The use of arc-erosion as a patterning technique for transparent conductive materials

Within the framework of cost-effective patterning processes a novel technique that saves photolithographic processing steps, easily scalable to wide area production, is proposed. It consists of a tip-probe, which is biased with respect to a conductive substrate and slides on it, keeping contact with the material. The sliding tip leaves an insulating path (which currently is as narrow as 30 μm) across the material, which enables the drawing of tracks and pads electrically insulated from the surroundings. This ablation method, called arc-erosion, requires an experimental set up that had to be customized for this purpose and is described. Upon instrumental monitoring, a brief proposal of the physics below this process is also presented. As a result an optimal control of the patterning process has been acquired. The system has been used on different substrates, including indium tin oxide either on glass or on polyethylene terephtalate, as well as alloys like Au/Cr, and Al. The influence of conditions such as tip speed and applied voltage is discussed

Controle subótimo de manipuladores subatuados via redundância de atuação

Este trabalho apresenta uma metodologia de controle de posição das juntas passivas de um manipulador subatuado de uma maneira subótima. O termo subatuado se refere ao fato de que nem todas as juntas ou graus de liberdade do sistema serem equipados com atuadores, o que ocorre na prática devido a falhas ou como resultado de projeto. As juntas passivas de manipuladores desse tipo são indiretamente controladas pelo movimento das juntas ativas usando as características de acoplamento da dinâmica de manipuladores. A utilização de redundância de atuação das juntas ativas permite a minimização de alguns critérios, como consumo de energia, por exemplo. Apesar da estrutura cinemática de manipuladores subatuados ser idêntica a do totalmente atuado, em geral suas características dinâmicas diferem devido a presença de juntas passivas. Assim, apresentamos a modelagem dinâmica de um manipulador subatuado e o conceito de índice de acoplamento. Este índice é utilizado na seqüência de controle ótimo do manipulador. A hipótese de que o número de juntas ativas seja maior que o número de passivas permite o controle ótimo das juntas passivas, uma vez que na etapa de controle destas há mais entradas (torques nos atuadores das juntas ativas), que elementos a controlar (posição das juntas passivas). Neste ponto reside a contribuição desta tese ao estado da arte, uma vez que não há até o momento publicação que proponha o controle ótimo das juntas passivas neste caso.

Uma formulação por média-variância multi-período para o erro de rastreamento em carteiras de investimento.

Neste trabalho, deriva-se uma política de escolha ótima baseada na análise de média-variância para o Erro de Rastreamento no cenário Multi-período - ERM -. Referindo-se ao ERM como a diferença entre o capital acumulado pela carteira escolhida e o acumulado pela carteira de um benchmark. Assim, foi aplicada a metodologia abordada por Li-Ng em [24] para a solução analítica, obtendo-se dessa maneira uma generalização do caso uniperíodo introduzido por Roll em [38]. Em seguida, selecionou-se um portfólio do mercado de ações brasileiro baseado no fator de orrelação, e adotou-se como benchmark o índice da bolsa de valores do estado de São Paulo IBOVESPA, além da taxa básica de juros SELIC como ativo de renda fixa. Dois casos foram abordados: carteira composta somente de ativos de risco, caso I, e carteira com um ativo sem risco indexado à SELIC - e ativos do caso I (caso II).

Logic-Based Outer-Approximation Algorithm for Solving Discrete-Continuous Dynamic Optimization Problems

We present an extension of the logic outer-approximation algorithm for dealing with disjunctive discrete-continuous optimal control problems whose dynamic behavior is modeled in terms of differential-algebraic equations. Although the proposed algorithm can be applied to a wide variety of discrete-continuous optimal control problems, we are mainly interested in problems where disjunctions are also present. Disjunctions are included to take into account only certain parts of the underlying model which become relevant under some processing conditions. By doing so the numerical robustness of the optimization algorithm improves since those parts of the model that are not active are discarded leading to a reduced size problem and avoiding potential model singularities. We test the proposed algorithm using three examples of different complex dynamic behavior. In all the case studies the number of iterations and the computational effort required to obtain the optimal solutions is modest and the solutions are relatively easy to find.

Degrees of freedom and motor planning in purposive movement

This paper presents empirical evidence suggesting that healthy humans can perform a two degree of freedom visuo-motor pursuit tracking task with the same response time delay as a one degree of freedom task. In contrast, the time delay of the response is influenced markedly by the nature of the motor synergy required to produce it. We suggest a conceptual account of this evidence based on adaptive model theory, which combines theories of intermittency from psychology and adaptive optimal control from engineering. The intermittent response planning stage has a fixed period. It possesses multiple optimal trajectory generators such that multiple degrees of freedom can be planned concurrently, without requiring an increase in the planning period. In tasks which require unfamiliar motor synergies, or are deemed to be incompatible, internal adaptive models representing movement dynamics are inaccurate. This means that the actual response which is produced will deviate from the one which is planned. For a given target-response discrepancy, corrective response trajectories of longer duration are planned, consistent with the principle of speed-accuracy trade-off. Compared to familiar or compatible tasks, this results in a longer response time delay and reduced accuracy. From the standpoint of the intermittency approach, the findings of this study help make possible a more integral and predictive account of purposive action. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of knee joint angle on motor unit synchronization

Activity of the vasti has been argued to vary through knee range of movement due to changes in passive support of the patellofemoral joint and the relative contribution of these muscles to knee extension. Efficient function of the knee is dependent on optimal control of the patellofemoral joint, largely through coordinated activity of the medial and lateral quadriceps. Motor unit synchronization may provide a mechanism to coordinate the activity of vastus medialis (VMO) and vastus lateralis (VL), and may be more critical in positions of reduced passive support for the patellofemoral joint (i.e., full extension). Therefore, the aim of this study was to determine whether the degree of motor unit synchronization between the vasti muscles is dependent on joint angle. Electromyographic (EMG) recordings of single motor unit action potentials (MUAPs) were made from VMO and multiunit recordings from VL during isometric contractions of the quadriceps at 0 degrees, 30 degrees, and 60 degrees of knee flexion. The degree of synchronization between motor unit firing was evaluated by identification of peaks in the rectified EMG averages of VL, triggered from MUA-Ps in VMO. The proportion of cases in which there was a significant peak in the triggered averages was calculated. There was no significant difference in the degree of synchronization between the vasti at different knee angles (p = 0.57). These data suggest that this basic coordinative mechanism between the vasti muscles is controlled consistently throughout knee range of motion, and is not augmented at specific angles where the requirement for dynamic control of stability is increased. (D 2006 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc.

Sviluppo e Applicazione di Metodologie per l'Ottimizzazione di Sistemi Energetici

La riduzione dei consumi di combustibili fossili e lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico sono una questione di centrale importanza sia per l’industria che per la ricerca, a causa dei drastici effetti che le emissioni di inquinanti antropogenici stanno avendo sull’ambiente. Mentre un crescente numero di normative e regolamenti vengono emessi per far fronte a questi problemi, la necessità di sviluppare tecnologie a basse emissioni sta guidando la ricerca in numerosi settori industriali. Nonostante la realizzazione di fonti energetiche rinnovabili sia vista come la soluzione più promettente nel lungo periodo, un’efficace e completa integrazione di tali tecnologie risulta ad oggi impraticabile, a causa sia di vincoli tecnici che della vastità della quota di energia prodotta, attualmente soddisfatta da fonti fossili, che le tecnologie alternative dovrebbero andare a coprire. L’ottimizzazione della produzione e della gestione energetica d’altra parte, associata allo sviluppo di tecnologie per la riduzione dei consumi energetici, rappresenta una soluzione adeguata al problema, che può al contempo essere integrata all’interno di orizzonti temporali più brevi. L’obiettivo della presente tesi è quello di investigare, sviluppare ed applicare un insieme di strumenti numerici per ottimizzare la progettazione e la gestione di processi energetici che possa essere usato per ottenere una riduzione dei consumi di combustibile ed un’ottimizzazione dell’efficienza energetica. La metodologia sviluppata si appoggia su un approccio basato sulla modellazione numerica dei sistemi, che sfrutta le capacità predittive, derivanti da una rappresentazione matematica dei processi, per sviluppare delle strategie di ottimizzazione degli stessi, a fronte di condizioni di impiego realistiche. Nello sviluppo di queste procedure, particolare enfasi viene data alla necessità di derivare delle corrette strategie di gestione, che tengano conto delle dinamiche degli impianti analizzati, per poter ottenere le migliori prestazioni durante l’effettiva fase operativa. Durante lo sviluppo della tesi il problema dell’ottimizzazione energetica è stato affrontato in riferimento a tre diverse applicazioni tecnologiche. Nella prima di queste è stato considerato un impianto multi-fonte per la soddisfazione della domanda energetica di un edificio ad uso commerciale. Poiché tale sistema utilizza una serie di molteplici tecnologie per la produzione dell’energia termica ed elettrica richiesta dalle utenze, è necessario identificare la corretta strategia di ripartizione dei carichi, in grado di garantire la massima efficienza energetica dell’impianto. Basandosi su un modello semplificato dell’impianto, il problema è stato risolto applicando un algoritmo di Programmazione Dinamica deterministico, e i risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dall’adozione di una più semplice strategia a regole, provando in tal modo i vantaggi connessi all’adozione di una strategia di controllo ottimale. Nella seconda applicazione è stata investigata la progettazione di una soluzione ibrida per il recupero energetico da uno scavatore idraulico. Poiché diversi layout tecnologici per implementare questa soluzione possono essere concepiti e l’introduzione di componenti aggiuntivi necessita di un corretto dimensionamento, è necessario lo sviluppo di una metodologia che permetta di valutare le massime prestazioni ottenibili da ognuna di tali soluzioni alternative. Il confronto fra i diversi layout è stato perciò condotto sulla base delle prestazioni energetiche del macchinario durante un ciclo di scavo standardizzato, stimate grazie all’ausilio di un dettagliato modello dell’impianto. Poiché l’aggiunta di dispositivi per il recupero energetico introduce gradi di libertà addizionali nel sistema, è stato inoltre necessario determinare la strategia di controllo ottimale dei medesimi, al fine di poter valutare le massime prestazioni ottenibili da ciascun layout. Tale problema è stato di nuovo risolto grazie all’ausilio di un algoritmo di Programmazione Dinamica, che sfrutta un modello semplificato del sistema, ideato per lo scopo. Una volta che le prestazioni ottimali per ogni soluzione progettuale sono state determinate, è stato possibile effettuare un equo confronto fra le diverse alternative. Nella terza ed ultima applicazione è stato analizzato un impianto a ciclo Rankine organico (ORC) per il recupero di cascami termici dai gas di scarico di autovetture. Nonostante gli impianti ORC siano potenzialmente in grado di produrre rilevanti incrementi nel risparmio di combustibile di un veicolo, è necessario per il loro corretto funzionamento lo sviluppo di complesse strategie di controllo, che siano in grado di far fronte alla variabilità della fonte di calore per il processo; inoltre, contemporaneamente alla massimizzazione dei risparmi di combustibile, il sistema deve essere mantenuto in condizioni di funzionamento sicure. Per far fronte al problema, un robusto ed efficace modello dell’impianto è stato realizzato, basandosi sulla Moving Boundary Methodology, per la simulazione delle dinamiche di cambio di fase del fluido organico e la stima delle prestazioni dell’impianto. Tale modello è stato in seguito utilizzato per progettare un controllore predittivo (MPC) in grado di stimare i parametri di controllo ottimali per la gestione del sistema durante il funzionamento transitorio. Per la soluzione del corrispondente problema di ottimizzazione dinamica non lineare, un algoritmo basato sulla Particle Swarm Optimization è stato sviluppato. I risultati ottenuti con l’adozione di tale controllore sono stati confrontati con quelli ottenibili da un classico controllore proporzionale integrale (PI), mostrando nuovamente i vantaggi, da un punto di vista energetico, derivanti dall’adozione di una strategia di controllo ottima.

Representation of Neural Networks by Dynamical Systems

Representation of neural networks by dynamical systems is considered. The method of training of neural networks with the help of the theory of optimal control is offered.

Notes on the Solution of Dynamic Optimization Problems with Explicit Controls in Discrete-Time Economic Models

Йордан Йорданов, Андрей Василев - В работата се изследват методи за решаването на задачи на оптималното управление в дискретно време с безкраен хоризонт и явни управления. Дадена е обосновка на една процедура за решаване на такива задачи, базирана на множители на Лагранж, коята често се употребява в икономическата литература. Извеждени са необходимите условия за оптималност на базата на уравнения на Белман и са приведени достатъчни условия за оптималност при допускания, които често се използват в икономиката.

Work Fluctuations in Bosonic Josephson Junctions

We calculate the first two moments and full probability distribution of the work performed on a system of bosonic particles in a two-mode Bose-Hubbard Hamiltonian when the self-interaction term is varied instantaneously or with a finite-time ramp. In the instantaneous case, we show how the irreversible work scales differently depending on whether the system is driven to the Josephson or Fock regime of the bosonic Josephson junction. In the finite-time case, we use optimal control techniques to substantially decrease the irreversible work to negligible values. Our analysis can be implemented in present-day experiments with ultracold atoms and we show how to relate the work statistics to that of the population imbalance of the two modes.

Geometric Hamiltonian formulation of a variational problem depending on the covariant acceleration

We consider a second-order variational problem depending on the covariant acceleration, which is related to the notion of Riemannian cubic polynomials. This problem and the corresponding optimal control problem are described in the context of higher order tangent bundles using geometric tools. The main tool, a presymplectic variant of Pontryagin’s maximum principle, allows us to study the dynamics of the control problem.

Gait Regulation for Bipedal Locomotion

This work explores regulation of forward speed, step length, and slope walking for the passive-dynamic class of bipedal robots. Previously, an energy-shaping control for regulating forward speed has appeared in the literature; here we show that control to be a special case of a more general time-scaling control that allows for speed transitions in arbitrary time. As prior work has focused on potential energy shaping for fully actuated bipeds, we study in detail the shaping of kinetic energy for bipedal robots, giving special treatment to issues of underactuation. Drawing inspiration from features of human walking, an underactuated kinetic-shaping control is presented that provides efficient regulation of walking speed while adjusting step length. Previous results on energetic symmetries of bipedal walking are also extended, resulting in a control that allows regulation of speed and step length while walking on any slope. Finally we formalize the optimal gait regulation problem and propose a dynamic programming solution seeded with passive-dynamic limit cycles. Observations of the optimal solutions generated by this method reveal further similarities between passive dynamic walking and human locomotion and give insight into the structure of minimum-effort controls for walking.

MACVIA-ARIA Sentinel NetworK for allergic rhinitis (MASK-rhinitis): the new generation guideline implementation

Several unmet needs have been identified in allergic rhinitis: identification of the time of onset of the pollen season, optimal control of rhinitis and comorbidities, patient stratification, multidisciplinary team for integrated care pathways, innovation in clinical trials and, above all, patient empowerment. MASK-rhinitis (MACVIA-ARIA Sentinel NetworK for allergic rhinitis) is a simple system centred around the patient which was devised to fill many of these gaps using Information and Communications Technology (ICT) tools and a clinical decision support system (CDSS) based on the most widely used guideline in allergic rhinitis and its asthma comorbidity (ARIA 2015 revision). It is one of the implementation systems of Action Plan B3 of the European Innovation Partnership on Active and Healthy Ageing (EIP on AHA). Three tools are used for the electronic monitoring of allergic diseases: a cell phone-based daily visual analogue scale (VAS) assessment of disease control, CARAT (Control of Allergic Rhinitis and Asthma Test) and e-Allergy screening (premedical system of early diagnosis of allergy and asthma based on online tools). These tools are combined with a clinical decision support system (CDSS) and are available in many languages. An e-CRF and an e-learning tool complete MASK. MASK is flexible and other tools can be added. It appears to be an advanced, global and integrated ICT answer for many unmet needs in allergic diseases which will improve policies and standards.

Shortcuts to adiabaticity in the double well

123 p.

Effects of gestational and postnatal exposure to chronic intermittent hypoxia on diaphragm muscle contractile function in the rat

Alterations to the supply of oxygen during early life presents a profound stressor to physiological systems with aberrant remodeling that is often long-lasting. Chronic intermittent hypoxia (CIH) is a feature of apnea of prematurity, chronic lung disease, and sleep apnea. CIH affects respiratory control but there is a dearth of information concerning the effects of CIH on respiratory muscles, including the diaphragm—the major pump muscle of breathing. We investigated the effects of exposure to gestational CIH (gCIH) and postnatal CIH (pCIH) on diaphragm muscle function in male and female rats. CIH consisted of exposure in environmental chambers to 90 s of hypoxia reaching 5% O2 at nadir, once every 5 min, 8 h a day. Exposure to gCIH started within 24 h of identification of a copulation plug and continued until day 20 of gestation; animals were studied on postnatal day 22 or 42. For pCIH, pups were born in normoxia and within 24 h of delivery were exposed with dams to CIH for 3 weeks; animals were studied on postnatal day 22 or 42. Sham groups were exposed to normoxia in parallel. Following gas exposures, diaphragm muscle contractile, and endurance properties were examined ex vivo. Neither gCIH nor pCIH exposure had effects on diaphragm muscle force-generating capacity or endurance in either sex. Similarly, early life exposure to CIH did not affect muscle tolerance of severe hypoxic stress determined ex vivo. The findings contrast with our recent observation of upper airway dilator muscle weakness following exposure to pCIH. Thus, the present study suggests a relative resilience to hypoxic stress in diaphragm muscle. Co-ordinated activity of thoracic pump and upper airway dilator muscles is required for optimal control of upper airway caliber. A mismatch in the force-generating capacity of the complementary muscle groups could have adverse consequences for the control of airway patency and respiratory homeostasis.