindamisele.

Õpilased saavad võimaluse osaleda teadustöös ning laboris sünteesida uusi bio-plaste ja mõõta nende omadusi. Tööd saab organiseerida mitut moodi, kas rohkem periooditi (nt koolivaheaegadel) ja/või paaris korral nädalas vastavalt võimalustele. Võimalik on väike tasu.

Mahvish Faisal (mahvish.faisal@ut.ee)

Maili Jakobson (maili.jakobson@ut.ee)

Miriam Hickey (miriam.ann.hickey@ut.ee)

Parkinson’s disease is the most common neurodegenerative movement disorder. The most well-known symptoms of Parkinson’s disease are slowed movements, tremor and stiff muscles.

Traditionally, Parkinson’s disease is associated with the loss of dopamine neurons in brain, and indeed, when dopamine is replaced, some of these movement problems are relieved.

However, Parkinson’s disease (PD) is much more than this – patients also show problems with smell, sleep and sweating, they show constipation and urinary problems, and pain and skin complaints are common.

Indeed, the role that skin plays is a novel research topic in PD. Proteins that clump together in PD brain are also found in skin but why and how skin is affected in PD is unclear.

In the Hickey laboratory, we are interested in how Parkinson’s disease affects the skin and how these changes relate to the changes in brain.

Students will first be trained in basic brain and skin anatomy and histochemical and immunohistochemical techniques. The students will be trained in how to analyse their data. The students will also complete a brief review of relevant research articles. The students will then examine expression of specific proteins in brain and skin cells from models of Parkinson’s disease. Thus, the students will have a concrete project where they will work on collecting, analysing and reporting data.

Prior research experience is not necessary, we will be happy to teach our students all of the necessary skills

1-2 students are welcome.

If you are interested in medicine, diseases of the brain and how they effect the entire body, then this project is for you!

Epigeneetika on teadusharu, mis selgitab ümbritseva keskkonna mõju geenide avaldumisele. Ka ravimite või narkootikumide kasutamine võib geenide avaldumist mõjutada läbi epigeneetiliste modifikatsioonide. Epigeneetilised modifikatsioonid võivad mõjutada toime avaldumisest, kõrvaltoimete teket ja ka sõltuvuse väljakujunemist. Antud projektis keskendume epigeneetilisele modifikatsioonile nagu DNA metüülimine ja demetüülimine, mida seostatakse pikemaajaliste muudatustega geeniekspressioonis. Projekti raames on võimalik töötada kahe erineva teemaga.

Esiteks tegeleme kanepi peamise psühhoaktiivse komponendi delta-9-tetrahüdrokannabinool (THC) mõju hindamisega DNA metülatsiooniprotsessile. Soovime teada saada, kas need muutused DNA metüülimises võivad olla seotud ka kanepi sõltuvuse tekkega. Teiseks suunaks on uurida, kas aktiivsus- ja tähelepanu häire (ATH) raviks kasutatavad ravimid mõjutavad DNA metülatsiooniprotsessi ja mis võiks olla selle mõju ATH ravi efektiivsusele ja kõrvaltoimete avaldumisele. Ravimsõltuvuse molekulaarsete mehhanismide selgitamine aitab väljatöötada uusi sõltuvusevastaseid ravimeid.

3D-printimine on viimastel aastatel leidnud oma tee mitmetesse teadusvaldkondadesse, sh meditsiini ja farmaatsiasse. Farmatseutilises tehnoloogias loodetakse sellest vahendit ravimite personaliseeritumaks muutmisel. 3D printimine võimaldab paindlikumalt toota erinevate vajadustega patsientidele erinevate annustega ravimeid ning välja töötada uudseid ravimkandursüsteeme.

Projekt pakub võimaluse osaleda ravimkandursüsteemi välja töötamise esimestes etappides: uurida polümeermaterjalide omavahelist sobivust, ainete füsikokeemilisi omadusi ning võimalikke muutuseid protsessi käigus, sobivust süsteemi lisatava toimeainega ning selle vabanemist ravimkandursüsteemist.