Elastodynamic Modeling and Analysis for an Exechon Parallel Kinematic Machine

As a newly invented parallel kinematic machine (PKM), Exechon has attracted intensive attention from both academic and industrial fields due to its conceptual high performance. Nevertheless, the dynamic behaviors of Exechon PKM have not been thoroughly investigated because of its structural and kinematic complexities. To identify the dynamic characteristics of Exechon PKM, an elastodynamic model is proposed with the substructure synthesis technique in this paper. The Exechon PKM is divided into a moving platform subsystem, a fixed base subsystem and three limb subsystems according to its structural features. Differential equations of motion for the limb subsystem are derived through finite element (FE) formulations by modeling the complex limb structure as a spatial beam with corresponding geometric cross sections. Meanwhile, revolute, universal, and spherical joints are simplified into virtual lumped springs associated with equivalent stiffnesses and mass at their geometric centers. Differential equations of motion for the moving platform are derived with Newton's second law after treating the platform as a rigid body due to its comparatively high rigidity. After introducing the deformation compatibility conditions between the platform and the limbs, governing differential equations of motion for Exechon PKM are derived. The solution to characteristic equations leads to natural frequencies and corresponding modal shapes of the PKM at any typical configuration. In order to predict the dynamic behaviors in a quick manner, an algorithm is proposed to numerically compute the distributions of natural frequencies throughout the workspace. Simulation results reveal that the lower natural frequencies are strongly position-dependent and distributed axial-symmetrically due to the structure symmetry of the limbs. At the last stage, a parametric analysis is carried out to identify the effects of structural, dimensional, and stiffness parameters on the system's dynamic characteristics with the purpose of providing useful information for optimal design and performance improvement of the Exechon PKM. The elastodynamic modeling methodology and dynamic analysis procedure can be well extended to other overconstrained PKMs with minor modifications.

Photon nanojet lens: Design, fabrication and characterization

In this paper, a novel nanolens with super resolution, based on the photon nanojet effect through dielectric nanostructures in visible wavelengths, is proposed. The nanolens is made from plastic SU-8, consisting of parallel semi-cylinders in an array. This paper focuses on the lens designed by numerical simulation with the finite-difference time domain method and nanofabrication of the lens by grayscale electron beam lithography combined with a casting/bonding/lift-off transfer process. Monte Carlo simulation for injected charge distribution and development modeling was applied to define the resultant 3D profile in PMMA as the template for the lens shape. After the casting/bonding/lift-off process, the fabricated nanolens in SU-8 has the desired lens shape, very close to that of PMMA, indicating that the pattern transfer process developed in this work can be reliably applied not only for the fabrication of the lens but also for other 3D nanopatterns in general. The light distribution through the lens near its surface was initially characterized by a scanning near-field optical microscope, showing a well defined focusing image of designed grating lines. Such focusing function supports the great prospects of developing a novel nanolithography based on the photon nanojet effect.

Uma história do design do cartaz português do século XVII ao século XX

Constatada que foi uma lacuna na área da história do design gráfico português, a necessidade deste estudo surgiu naturalmente no sentido, se não de a colmatar pelo menos de a diminuir. Consequentemente, realizou-se a investigação desde o séc. XVII ao séc. XX. O trabalho baseou-se primeiramente na pesquisa de material, quer na Biblioteca Nacional de Portugal, quer na colecção de Madeira Luís em arquivo na Universidade de Aveiro. Foram ainda realizadas entrevistas a designers no sentido de obter um conhecimento maior sobre a prática de projecto, nomeadamente do projecto do cartaz. Foi selecionada uma amostra que se considerou representativa e criou-se uma base de dados no sentido de sistematizar os conteúdos que interessavam ser estudados. Essa amostra foi posteriormente objecto de uma selecção por parte de dez especialistas convidados. Paralelamente, analisaram-se os cartazes dessa selecção do ponto de vista do design utilizando como metodologia a aplicação do modelo triangular (autoria, tecnologia, programa) de Francisco Providência. Concluiu-se que a história do design do cartaz português é resultado de um conjunto de interacções que se prendem com os acontecimentos políticos, económicos, culturais que se devem mesclar com a prática projectual realçando a importância e a intervenção da autoria nesse processo. Importou revelar uma visão interna da disciplina narrada pela autoria. Considerando as hipóteses de investigação e a abordagem metodológica utilizada, foi possível obter uma perspectiva centrada no design sobre a história do design do cartaz português.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Design and Qualitative/Quantitative Analysis of Multi-Agent Spatial Simulation Library

Thesis (Master's)--University of Washington, 2012

Algorithm-oriented design of efficient many-core architectures applied to dense matrix multiplication

Recent integrated circuit technologies have opened the possibility to design parallel architectures with hundreds of cores on a single chip. The design space of these parallel architectures is huge with many architectural options. Exploring the design space gets even more difficult if, beyond performance and area, we also consider extra metrics like performance and area efficiency, where the designer tries to design the architecture with the best performance per chip area and the best sustainable performance. In this paper we present an algorithm-oriented approach to design a many-core architecture. Instead of doing the design space exploration of the many core architecture based on the experimental execution results of a particular benchmark of algorithms, our approach is to make a formal analysis of the algorithms considering the main architectural aspects and to determine how each particular architectural aspect is related to the performance of the architecture when running an algorithm or set of algorithms. The architectural aspects considered include the number of cores, the local memory available in each core, the communication bandwidth between the many-core architecture and the external memory and the memory hierarchy. To exemplify the approach we did a theoretical analysis of a dense matrix multiplication algorithm and determined an equation that relates the number of execution cycles with the architectural parameters. Based on this equation a many-core architecture has been designed. The results obtained indicate that a 100 mm(2) integrated circuit design of the proposed architecture, using a 65 nm technology, is able to achieve 464 GFLOPs (double precision floating-point) for a memory bandwidth of 16 GB/s. This corresponds to a performance efficiency of 71 %. Considering a 45 nm technology, a 100 mm(2) chip attains 833 GFLOPs which corresponds to 84 % of peak performance These figures are better than those obtained by previous many-core architectures, except for the area efficiency which is limited by the lower memory bandwidth considered. The results achieved are also better than those of previous state-of-the-art many-cores architectures designed specifically to achieve high performance for matrix multiplication.

A many-core co-processor for embedded parallel computing on FPGA

Single processor architectures are unable to provide the required performance of high performance embedded systems. Parallel processing based on general-purpose processors can achieve these performances with a considerable increase of required resources. However, in many cases, simplified optimized parallel cores can be used instead of general-purpose processors achieving better performance at lower resource utilization. In this paper, we propose a configurable many-core architecture to serve as a co-processor for high-performance embedded computing on Field-Programmable Gate Arrays. The architecture consists of an array of configurable simple cores with support for floating-point operations interconnected with a configurable interconnection network. For each core it is possible to configure the size of the internal memory, the supported operations and number of interfacing ports. The architecture was tested in a ZYNQ-7020 FPGA in the execution of several parallel algorithms. The results show that the proposed many-core architecture achieves better performance than that achieved with a parallel generalpurpose processor and that up to 32 floating-point cores can be implemented in a ZYNQ-7020 SoC FPGA.

Parallel Architecture Prototype for 60 GHz High Data Rate Wireless Single Carrier Receiver

Nowadays a huge attention of the academia and research teams is attracted to the potential of the usage of the 60 GHz frequency band in the wireless communications. The use of the 60GHz frequency band offers great possibilities for wide variety of applications that are yet to be implemented. These applications also imply huge implementation challenges. Such example is building a high data rate transceiver which at the same time would have very low power consumption. In this paper we present a prototype of Single Carrier -SC transceiver system, illustrating a brief overview of the baseband design, emphasizing the most important decisions that need to be done. A brief overview of the possible approaches when implementing the equalizer, as the most complex module in the SC transceiver, is also presented. The main focus of this paper is to suggest a parallel architecture for the receiver in a Single Carrier communication system. This would provide higher data rates that the communication system canachieve, for a price of higher power consumption. The suggested architecture of such receiver is illustrated in this paper,giving the results of its implementation in comparison with its corresponding serial implementation.

Influence of a lifestyle intervention in preschool children on physiological and psychological parameters (Ballabeina): study design of a cluster randomized controlled trial.

Childhood obesity and physical inactivity are increasing dramatically worldwide. Children of low socioeconomic status and/or children of migrant background are especially at risk. In general, the overall effectiveness of school-based programs on health-related outcomes has been disappointing. A special gap exists for younger children and in high risk groups. This paper describes the rationale, design, curriculum, and evaluation of a multicenter preschool randomized intervention study conducted in areas with a high migrant population in two out of 26 Swiss cantons. Twenty preschool classes in the German (canton St. Gallen) and another 20 in the French (canton Vaud) part of Switzerland were separately selected and randomized to an intervention and a control arm by the use of opaque envelopes. The multidisciplinary lifestyle intervention aimed to increase physical activity and sleep duration, to reinforce healthy nutrition and eating behaviour, and to reduce media use. According to the ecological model, it included children, their parents and the teachers. The regular teachers performed the majority of the intervention and were supported by a local health promoter. The intervention included physical activity lessons, adaptation of the built infrastructure; promotion of regional extracurricular physical activity; playful lessons about nutrition, media use and sleep, funny homework cards and information materials for teachers and parents. It lasted one school year. Baseline and post-intervention evaluations were performed in both arms. Primary outcome measures included BMI and aerobic fitness (20 m shuttle run test). Secondary outcomes included total (skinfolds, bioelectrical impedance) and central (waist circumference) body fat, motor abilities (obstacle course, static and dynamic balance), physical activity and sleep duration (accelerometry and questionnaires), nutritional behaviour and food intake, media use, quality of life and signs of hyperactivity (questionnaires), attention and spatial working memory ability (two validated tests). Researchers were blinded to group allocation. The purpose of this paper is to outline the design of a school-based multicenter cluster randomized, controlled trial aiming to reduce body mass index and to increase aerobic fitness in preschool children in culturally different parts of Switzerland with a high migrant population. Trial Registration: (clinicaltrials.gov) NCT00674544.

Design and synthesis of efficient mac architectures for high speed decimal processor

Most of the commercial and financial data are stored in decimal fonn. Recently, support for decimal arithmetic has received increased attention due to the growing importance in financial analysis, banking, tax calculation, currency conversion, insurance, telephone billing and accounting. Performing decimal arithmetic with systems that do not support decimal computations may give a result with representation error, conversion error, and/or rounding error. In this world of precision, such errors are no more tolerable. The errors can be eliminated and better accuracy can be achieved if decimal computations are done using Decimal Floating Point (DFP) units. But the floating-point arithmetic units in today's general-purpose microprocessors are based on the binary number system, and the decimal computations are done using binary arithmetic. Only few common decimal numbers can be exactly represented in Binary Floating Point (BF P). ln many; cases, the law requires that results generated from financial calculations performed on a computer should exactly match with manual calculations. Currently many applications involving fractional decimal data perform decimal computations either in software or with a combination of software and hardware. The performance can be dramatically improved by complete hardware DFP units and this leads to the design of processors that include DF P hardware.VLSI implementations using same modular building blocks can decrease system design and manufacturing cost. A multiplexer realization is a natural choice from the viewpoint of cost and speed.This thesis focuses on the design and synthesis of efficient decimal MAC (Multiply ACeumulate) architecture for high speed decimal processors based on IEEE Standard for Floating-point Arithmetic (IEEE 754-2008). The research goal is to design and synthesize deeimal'MAC architectures to achieve higher performance.Efficient design methods and architectures are developed for a high performance DFP MAC unit as part of this research.

Performance analysis of FIR digital filter design: RNS versus traditional

Residue Number System (RNS) based Finite Impulse Response (FIR) digital filters and traditional FIR filters. This research is motivated by the importance of an efficient filter implementation for digital signal processing. The comparison is done in terms of speed and area requirement for various filter specifications. RNS based FIR filters operate more than three times faster and consumes only about 60% of the area than traditional filter when number of filter taps is more than 32. The area for RNS filter is increasing at a lesser rate than that for traditional resulting in lower power consumption. RNS is a nonweighted number system without carry propogation between different residue digits.This enables simultaneous parallel processing on all the digits resulting in high speed addition and multiplication in the RNS domain

“Design and Development of Coplanar Strip Fed Planar Antennas”

With the recent progress and rapid increase in the field of communication, the designs of antennas for small mobile terminals with enhanced radiation characteristics are acquiring great importance. Compactness, efficiency, high data rate capacity etc. are the major criteria for the new generation antennas. The challenging task of the microwave scientists and engineers is to design a compact printed radiating structure having broadband behavior along with good efficiency and enhanced gain. Printed antenna technology has received popularity among antenna scientists after the introduction of planar transmission lines in mid-seventies. When we view the antenna through a transmission line concept, the mechanism behind any electromagnetic radiator is quite simple and interesting. Any electromagnetic system with a discontinuity is radiating electromagnetic energy. The size, shape and orientation of the discontinuities control the radiation characteristics of the system such as radiation pattern, gain, polarization etc. It can be either resonant or non-resonant. This thesis deals with antennas that are developed from a class of transmission lines known as coplanar strip-CPS, a planar analogy of parallel pair transmission line. The specialty of CPS is its symmetric structure compared to other transmission lines, which makes the antenna structures developed from CPS quite simple for design and fabrication. The structural modifications on either metallic strip of CPS results in different antennas. The first part of the thesis discusses a single band and dual band design derived from open ended slot lines which are very much suitable for 2.4 and 5.2 GHz WLAN applications. The second section of the study is vectored into the development of enhanced gain dipoles. A single band dipole and a wide band enhanced gain dipole suitable for 5.2/5.8 GHZ band and imaging applications are developed and discussed. Last part of the thesis discusses the development of directional UWBs. Three different types of ultra-compact UWBs are developed and almost all the frequency domain and time domain analysis of the structures are discussed.

Jerim-320: A New 320-Bit Hash Function Compared To Hash Functions With Parallel Branches

This paper describes JERIM-320, a new 320-bit hash function used for ensuring message integrity and details a comparison with popular hash functions of similar design. JERIM-320 and FORK -256 operate on four parallel lines of message processing while RIPEMD-320 operates on two parallel lines. Popular hash functions like MD5 and SHA-1 use serial successive iteration for designing compression functions and hence are less secure. The parallel branches help JERIM-320 to achieve higher level of security using multiple iterations and processing on the message blocks. The focus of this work is to prove the ability of JERIM 320 in ensuring the integrity of messages to a higher degree to suit the fast growing internet applications