HCC: Medium: Shape Optimization for the Design and Simulation of Electromagnetic Systems

HCC:介质:电磁系统设计和仿真的形状优化

基本信息

  • 批准号:
    2313156
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 资助金额:
    116.46万
  • 负责人:
    Denis Zorin
  • 依托单位:
    New York University
  • 结题年份:
    2026
  • 批准年份:
    2023
  • 项目状态:
    未结题
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2026-07-31

项目摘要

This project aims to create an advanced software tool that automates the design and optimization of electromagnetic (EM) systems, with particular emphasis on magnetic resonance imaging (MRI) an essential medical imaging technology. EM systems are broadly applied and include cell phone antennas, 5G networks, and medical imaging devices. Currently, the design and optimization of these systems are labor-intensive and require a high level of user expertise and interaction. Our software aims to simplify and automate the process. The software will be tested and validated by addressing an open problem in MRI: the optimization of radiofrequency (RF) coil design, a keyl part of MRI machines that significantly impacts the quality of images produced. Current manual optimization processes for RF coils are inefficient and results are suboptimal leading to longer scanning times and lower accuracy. This project will not only make advancements in technology and improve the design process of EM systems, but it also supports interdisciplinary training by involving students from various disciplines. Further, the project holds potential societal benefits in healthcare, cognitive neuroscience, and other sectors that rely on MRI performance.The project's objective is to develop and validate a software pipeline for the shape optimization of EM systems, particularly focusing on automating the forward simulation and the inverse problem of parameter optimization. The proposal combines geometry processing techniques and advanced EM simulations to automate this optimization. The approach will involve novel techniques for differentiable EM simulation, machine learning for acceleration, and shape modeling for automatic geometric variations exploration. The focus of the project will be on RF coil design in MRI machines, particularly those operating at high frequencies (3T and 7T), where existing coil designs only achieve 70-80% of the optimum signal-to-noise ratio. The team will fabricate and test an optimized 7T coil design and compare its performance with commercial RF coils. The project will also introduce an innovative adjoint formulation for efficient shape gradient computation, enabling gradient-based optimization for EM systems with hundreds of design parameters. The results of this project will include an open-source software suite for EM system design and optimization, and it is expected to impact other research projects and contribute to educational and training resources.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目旨在创建一种高级软件工具,该工具可以自动化电磁(EM)系统的设计和优化,并特别强调磁共振成像(MRI)是必需的医学成像技术。 EM系统广泛应用,包括手机天线,5G网络和医学成像设备。当前,这些系统的设计和优化是劳动密集型的,需要高水平的用户专业知识和互动。我们的软件旨在简化和自动化流程。该软件将通过解决MRI中的开放问题来测试和验证:RadioFquency(RF)线圈设计的优化,MRI机器的钥匙部分会显着影响产生的图像质量。 RF线圈的当前手动优化过程效率低下,结果是次优的,导致扫描时间更长,精度较低。该项目不仅将在技术方面取得进步并改善EM系统的设计过程,而且还通过参与来自各个学科的学生来支持跨学科培训。此外,该项目在医疗保健,认知神经科学以及其他依赖MRI性能的领域中具有潜在的社会利益。该项目的目标是开发和验证软件管道以优化EM系统的形状,尤其是专注于自动化远期模拟和参数优化的倒数问题。该提案结合了几何处理技术和高级EM模拟,以自动化此优化。该方法将涉及用于可区分的EM模拟,加速的机器学习以及用于自动几何变化探索的形状建模的新技术。该项目的重点将放在MRI机器中的RF线圈设计上,尤其是在高频(3T和7T)上运行的机器,现有线圈设计仅达到最佳信噪比的70-80%。该团队将制造和测试优化的7T线圈设计,并将其性能与商业RF线圈进行比较。该项目还将引入一种创新的伴随公式,以实现有效的形状梯度计算,从而为具有数百个设计参数的EM系统提供了基于梯度的优化。该项目的结果将包括用于EM系统设计和优化的开源软件套件,并有望影响其他研究项目并有助于教育和培训资源。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来进行评估的。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.titleTranslate }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAwards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Cut-Cell Microstructures for Two-scale Structural Optimization
用于两尺度结构优化的切割细胞微结构
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2310.07890
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    ArXiv
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Davi C. Tozoni;Zizhou Huang;Daniele Panozzo;Denis Zorin
  • 通讯作者:
    Denis Zorin
Orientation-aware Incremental Potential Contact
方向感知增量电位接触
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2402.00719
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
    ArXiv
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zizhou Huang;Max Paik;Z. Ferguson;D. Panozzo;Denis Zorin
  • 通讯作者:
    Denis Zorin
Optimized shock-protecting microstructures
优化的防震微观结构
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2310.08609
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    ArXiv
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zizhou Huang;Daniele Panozzo;Denis Zorin
  • 通讯作者:
    Denis Zorin
Quadrangulation of non-rigid objects using deformation metrics
使用变形度量对非刚性对象进行四角化
  • DOI:
    10.1016/j.cagd.2018.03.003
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Computer Aided Geometric Design
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Jiaran Zhou;Marcel Campen;Denis Zorin;Changhe Tu;Claudio T. Silva
  • 通讯作者:
    Claudio T. Silva
GCN-Denoiser: Mesh Denoising with Graph Convolutional Networks
GCN-Denoiser:使用图卷积网络进行网格去噪
  • DOI:
    10.1145/3480168
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    ACM Transactions on Graphics
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Yuefan Shen;Hongbo Fu;Zhongshuo Du;Xiang Chen;Evgeny Burnaev;Denis Zorin;Kun Zhou;Youyi Zheng
  • 通讯作者:
    Youyi Zheng

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

Denis Zorin的其他基金

Collaborative Research: Robust and Scalable Methods for Simulation and Data-Driven Modeling of Particulate Flows
  • 批准号:
    1821334
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    15 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CGV: Small: Scalable high-quality surface parameterization and resampling
  • 批准号:
    1320635
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Scalable and accurate direct solvers for integral equations on surfaces
  • 批准号:
    1320621
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    22 万元
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Foundations of robust surface parametrization and resampling
  • 批准号:
    1247240
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SI2-SSE: Software for integral equation solvers on manycore and heterogeneous architectures
  • 批准号:
    1047932
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    25 万元
  • 项目类别:
    Standard Grant
HCC: Medium: Robust and Accurate Modeling with Multifield Geometry
  • 批准号:
    0905502
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    73.91 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Petascale Algorithms for Particulate Flows
  • 批准号:
    0749162
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    36.2 万元
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Fast High-Order Methods for Vesicle-Fluid and Membrane-Fluid Interaction and Adhesion
  • 批准号:
    0612624
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    15.5 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Modeling and Processing of Topologically Complex 3D Shapes
  • 批准号:
    0138445
  • 批准年份:
    2002
  • 资助金额:
    22.5 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Signal Processing for Surfaces
  • 批准号:
    0093390
  • 批准年份:
    2001
  • 资助金额:
    31.59 万元
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

单量子态氦原子的制备和精密测量
  • 批准号:
    11304303
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
选择性干扰抑制性免疫球蛋白受体(KIRs)表达提高NK细胞杀伤功能的研究
  • 批准号:
    30672387
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
梯度功能压电材料设计中的力学问题研究
  • 批准号:
    10072041
  • 批准年份:
    2000
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高效嗜冷产甲烷功能菌群分析及应用
  • 批准号:
    51108378
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜的关键技术
  • 批准号:
    61178043
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
金黄虎头蜂蜂毒抑制类风湿性关节炎炎症和血管生成的作用机制及物质基础研究
  • 批准号:
    81360679
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
高电流密度及高发光效率的双极有机发光场效应晶体管的研究
  • 批准号:
    61177017
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    68.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
常压氧化酸浸-湍流电积回收湿法炼锌净化铜渣中金属铜的基础研究
  • 批准号:
    51764035
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
高强度聚焦超声断层布阵式扫描治疗肝肿瘤的实验研究
  • 批准号:
    39770841
  • 批准年份:
    1997
  • 资助金额:
    13.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多模态影像结合术后大病理及分子分型引导早期乳腺癌保乳术后瘤床靶区个体化确定研究
  • 批准号:
    81703038
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: FET: Medium:Compact and Energy-Efficient Compute-in-Memory Accelerator for Deep Learning Leveraging Ferroelectric Vertical NAND Memory
合作研究:FET:中型:紧凑且节能的内存计算加速器,用于利用铁电垂直 NAND 内存进行深度学习
  • 批准号:
    2312886
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    26.6
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: RI: Medium: Principles for Optimization, Generalization, and Transferability via Deep Neural Collapse
合作研究:RI:中:通过深度神经崩溃实现优化、泛化和可迁移性的原理
  • 批准号:
    2312841
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    40
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CIF: Small: Versatile Data Synchronization: Novel Codes and Algorithms for Practical Applications
合作研究:CIF:小型:多功能数据同步:实际应用的新颖代码和算法
  • 批准号:
    2312872
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    26.5
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: RI: Medium: Principles for Optimization, Generalization, and Transferability via Deep Neural Collapse
合作研究:RI:中:通过深度神经崩溃实现优化、泛化和可迁移性的原理
  • 批准号:
    2312842
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    40
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: III: Medium: Designing AI Systems with Steerable Long-Term Dynamics
合作研究:III:中:设计具有可操纵长期动态的人工智能系统
  • 批准号:
    2312865
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    98
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FET: Medium:Compact and Energy-Efficient Compute-in-Memory Accelerator for Deep Learning Leveraging Ferroelectric Vertical NAND Memory
合作研究:FET:中型:紧凑且节能的内存计算加速器,用于利用铁电垂直 NAND 内存进行深度学习
  • 批准号:
    2312884
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    26.8
  • 项目类别:
    Standard Grant
CSR: Small: CONCERT: Designing Scalable Communication Runtimes with On-the-fly Compression for HPC and AI Applications on Heterogeneous Architectures
CSR:小型:CONCERT:为异构架构上的 HPC 和 AI 应用程序设计具有动态压缩的可扩展通信运行时
  • 批准号:
    2312927
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    60
  • 项目类别:
    Standard Grant
Bond Strengthening and Grain Size Refinement in Superhard Metal Borides
超硬金属硼化物中的键强化和晶粒尺寸细化
  • 批准号:
    2312942
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    64
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: III: MEDIUM: Responsible Design and Validation of Algorithmic Rankers
合作研究:III:媒介:算法排序器的负责任设计和验证
  • 批准号:
    2312932
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    40
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NeTS: Medium: EdgeRIC: Empowering Real-time Intelligent Control and Optimization for NextG Cellular Radio Access Networks
合作研究:NeTS:媒介:EdgeRIC:为下一代蜂窝无线接入网络提供实时智能控制和优化
  • 批准号:
    2312978
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    70
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了