ASYM20: a program for force constant and normal coordinate calculations, with a critical review of the theory involved

The theory of harmonic force constant refinement calculations is reviewed, and a general-purpose program for force constant and normal coordinate calculations is described. The program, called ASYM20. is available through Quantum Chemistry Program Exchange. It will work on molecules of any symmetry containing up to 20 atoms and will produce results on a series of isotopomers as desired. The vibrational secular equations are solved in either nonredundant valence internal coordinates or symmetry coordinates. As well as calculating the (harmonic) vibrational wavenumbers and normal coordinates, the program will calculate centrifugal distortion constants, Coriolis zeta constants, harmonic contributions to the α′s. root-mean-square amplitudes of vibration, and other quantities related to gas electron-diffraction studies and thermodynamic properties. The program will work in either a predict mode, in which it calculates results from an input force field, or in a refine mode, in which it refines an input force field by least squares to fit observed data on the quantities mentioned above. Predicate values of the force constants may be included in the data set for a least-squares refinement. The program is written in FORTRAN for use on a PC or a mainframe computer. Operation is mainly controlled by steering indices in the input data file, but some interactive control is also implemented.

The calculation of force constants and normal co-ordinates--VII Normal co-ordinates in the E species of allene

Force constant and normal co-ordinate calculations are reported for the E species vibrations of the allene molecule. Data on the fundamental vibration frequencies of allene-h4, allene-d4 and allene-1.1-d2 and on the five experimentally determined Coriolis zeta constants of C3H4 and C3D4, were used in a force constant refinement procedure. Allowing for product and sum rules this gives 21 independent data which were used to refine to the most general harmonic force field (10 parameters) with one constraint (in the absence of any constraints the refinement was not satisfactory). The results have been used to calculate the complete ζz Coriolis interaction matrix for the allene-1.1-d2 molecule, and hence to calculate the expected rotational structure of the perpendicular bending vibrations of this molecule; the good agreement obtained with the observed spectra is a check on our results.

Extracting and validating force fields for disordered polymeric materials from neutron scattering data

We present a new approach that allows the determination and refinement of force field parameters for the description of disordered macromolecular systems from experimental neutron diffraction data obtained over a large Q range. The procedure is based on tight coupling between experimentally derived structure factors and computer modelling. By separating the potential into terms representing respectively bond stretching, angle bending and torsional rotation and by treating each of them separately, the various potential parameters are extracted directly from experiment. The procedure is illustrated on molten polytetrafluoroethylene.

Extracting force fields for disordered polymeric materials from neutron scattering data

We present a new approach that allows the determination of force-field parameters for the description of disordered macromolecular systems from experimental neutron diffraction data obtained over a large Q range. The procedure is based on a tight coupling between experimentally derived structure factors and computer modelling. We separate the molecular potential into non-interacting terms representing respectively bond stretching, angle bending and torsional rotation. The parameters for each of the potentials are extracted directly from experimental data through comparison of the experimental structure factor and those derived from atomistic level molecular models. The viability of these force fields is assessed by comparison of predicted large-scale features such as the characteristic ratio. The procedure is illustrated on molten poly(ethylene) and poly(tetrafluoroethylene).

Revealing atomic-scale details in the force fields above carbonate surfaces

Diese Arbeit stellt eine ausführliche Studie fundamentaler Eigenschaften der Kalzit CaCO3(10.4) und verwandter Mineraloberflächen dar, welche nicht nur durch die Verwendung von Nichtkontakt Rasterkraftmikroskopie, sondern hauptsächlich durch die Messung von Kraftfeldern ermöglicht wurde. Die absolute Oberflächenorientierung sowie der hierfür zugrundeliegende Prozess auf atomarer Skala konnten erfolgreich für die Kalzit (10.4) Oberfläche identifiziert werden.rnDie Adsorption chiraler Moleküle auf Kalzit ist relevant im Bereich der Biomineralisation, was ein Verständnis der Oberflächensymmetrie unumgänglich macht. Die Messung des Oberflächenkraftfeldes auf atomarer Ebene ist hierfür ein zentraler Aspekt. Eine solche Kraftkarte beleuchtet nicht nur die für die Biomineralisation wichtige Wechselwirkung der Oberfläche mit Molekülen, sondern enthält auch die Möglichkeit, Prozesse auf atomarer Skala und damit Oberflächeneigenschaften zu identifizieren.rnDie Einführung eines höchst flexiblen Messprotokolls gewährleistet die zuverlässige und kommerziell nicht erhältliche Messung des Oberflächenkraftfeldes. Die Konversion der rohen ∆f Daten in die vertikale Kraft Fz ist jedoch kein trivialer Vorgang, insbesondere wenn Glätten der Daten in Frage kommt. Diese Arbeit beschreibt detailreich, wie Fz korrekt für die experimentellen Bedingungen dieser Arbeit berechnet werden können. Weiterhin ist beschrieben, wie Lateralkräfte Fy und Dissipation Γ erhalten wurden, um das volle Potential dieser Messmethode auszureizen.rnUm Prozesse auf atomarer Skala auf Oberflächen zu verstehen sind die kurzreichweitigen, chemischen Kräfte Fz,SR von größter Wichtigkeit. Langreichweitige Beiträge müssen hierzu an Fz angefittet und davon abgezogen werden. Dies ist jedoch eine fehleranfällige Aufgabe, die in dieser Arbeit dadurch gemeistert werden konnte, dass drei unabhängige Kriterien gefunden wurden, die den Beginn zcut von Fz,SR bestimmen, was für diese Aufgabe von zentraler Bedeutung ist. Eine ausführliche Fehleranalyse zeigt, dass als Kriterium die Abweichung der lateralen Kräfte voneinander vertrauenswürdige Fz,SR liefert. Dies ist das erste Mal, dass in einer Studie ein Kriterium für die Bestimmung von zcut gegeben werden konnte, vervollständigt mit einer detailreichen Fehleranalyse.rnMit der Kenntniss von Fz,SR und Fy war es möglich, eine der fundamentalen Eigenschaften der CaCO3(10.4) Oberfläche zu identifizieren: die absolute Oberflächenorientierung. Eine starke Verkippung der abgebildeten Objekte

Low dimensionality of supraspinally induced force fields

Recent experiments using electrical and N-methyl-d-aspartate microstimulation of the spinal cord gray matter and cutaneous stimulation of the hindlimb of spinalized frogs have provided evidence for a modular organization of the frog’s spinal cord circuitry. A “module” is a functional unit in the spinal cord circuitry that generates a specific motor output by imposing a specific pattern of muscle activation. The output of a module can be characterized as a force field: the collection of the isometric forces generated at the ankle over different locations in the leg’s workspace. Different modules can be combined independently so that their force fields linearly sum. The goal of this study was to ascertain whether the force fields generated by the activation of supraspinal structures could result from combinations of a small number of modules. We recorded a set of force fields generated by the electrical stimulation of the vestibular nerve in seven frogs, and we performed a principal component analysis to study the dimensionality of this set. We found that 94% of the total variation of the data is explained by the first five principal components, a result that indicates that the dimensionality of the set of fields evoked by vestibular stimulation is low. This result is compatible with the hypothesis that vestibular fields are generated by combinations of a small number of spinal modules.

Position information but not force information is used in adapting to changes in environmental dynamics

This study investigated how movement error is evaluated and used to change feedforward commands following a change in the environmental dynamics. In particular, we addressed the question of whether only position-error information is used or whether information about the force-field direction can also be used for rapid adaptation to changes in the environmental dynamics. Subjects learned to move in a position-dependent force field (PF) with a parabolic profile and the dynamics of a negative spring, which produced lateral force to the left of the target hand path. They adapted very rapidly, dramatically reducing lateral error after a single trial. Several times during training, the strength of the PF was unexpectedly doubled (PF2) for two trials. This again created a large leftward deviation, which was greatly reduced on the second PF2 trial, and an aftereffect when the force field subsequently returned to its original strength. The aftereffect was abolished if the second PF2 trial was replaced by an oppositely directed velocity-dependent force field (VF). During subsequent training in the VF, immediately after having adapted to the PF, subjects applied a force that assisted the force field for similar to 15 trials, indicating that they did not use information about the force-field direction. We concluded that the CNS uses only the position error for updating the internal model of the environmental dynamics and modifying feedforward commands. Although this strategy is not necessarily optimal, it may be the most reliable strategy for iterative improvement in performance.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

The current context of Queensland primary teacher engagement with professional learning through professional associations

Engaging Queensland primary teachers in professional associations can be a challenge, particularly for subject-specific associations. Professional associations are recognised providers of professional learning. By not being involved in professional associations primary teachers are missing potential quality professional learning opportunities that can impact the results of their students. The purpose of the research is twofold: Firstly, to provide a thorough understanding of the current context in order to assist professional associations who wish to change from their current level of primary teacher engagement; and secondly, to contribute to the literature in the area of professional learning for primary teachers within professional associations. Using a three part research design, interviews of primary teachers and focus groups of professional association participants and executives were conducted and themed to examine the current context of engagement. Force field analysis was used to provide the framework to identify the driving and restraining forces for primary teacher engagement in professional learning through professional associations. Communities of practice and professional learning communities were specifically examined as potential models for professional associations to consider. The outcome is a diagrammatic framework outlining the current context of primary teacher engagement, specifically the driving and restraining forces of primary teacher engagement with professional associations. This research also identifies considerations for professional associations wishing to change their level of primary teacher engagement. The results of this research show that there are key themes that provide maximum impact if wishing to increase engagement of primary teachers in professional associations. However the implications of this lies with professional associations and their alignment between intent and practice dedicated to this change.

The implementation of a guideline of care for patients with a Sengstaken-Blakemore tube in situ in a general intensive care unit using transitional change theory

The use of the Sengstaken–Blakemore tube as a life-saving treatment for bleeding oesophageal varices is slowly becoming the least preferred method possibly due to the potential complications associated with its placement. Nursing practice pertaining to the care of this patient group appears ad hoc and reliant on local knowledge and experience as opposed to recognised evidence of best practice. Therefore, this paper focuses on the application of Lewin's transitional change theory used to introduce a change in nursing practice with the application of a guideline to enhance the care of patients with a Sengstaken–Blakemore tube in situ within a general intensive care unit. This method identified some of the complexities surrounding the change process including the driving and restraining forces that must be harnessed and minimised in order for the adoption of change to be successful.

Intercalation of dodecylamine into kaolinite and its layering structure investigated by molecular dynamics simulation

Dodecylamine was successfully intercalated into the layer space of kaolinite by utilizing the methanol treated kaolinite–dimethyl sulfoxide (DMSO) intercalation complex as an intermediate. The basal spacing of kaolinite, measured by X-ray diffraction (XRD), increased from 0.72 nm to 4.29 nm after the intercalation of dodecylamine. Also, the significant variation observed in the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) spectra of kaolinite when intercalated with dodecylamine verified the feasibility of intercalation of dodecylamine into kaolinite. Isothermal-isobaric (NPT) molecular dynamics simulation with the use of Dreiding force field was performed to probe into the layering behavior and structure of nanoconfined dodecylamine in the kaolinite gallery. The concentration profiles of the nitrogen atom, methyl group and methylene group of intercalated dodecylamine molecules in the direction perpendicular to the kaolinite basal surface indicated that the alkyl chains within the interlayer space of kaolinite exhibited an obvious layering structure. However, the unified bilayer, pseudo-trilayer, or paraffin-type arrangements of alkyl chains deduced based on their chain length combined with the measured basal spacing of organoclays were not found in this study. The alkyl chains aggregated to a mixture of ordered paraffin-type-like structure and disordered gauche conformation in the middle interlayer space of kaolinite, and some alkyl chains arranged in two bilayer structures, in which one was close to the silica tetrahedron surface, and the other was close to the alumina octahedron surface with their alkyl chains parallel to the kaolinite basal surface.

Practical path planning and obstacle avoidance for autonomous mowing

There is a need for systems which can autonomously perform coverage tasks on large outdoor areas. Unfortunately, the state-of-the-art is to use GPS based localization, which is not suitable for precise operations near trees and other obstructions. In this paper we present a robotic platform for autonomous coverage tasks. The system architecture integrates laser based localization and mapping using the Atlas Framework with Rapidly-Exploring Random Trees path planning and Virtual Force Field obstacle avoidance. We demonstrate the performance of the system in simulation as well as with real world experiments.

Generalized element load method for first- and second-order element solutions with element load effect

The finite element method in principle adaptively divides the continuous domain with complex geometry into discrete simple subdomain by using an approximate element function, and the continuous element loads are also converted into the nodal load by means of the traditional lumping and consistent load methods, which can standardise a plethora of element loads into a typical numerical procedure, but element load effect is restricted to the nodal solution. It in turn means the accurate continuous element solutions with the element load effects are merely restricted to element nodes discretely, and further limited to either displacement or force field depending on which type of approximate function is derived. On the other hand, the analytical stability functions can give the accurate continuous element solutions due to element loads. Unfortunately, the expressions of stability functions are very diverse and distinct when subjected to different element loads that deter the numerical routine for practical applications. To this end, this paper presents a displacement-based finite element function (generalised element load method) with a plethora of element load effects in the similar fashion that never be achieved by the stability function, as well as it can generate the continuous first- and second-order elastic displacement and force solutions along an element without loss of accuracy considerably as the analytical approach that never be achieved by neither the lumping nor consistent load methods. Hence, the salient and unique features of this paper (generalised element load method) embody its robustness, versatility and accuracy in continuous element solutions when subjected to the great diversity of transverse element loads.

The subordinated processes controlled by a family of subordinators and corresponding Fokker-Planck type equations

In this work, we consider subordinated processes controlled by a family of subordinators which consist of a power function of a time variable and a negative power function of an α-stable random variable. The effect of parameters in the subordinators on the subordinated process is discussed. By suitable variable substitutions and the Laplace transform technique, the corresponding fractional Fokker–Planck-type equations are derived. We also compute their mean square displacements in a free force field. By choosing suitable ranges of parameters, the resulting subordinated processes may be subdiffusive, normal diffusive or superdiffusive