Bio-inspired autonomous visual vertical control of a quadrotor UAV

Near ground maneuvers, such as hover, approach and landing, are key elements of autonomy in unmanned aerial vehicles. Such maneuvers have been tackled conventionally by measuring or estimating the velocity and the height above the ground often using ultrasonic or laser range finders. Near ground maneuvers are naturally mastered by flying birds and insects as objects below may be of interest for food or shelter. These animals perform such maneuvers efficiently using only the available vision and vestibular sensory information. In this paper, the time-to-contact (Tau) theory, which conceptualizes the visual strategy with which many species are believed to approach objects, is presented as a solution for Unmanned Aerial Vehicles (UAV) relative ground distance control. The paper shows how such an approach can be visually guided without knowledge of height and velocity relative to the ground. A control scheme that implements the Tau strategy is developed employing only visual information from a monocular camera and an inertial measurement unit. To achieve reliable visual information at a high rate, a novel filtering system is proposed to complement the control system. The proposed system is implemented on-board an experimental quadrotor UAV and shown not only to successfully land and approach ground, but also to enable the user to choose the dynamic characteristics of the approach. The methods presented in this paper are applicable to both aerial and space autonomous vehicles.

Applying robust control theory to solve problems in bio-medical sciences: study of an apoptotic model

Biological models of an apoptotic process are studied using models describing a system of differential equations derived from reaction kinetics information. The mathematical model is re-formulated in a state-space robust control theory framework where parametric and dynamic uncertainty can be modelled to account for variations naturally occurring in biological processes. We propose to handle the nonlinearities using neural networks.

Marine protected areas in artisanal fisheries: a spatial bio-economic model based on observations in Costa Rica and Tanzania

In many lower-income countries, the establishment of marine protected areas (MPAs) involves significant opportunity costs for artisanal fishers, reflected in changes in how they allocate their labor in response to the MPA. The resource economics literature rarely addresses such labor allocation decisions of artisanal fishers and how, in turn, these contribute to the impact of MPAs on fish stocks, yield, and income. This paper develops a spatial bio-economic model of a fishery adjacent to a village of people who allocate their labor between fishing and on-shore wage opportunities to establish a spatial Nash equilibrium at a steady state fish stock in response to various locations for no-take zone MPAs and managed access MPAs. Villagers’ fishing location decisions are based on distance costs, fishing returns, and wages. Here, the MPA location determines its impact on fish stocks, fish yield, and villager income due to distance costs, congestion, and fish dispersal. Incorporating wage labor opportunities into the framework allows examination of the MPA’s impact on rural incomes, with results determining that win-wins between yield and stocks occur in very different MPA locations than do win-wins between income and stocks. Similarly, villagers in a high-wage setting face a lower burden from MPAs than do those in low-wage settings. Motivated by issues of central importance in Tanzania and Costa Rica, we impose various policies on this fishery – location specific no-take zones, increasing on-shore wages, and restricting MPA access to a subset of villagers – to analyze the impact of an MPA on fish stocks and rural incomes in such settings.

Bio-fabrication and physiological self-release of tissue equivalents using smart peptide amphiphile templates

In this study we applied a smart biomaterial formed from a self-assembling, multi-functional synthetic peptide amphiphile (PA) to coat substrates with various surface chemistries. The combination of PA coating and alignment-inducing functionalised substrates provided a template to instruct human corneal stromal fibroblasts to adhere, become aligned and then bio-fabricate a highlyordered, multi-layered, three-dimensional tissue by depositing an aligned, native-like extracellular matrix. The newly-formed corneal tissue equivalent was subsequently able to eliminate the adhesive properties of the template and govern its own complete release via the action of endogenous proteases. Tissues recovered through this method were structurally stable, easily handled, and carrier-free. Furthermore, topographical and mechanical analysis by atomic force microscopy showed that tissue equivalents formed on the alignment-inducing PA template had highly-ordered, compact collagen deposition, with a two-fold higher elastic modulus compared to the less compact tissues produced on the non-alignment template, the PA-coated glass. We suggest that this technology represents a new paradigm in tissue engineering and regenerative medicine, whereby all processes for the biofabrication and subsequent self-release of natural, bioprosthetic human tissues depend solely on simple templatetissue feedback interactions.

Bio-inspired ant colony optimization based clustering algorithm with mobile sinks for applications in consumer home automation networks

With the fast development of wireless communications, ZigBee and semiconductor devices, home automation networks have recently become very popular. Since typical consumer products deployed in home automation networks are often powered by tiny and limited batteries, one of the most challenging research issues is concerning energy reduction and the balancing of energy consumption across the network in order to prolong the home network lifetime for consumer devices. The introduction of clustering and sink mobility techniques into home automation networks have been shown to be an efficient way to improve the network performance and have received significant research attention. Taking inspiration from nature, this paper proposes an Ant Colony Optimization (ACO) based clustering algorithm specifically with mobile sink support for home automation networks. In this work, the network is divided into several clusters and cluster heads are selected within each cluster. Then, a mobile sink communicates with each cluster head to collect data directly through short range communications. The ACO algorithm has been utilized in this work in order to find the optimal mobility trajectory for the mobile sink. Extensive simulation results from this research show that the proposed algorithm significantly improves home network performance when using mobile sinks in terms of energy consumption and network lifetime as compared to other routing algorithms currently deployed for home automation networks.

Tibouchina pulchra (Cham.) Cogn., a native Atlantic Forest species, as a bio-indicator of ozone: Visible injury

Tibouchina pulchra saplings were exposed to carbon filtered air (CF), ambient non-filtered air (NF) and ambient non-filtered air + 40 ppb ozone (NF + O-3) 8 h per day during two months. The AOT40 values at the end of the experiment were 48, 910 and 12,895 ppb h(-1), respectively, for the three treatments. After 25 days of exposure (AOT40=3871 ppb h(-1)), interveinal red stippling appeared in plants in the NF + O-3 chamber. In the NF chamber, symptoms were observed only after 60 days of exposure (AOT40 = 910 ppb h(-1)). After 60 days, injured leaves per plant corresponded to 19% in NF + O-3 and 1% in the NF treatment; and the average leaf area injured was 7% within the NF + O-3 and 0.2% within the NF treatment. The extent of leaf area injured (leaf injury index) was mostly explained by the accumulated exposure of ozone (r(2) = 0.89; p < 0.05). (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Carbon nanotubes in nanostructured films: Potential application as amperometric and potentiometric field-effect (bio-)chemical sensors

The assembly of carbon nanotubes (CNTs) into nanostructured films is attractive for producing functionalized hybrid materials and (bio-)chemical sensors, but this requires experimental methods that allow for control of molecular architecturcs. In this study, we exploit the layer-by-layer (LbL) technique to obtain two types of sensors incorporating CNTs. In the first, LbL films of alternating layers of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) dispersed in polyarninoamide (PAMAM) dendrimers and nickel phthalocyanine (NiTsPc) were used in amperometric detection of the neurotransmitter dopamine (DA). The electrochemical properties evaluated with cyclic voltammetry indicated that the incorporation of MWNTs in the PAMAM-NT/NiTsPc LbL films led to a 3-fold increase in the peak current, in addition to a decrease of 50 mV in the oxidation potential of DA. The latter allowed detection of DA even in the presence of ascorbic acid (AA), a typical interferent for DA. Another LbL film was obtained with layers of PAMAM and single-walled carbon nanotubes (SWNTs) employed in field-effect-devices using a capacitive electrolyte-insulator-semiconductor structure (EIS). The adsorption of the film components was monitored by measuring the flat-band voltage shift in capacitance-voltage (C-P) curves, caused by the charges from the components. Constant capacitance (ConCap) measurements showed that the EISPAMAM/SWNT film displayed a high pH sensitivity (ca. 54.5 mV/pH), being capable of detecting penicillin G between 10(-4) mol L(-1) and 10(-2) mol L-1, when a layer of penicillinase was adsorbed atop the PAMAM/SWNT film. (C) 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Zr- AND Ba-RICH MINERALS FROM THE PONTE NOVA ALKALINE MAFIC-ULTRAMAFIC MASSIF, SOUTHEASTERN BRAZIL: INDICATION OF AN ENRICHED MANTLE SOURCE

Zirconium- and Ba-rich minerals are found in gabbroic rocks from the Ponte Nova alkaline mafic-ultramafic massif in southeastern Brazil. The unusual mineralogical assemblage includes zirconolite, baddeleyite, Ba-rich alkali feldspar, and Ba- and Ti-rich biotite. Zirconolite of the Ponte Nova massif has higher levels of Zr (up to 1.172 apfu) than those registered in other terrestrial rocks and a prominent enrichment in the light rare-earth elements. Baddeleyite contains small quantities of Hf, Ti, and Fe. The Ba-rich alkali feldspar and Ba- and Ti-rich biotite contain up to 9.25 and 7.35 wt% BaO, respectively, and the biotite contains up to 12.01 wt% TiO(2). In the different intrusions of the Ponte Nova massif, such an unusual assemblage typifies the residual magma after the crystallization of clinopyroxene and olivine from previously enriched basanitic parental magma. The different trends of enrichments in REE and Th + U found for zirconolite of the intrusions of the Ponte Nova massif provide a better understanding of the variable degrees of enrichment of incompatible elements of the distinct gabbroic bodies. A lithospheric mantle source enriched in incompatible elements by the metasomatic action of volatile-rich fluids and with the presence of phlogopite or amphibole (or both) and other minor accessory phases could explain the presence of the Zr- and Ba-rich minerals in this gabbroic massif.

Equal Couples in Equal Houses : Cultural perspectives on Swedish solar and bio-pellet heating design

Knowing how to design a heating system that will work mechanically is quite different from knowling how to design a system that users perceive as responsive to their domestic practices and values. In this chapter, social anthropologist Henning argues that the challenge for designers involved in the development or marketing of green buildings with heating systems that are based on renewable sources of energy is to see things from the perspective of those who are supposed to live in these buildings. The chapter focuses on three culture-specific aspects of Swedish households and single-family houses: perceptions of house and home, of private and public space, and of male and female space. Through these three angles, some clues are given as to how design, performance and location of solar and bio-pellet heating systems could be made to resonate with predominant experiences, habits and ways of thinking among both men and women.

In Bio-Fuel We Trust

In bio-fuel we trust. Or do we? In this chapter, ethnographic material from Sweden is used to discuss ways sin which trust may influence the choice of bio-fuel for heating purposes. The meaning and substance of trust or distrust, as well as the very conditions for trust, are elaborated on in relation to solar and bio-pellet systems, district heating with bio-fuel, and traditional fireplaces. An important conclusion of this chapter is that the degree to which people perceive others as being like themselves or not tends to be decisive for whether these others are to be trusted, and therefore worth listening to. The context and situation in which a certain heating system is being chosen does not only involve trust in individuals, however, but in companies and the authorities, as well as in the arterfacts themselves. An example is given on how distrust of district heating companies led house owners to reject an offer of district heating despite the comfort and environmental benefit this could have provided. it is shown how this distrust might be resolved by making the rhythm of households and sitrict heating companies more in step with one another. The strong emotional attachment to and deep-felt trust in the traditional fireplace is also analysed, and a question is put forward as to whether these feelings could be transferred to modern bio-pellet stoves. Finally, our great and assured trust in bio-fuel as a main solution to global climate change is shortly commented upon and partly questioned.

Kombinerade bio- och solvärmesystem : Handbok för systemutformning

Syftet med denna skrift är att sammanställa den kunskap som finns beträffande kombinerade pellet- och solvärmesystem för att på så sätt stödja företagen i deras systemutveckling. Denna skrift behandlar erfarenheter som gjorts inom forskning på sol och pellet och omsätter dessa i praktiska råd för systemutformning. Förslag ges på systemutformning, olika tekniska lösningar samt hur systemen bör styras.När solvärme och pellet skall kombineras finns det många möjligheter att koppla ihop systemen. Det finns olika traditioner i olika länder, vilket gör att systemlösningarna varierar från land till land. En generell slutsats är dock att konventionella svenska pannor med inbyggd varmvattenberedning inte är lämpliga i konventionella solvärmesystem. Det ger komplicerade systemlösningar och det är svårt att åstadkomma bra skiktning i tanken.I ett solvärmesystem är det viktigt att tanken kan laddas ur på ett sådant sätt att kraftig skiktning erhålls. Det betyder att tankens botten skall kylas ner till temperaturen på ingående kallvatten och att tankens mellersta del skall kylas till samma temperatur som radiatorreturen. Om solfångaren även vintertid kan arbeta med att förvärma kallvatten av 10 till 20ºC fås en betydligt bättre verkningsgrad på solfångaren än om radiator returen skall förvärmas, som i bästa fall ligger på en temperaturnivå på mellan 30 och 40ºC. Av denna anledning skall radiator returen placeras en bra bit upp från botten i ackumulatortanken och tappvattnet skall förvärmas i en slinga som börjar i tankens botten. Om det finns ett VVC-system måste systemet anslutas på ett speciellt sätt så att inte tankens skiktning störs.En annan viktig parameter i tankens utformning är att värmeförlusterna hålls låga, detta är viktigt för att klara tappvattenlasten mulna perioder och för att hålla energianvändningen låg. I moderna hus där tanken placeras i boutrymmet blir det också en komfortfråga för att undvika över-temperaturer i rummet där tanken placeras. För att få en bra isolering måste man se till att det finns ett lufttätt skikt över hela isoleringen som dessutom sluter tätt mot röranslutningar. Ofrivillig själv-cirkulation i anslutande kretsar som kan kyla av och blanda om ackumulatortanken skall förhindras med backventiler.Vid design av solfångarkretsen måste överhettning och stagnation kunna klaras utan glykolnedbrytning eller andra skador. Partiell förångning innebär att man låter solfångaren koka på ett kontrollerat sätt så att endast ånga blir kvar i solfångaren. Vätska samlas i ett större expansionskärl och systemet återfylls när vätskan kondenserar. Dränerande system med enbart vatten är också en möjlighet, men kräver större noggrannhet vid installationen så att sönderfrysning undviks.Pelletkaminer (luftburna) ger god komfort och lågt elbehov i direktelvärmda hus med öppen planlösning, dvs. om värmen från kaminen kan spridas till alla rum utan att behöva passera genom mer än en dörröppning. Även i lågenergihus kan den luftburna kaminen vara lämplig. I hus med mer sluten planlösning krävs en vattenmantlad kamin med hög andel värme till vattenkretsen och ett vattenburet värmesystem. Det är viktigt att sådana system utformas korrekt för att komforten skall bli hög och elanvändningen låg. Brukarens aspekter och komfortkrav måste beaktas vid användning av kaminer, eftersom det krävs en temperaturskillnad mellan olika rum för att få värmespridning från det rum där kaminen är placerad.

Underlag för utökad besiktning av bio- och solvärmesystem : Formulär med analyshjälp

Det är svårt att på ett genomarbetat sätt, kontrollera en solvärmeanläggning som är i drift och det blir svårare när solvärmesystemet skall samverka med en biobränsleanläggning, som har sina speciella egenheter. Det enklaste och, som det kan tyckas, bästa sättet att kontrollera om en solvärmeanläggning fungerar, är att beräkna utifrån en värmemängdsmätare, som förhoppningsvis finns i anläggningen, hur mycket energi per m2 aktiv area som solfångaren har producerat per år. Om produktionen ligger mellan 300 – 350 kWh/m2 så är det bra. Det är dock så att en solvärmeanläggning borde kunna producera betydligt mer värme om den bara ges lite bättre förutsättning eller att den faktiskt kan ge mindre, men ändå uppfylla de krav som ställdes. Det behöver inte nödvändigtvis vara antalet producerade solfångar-kWh värme som är högt utan det viktigaste kanske är att antalet inbesparade kWh biobränsle är många. För att kunna få ett grepp om hur en solvärmeanläggning fungerar i sitt sammanhang så bör det totala systemet redovisas framför allt med avseende på: -Värmedistributionssystemets uppbyggnad. Var och när finns kallt vatten som ska värmas samt hur mycket.-Energi- och effektnivåer för olika delar av systemet och fram för allt under sommaren-Vilka pannor och bränslen som används, framför allt med betoning på reglerbarhetSolvärmekretsen, som inte är speciellt annorlunda utformad än i andra lite större solvärmeanläggningar ges i den här rapporten relativt stort utrymme, eftersom den samlade kompetensen bland de som gör besiktningar och kontroller inte är så hög. De delar som berörs mest är:-Trycket i solvärmeanläggningen med avseende på expansionskärlets förtryck, systemets uppfyllnadstryck och driftsfunktioner-Flödet i anläggningen som inriktar sig på luftmedryckning, flödesfördelning och vanliga flödeshastigheter-Solfångarnas energi- och värmeeffektproduktionHuvuddelen av underlagsmaterialet bör ha samlats in före besöket, genom att försöka få tag på:-Förstudier för solvärme- och pannanläggning-Förfrågningsunderlag för i första hand solvärmeanläggningen-Driftstatistik-Data på hur det totala systemet ser ut.Dessa data bör bearbetas innan besöket på plats vilket skall inkludera en genomgång av driftsansvarig vilket kompletteras med en guidad tur genom anläggningen. Besöket bör också vara förberett hos driftsansvariga så att stegar för att komma åt solfångarna finns framtagna och de säkerhetsselar som skall finnas vid okulär inspektion finns tillgängliga. Efter avslutad på platsen kontroll ska en besiktningsrapport skrivas. Mycket underlagsberäkningar ska skickas med som bilaga samt en lista med punkter som syftar till att få en effektivare sol- och biobränsleanläggning.

För Sverige i framtiden : Bio-objektifiering av ny medicinsk teknologi

Taking Sweden into the future – Bio-objectification of new medical technology In this article, we analyze how contemporary discursive silences around new biotechnologies such as cybrids and induced pluripotent stem cells (iPSC), have been enabled by earlier policy processes in the area, e.g. boundary work around what is human and non-human, living and non-living, subject and object. The analysis of policy processes around xenotransplantations and the use of human embryonic stem cells, shows that the stem cells’ and xenografts’ “bio-identities” become stabilized through high expectations for the future, a lack of therapeutic possibilities and struggles over definitions of life. The policy processes around human embryonic stem cells and organs from other animals, are characterized by a normalization of certain understandings of ”life”, trust in scientific progress and it’s national financial potentials and a categorization of criticism as irrational. Through these “bio-objectification processes”, debate and decision making has been moved from a political and public context into ethical committees and research funding bodies. The article concludes by discussing consequences of this political non-handling of biomedical technologies and how these bioobjects could be re-politicized.

Marknadspotential för bio- och solvärmesystem

I denna rapport analyseras marknaden för kombinerade sol- och pelletsystem, medfokus på småhus. Syftet är att presentera antalet objekt inom olika kategorier av husoch värmesystem som kan vara intressanta för konvertering till bio-sol system samtatt ge en uppskattning av årliga uppvärmningsbehov inom respektive kategori. Energistatistik från Statistiska centralbyrån (SCB) har använts i kombination medtidigare studier av byggnadsbestånd och byggnadsutformning. Dessutom harinformation inhämtats från olika branschorganisationer. Från föreliggande genomgång står det klart att den största potentialen för bio-solsystem finns på villamarknaden både för helt nya system och för kompletteringar tillbefintliga system. År 2006 fanns det 775 000 småhus med vattenburen värme varav ca183 000 hade vattenburen el. Uppskattningsvis fanns 109 000 småhus med bådevattenburen el och lokaleldstad för biobränsle och ca 118 000 hus bedöms ha haftmöjlighet till oljeeldning (denna grupp har troligtvis minskat ytterligare efter 2006).Bland de elvärmda husen finns också ca 102 000 småhus med frånluftvärmepumpareller luft/vattenvärmepumpar. 365 000 av husen hade en biobränslepanna. Därtillkommer 504 000 hus med direktelvärme, varav ca 292 000 med lokaleldstad. Medelförbrukningen för uppvärmning och varmvatten för hus som enbart värms medolja är ca 27 MWh/år, medan motsvarande värde för småhus med vattenburen el är ca15 MWh/år. Småhusen med direktel använder ca 12 MWh/år för uppvärmning ochvarmvatten. Det betyder att ekonomin blir betydligt sämre vid konvertering avelvärmda hus jämfört med oljekonvertering, eftersom energibehovet är lägre samt attinstallationskostnaden kan vara högre. En uppskattning av antalet komponenter som inom 10 år kan komma att installeras idessa hus är 213 000 solfångare, 108 000 ackumulatortankar, 106 000 skorstenar,84 000 luftburna pelletkaminer och varmvattenberedare, 40 000 vattenmantladekaminer och 28 000 pannrumspannor. Dessutom tillkommer en utbytesmarknad,kanske speciellt bland husen med biobränslepanna, där gamla pannor byts ut elleräldre människor som tidigare orkat elda med ved till slut byter till pelleteldning. Av nybyggda villor uppvärms ca 30 % med el i kombination med biobränsle(troligtvis lokaleldstad) och ungefär lika stor andel värms med enbart vattenburen el(antagligen ofta kompletterat med frånluftvärmepump). Det borde vara av intresse attredan vid nybyggnationen få in integrerade solfångare och pelleteldning i störreutsträckning i nya hus och det kan bli lättare efter att byggreglerna ändras den 1:ajanuari 2010 med en skärpning av kraven för nybyggda hus som använder el föruppvärmning, alltså även el till värmepumpar. Potentialen för bio-solsystem till flerbostadshus och lokaler är begränsad då 86 % avflerbostadshusen och nära 70 % av lokalerna värms med fjärrvärme. Det fanns år2006 ca 6200 lokaler med oljeeldning, 4600 lokaler med vattenburen elvärme och5700 lokaler med direktverkande elvärme. I lokalerna som redovisas av SCB ingårinte tillverkande industri. För lägenheter i flerbostadshus gäller att ca 42 000lägenheter värms med enbart olja, 44 000 lägenheter med olja och värmepump,48 000 lägenheter använder direktel och 31 000 lägenheter vattenburen el.