”Stress Monitoring via Wearable Electrodermal Sensors”

Stress is a phenomenon that on some level affects everyone’s lives on a daily basis. The autonomic nervous system controls the varying levels of stress at any given time. The responses of the autonomic nervous system adjust the body to cope with changing external and internal conditions. During high-stress situations the body is forced into a state of heightened alertness, which passes when the stressor is removed. The stressor can be any external or internal event that causes the body to respond. Stress is a very versatile phenomenon that can be both a cause and an indicator of other medical conditions, for example cardiovascular disease. Stress detection can therefore be helpful in identifying these conditions and monitoring the overall emotional state of a person. Electrodermal activity (EDA) is one of the most easily implemented ways to monitor the activity of the autonomic nervous system. EDA describes changes occurring in the various electrical properties of the skin, including skin conductivity and resistance. Increased emotional sweating has been proven to be one possible indication of stress. On the surface of the skin, increased sweating translates to increased skin conductivity, which can be observed through EDA measurements. This makes electrodermal activity a very useful tool in a wide range of applications where it is desirable to observe changes in a person’s stress level. EDA can be recorded by using specialized body sensors placed on specific locations on the body. Most commonly used recording sites are the palms of the hands due to the high sweat gland density on those areas. Measurement is done using at least two electrodes attached to the skin, and recording the electrical conductance between them. This thesis implements a prototype of a wireless EDA measurement system. The feasibility of the prototype is also verified with a small group of test subjects. EDA was recorded from the subjects while they were playing a game of Tetris. The goal was to observe variations in the measured EDA that would indicate changes in the subjects’ stress levels during the game. The analysis of the obtained measurement results confirmed the connection between stress and recorded EDA. During the game, random occurrences of lowered skin resistance were clearly observable, which indicates points in the game where the player felt more anxious. A wireless measurement system has the potential of offering more flexible and comfortable long-term measuring of EDA, and could be utilized in a wide range of applications.

Fabrication and Pseudo-Analog Characteristics of Ta2O5 -Based ReRAM Cell

Memristori on yksi elektroniikan peruskomponenteista vastuksen, kondensaattorin ja kelan lisäksi. Se on passiivinen komponentti, jonka teorian kehitti Leon Chua vuonna 1971. Kesti kuitenkin yli kolmekymmentä vuotta ennen kuin teoria pystyttiin yhdistämään kokeellisiin tuloksiin. Vuonna 2008 Hewlett Packard julkaisi artikkelin, jossa he väittivät valmistaneensa ensimmäisen toimivan memristorin. Memristori eli muistivastus on resistiivinen komponentti, jonka vastusarvoa pystytään muuttamaan. Nimens mukaisesti memristori kykenee myös säilyttämään vastusarvonsa ilman jatkuvaa virtaa ja jännitettä. Tyypillisesti memristorilla on vähintään kaksi vastusarvoa, joista kumpikin pystytään valitsemaan syöttämällä komponentille jännitettä tai virtaa. Tämän vuoksi memristoreita kutsutaankin usein resistiivisiksi kytkimiksi. Resistiivisiä kytkimiä tutkitaan nykyään paljon erityisesti niiden mahdollistaman muistiteknologian takia. Resistiivisistä kytkimistä rakennettua muistia kutsutaan ReRAM-muistiksi (lyhenne sanoista resistive random access memory). ReRAM-muisti on Flash-muistin tapaan haihtumaton muisti, jota voidaan sähköisesti ohjelmoida tai tyhjentää. Flash-muistia käytetään tällä hetkellä esimerkiksi muistitikuissa. ReRAM-muisti mahdollistaa kuitenkin nopeamman ja vähävirtaiseman toiminnan Flashiin verrattuna, joten se on tulevaisuudessa varteenotettava kilpailija markkinoilla. ReRAM-muisti mahdollistaa myös useammin bitin tallentamisen yhteen muistisoluun binäärisen (”0” tai ”1”) toiminnan sijaan. Tyypillisesti ReRAM-muistisolulla on kaksi rajoittavaa vastusarvoa, mutta näiden kahden tilan välille pystytään mahdollisesti ohjelmoimaan useampia tiloja. Muistisoluja voidaan kutsua analogisiksi, jos tilojen määrää ei ole rajoitettu. Analogisilla muistisoluilla olisi mahdollista rakentaa tehokkaasti esimerkiksi neuroverkkoja. Neuroverkoilla pyritään mallintamaan aivojen toimintaa ja suorittamaan tehtäviä, jotka ovat tyypillisesti vaikeita perinteisille tietokoneohjelmille. Neuroverkkoja käytetään esimerkiksi puheentunnistuksessa tai tekoälytoteutuksissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan Ta2O5 -perustuvan ReRAM-muistisolun analogista toimintaa pitäen mielessä soveltuvuus neuroverkkoihin. ReRAM-muistisolun valmistus ja mittaustulokset käydään läpi. Muistisolun toiminta on harvoin täysin analogista, koska kahden rajoittavan vastusarvon välillä on usein rajattu määrä tiloja. Tämän vuoksi toimintaa kutsutaan pseudoanalogiseksi. Mittaustulokset osoittavat, että yksittäinen ReRAM-muistisolu kykenee binääriseen toimintaan hyvin. Joiltain osin yksittäinen solu kykenee tallentamaan useampia tiloja, mutta vastusarvoissa on peräkkäisten ohjelmointisyklien välillä suurta vaihtelevuutta, joka hankaloittaa tulkintaa. Valmistettu ReRAM-muistisolu ei sellaisenaan kykene toimimaan pseudoanalogisena muistina, vaan se vaati rinnalleen virtaa rajoittavan komponentin. Myös valmistusprosessin kehittäminen vähentäisi yksittäisen solun toiminnassa esiintyvää varianssia, jolloin sen toiminta muistuttaisi enemmän pseudoanalogista muistia.