Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica

En el marc del projecte "Modelització de les propietats òptiques de partícules metàl•liques en matriu dielèctrica" s'han desenvolupat un conjunt d'eines numèriques que permeten avançar en l'ús de l'espectroscòpia òptica per a l'obtenció d'informació morfològica de materials compostos consistents en partícules metàl•liques en matriu dielèctrica. S'han implementat esquemes numèrics per a calcular les propietats òptiques de materials compostos on les partícules poden presentar una distribució de mides i formes i diferent graus d'ordenament espacial. Les simulacions s'han realitzat a dos nivells: i) amb l’aproximació quasi-estàtica, que permet descriure el comportament d'aquests materials en termes de constants òptiques efectives i ii) amb càlculs electrodinàmics exactes, que han servit per avaluar la validesa de l’aproximació anterior i que han permès d'estudiar la interacció de partícules amb feixos de llum focalitzats o amb polarització no homogènia. A través de l’anàlisi d'aquestes simulacions, s'han desenvolupat models senzills que permeten parametritzar la influència de diferents quantitats físiques en el comportament òptic del material. Aquests models s'han implementat en un programari de càlcul que permeten trobar el valor òptim dels paràmetres físics d'interès mitjançant l'ajust d'espectres òptics. Els models s'han avaluat amb l'anàlisi de dades experimentals subministrades per altres laboratoris.

S-system parameter estimation for noisy metabolic profiles using newton-flow analysis.

Biochemical systems are commonly modelled by systems of ordinary differential equations (ODEs). A particular class of such models called S-systems have recently gained popularity in biochemical system modelling. The parameters of an S-system are usually estimated from time-course profiles. However, finding these estimates is a difficult computational problem. Moreover, although several methods have been recently proposed to solve this problem for ideal profiles, relatively little progress has been reported for noisy profiles. We describe a special feature of a Newton-flow optimisation problem associated with S-system parameter estimation. This enables us to significantly reduce the search space, and also lends itself to parameter estimation for noisy data. We illustrate the applicability of our method by applying it to noisy time-course data synthetically produced from previously published 4- and 30-dimensional S-systems. In addition, we propose an extension of our method that allows the detection of network topologies for small S-systems. We introduce a new method for estimating S-system parameters from time-course profiles. We show that the performance of this method compares favorably with competing methods for ideal profiles, and that it also allows the determination of parameters for noisy profiles.

Symbolic meaning of local identity – A case study on Barcelona place brand representation

The core objective of this research process was to design an operational tool for place brand analysis. By modelling the emotional significance and the deeper-lying symbols associated to a specific place identity I expected to create a semiotic tool that could be applied, mutatis mutandis, on other similar place brands. As a field case study to develop the instrument, my choice of the research arena was Barcelona city, the capital of Catalonia Autonomous Community, Spain. Barcelona brand identity was approached in the line of the Chicago Urban Anthropology School. The research methods were designed according to the prescriptions of the urban anthropology, namely qualitative methods: in-depth interviews and discourse analysis. The final research outcome was a model summarizing a range of specific emotional values that support a place brand to position in the collective mindset and to assume a positively valued status and identity in the world order.

Some last thoughts on compositional data analysis

One of the disadvantages of old age is that there is more past than future: this,however, may be turned into an advantage if the wealth of experience and, hopefully,wisdom gained in the past can be reflected upon and throw some light on possiblefuture trends. To an extent, then, this talk is necessarily personal, certainly nostalgic,but also self critical and inquisitive about our understanding of the discipline ofstatistics. A number of almost philosophical themes will run through the talk: searchfor appropriate modelling in relation to the real problem envisaged, emphasis onsensible balances between simplicity and complexity, the relative roles of theory andpractice, the nature of communication of inferential ideas to the statistical layman, theinter-related roles of teaching, consultation and research. A list of keywords might be:identification of sample space and its mathematical structure, choices betweentransform and stay, the role of parametric modelling, the role of a sample spacemetric, the underused hypothesis lattice, the nature of compositional change,particularly in relation to the modelling of processes. While the main theme will berelevance to compositional data analysis we shall point to substantial implications forgeneral multivariate analysis arising from experience of the development ofcompositional data analysis…

MSISpIC: A Probabilistic Scan Matching Algorithm Using a Mechanical Scanned Imaging Sonar

This paper compares two well known scan matching algorithms: the MbICP and the pIC. As a result of the study, it is proposed the MSISpIC, a probabilistic scan matching algorithm for the localization of an Autonomous Underwater Vehicle (AUV). The technique uses range scans gathered with a Mechanical Scanning Imaging Sonar (MSIS), and the robot displacement estimated through dead-reckoning with the help of a Doppler Velocity Log (DVL) and a Motion Reference Unit (MRU). The proposed method is an extension of the pIC algorithm. Its major contribution consists in: 1) using an EKF to estimate the local path traveled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and 2) proposing a method to group into a unique scan, with a convenient uncertainty model, all the data grabbed along the path described by the robot. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600m path within a marina environment with satisfactory results

Vehicle de guiat automàtic (AGV)

Aquest projecte documenta la simulació d'un AGV (vehicle de guiat automàtic). Mitjançant un robot educatiu programat en Basic Stamp es simula un entorn d'anàlisi clínic a on el robot gestiona de forma automàtica les estacions d'anàlisi d'una hipotètica mostra de sang.

Processat de vídeo aplicat a la robòtica

Aquest projecte consisteix en acoblar una càmera web uEye en una de les extremitats d'un robot industrial (ABB Irc5). Aquest robot, es mourà en cas què es detecti una cara a través de la webcam. L'objectiu és intentar que la cara es situï sempre al mig de la imatge captada per la càmera. Podem dividir les tasques d'aquest projecte amb 4 fases diferents. A continuació expliquem les diferents etapes. La Càmera uEye s'encarrega de capturar imatges i passar-les a un PC utilitzant Python. La funció de Detecció de Cares ens indica la posició i dimensions de la cara. Tot seguit, la funció LabJack s'encarrega de canviar els valors digitals de les 5 senyals mitjançant programació amb Python. Per últim el Robot ABB interpreta el valor d'aquestes 5 senyals i es desplaça mitjançant petits increments amb l'objectiu de situar la cara al mig de la imatge capturada.

Postglacial recolonization at a snail's pace (Trochulus villosus): confronting competing refugia hypotheses using model selection.

The localization of Last Glacial Maximum (LGM) refugia is crucial information to understand a species' history and predict its reaction to future climate changes. However, many phylogeographical studies often lack sampling designs intensive enough to precisely localize these refugia. The hairy land snail Trochulus villosus has a small range centred on Switzerland, which could be intensively covered by sampling 455 individuals from 52 populations. Based on mitochondrial DNA sequences (COI and 16S), we identified two divergent lineages with distinct geographical distributions. Bayesian skyline plots suggested that both lineages expanded at the end of the LGM. To find where the origin populations were located, we applied the principles of ancestral character reconstruction and identified a candidate refugium for each mtDNA lineage: the French Jura and Central Switzerland, both ice-free during the LGM. Additional refugia, however, could not be excluded, as suggested by the microsatellite analysis of a population subset. Modelling the LGM niche of T. villosus, we showed that suitable climatic conditions were expected in the inferred refugia, but potentially also in the nunataks of the alpine ice shield. In a model selection approach, we compared several alternative recolonization scenarios by estimating the Akaike information criterion for their respective maximum-likelihood migration rates. The 'two refugia' scenario received by far the best support given the distribution of genetic diversity in T. villosus populations. Provided that fine-scale sampling designs and various analytical approaches are combined, it is possible to refine our necessary understanding of species responses to environmental changes.

Designing pheromone communication in swarm robotics: Group foraging behavior mediated by chemical substance

In swarm robotics, communication among the robots is essential. Inspired by biological swarms using pheromones, we propose the use of chemical compounds to realize group foraging behavior in robot swarms. We designed a fully autonomous robot, and then created a swarm using ethanol as the trail pheromone allowing the robots to communicate with one another indirectly via pheromone trails. Our group recruitment and cooperative transport algorithms provide the robots with the required swarm behavior. We conducted both simulations and experiments with real robot swarms, and analyzed the data statistically to investigate any changes caused by pheromone communication in the performance of the swarm in solving foraging recruitment and cooperative transport tasks. The results show that the robots can communicate using pheromone trails, and that the improvement due to pheromone communication may be non-linear, depending on the size of the robot swarm.

Predicting current and future spatial community patterns of plant functional traits

Community-level patterns of functional traits relate to community assembly and ecosystem functioning. By modelling the changes of different indices describing such patterns - trait means, extremes and diversity in communities - as a function of abiotic gradients, we could understand their drivers and build projections of the impact of global change on the functional components of biodiversity. We used five plant functional traits (vegetative height, specific leaf area, leaf dry matter content, leaf nitrogen content and seed mass) and non-woody vegetation plots to model several indices depicting community-level patterns of functional traits from a set of abiotic environmental variables (topographic, climatic and edaphic) over contrasting environmental conditions in a mountainous landscape. We performed a variation partitioning analysis to assess the relative importance of these variables for predicting patterns of functional traits in communities, and projected the best models under several climate change scenarios to examine future potential changes in vegetation functional properties. Not all indices of trait patterns within communities could be modelled with the same level of accuracy: the models for mean and extreme values of functional traits provided substantially better predictive accuracy than the models calibrated for diversity indices. Topographic and climatic factors were more important predictors of functional trait patterns within communities than edaphic predictors. Overall, model projections forecast an increase in mean vegetation height and in mean specific leaf area following climate warming. This trend was important at mid elevation particularly between 1000 and 2000 m asl. With this study we showed that topographic, climatic and edaphic variables can successfully model descriptors of community-level patterns of plant functional traits such as mean and extreme trait values. However, which factors determine the diversity of functional traits in plant communities remains unclear and requires more investigations.

Laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen ruoripotkurikäytön vuorovaikutusten mallintaminen

Diplomityössä on tutkittu sähköisellä potkurijärjestelmällä varustetun laivan voimalaitoksen ja jännitevälipiirillisen propulsiokäytön vuorovaikutusta laivan hätäpysäytyksen aikana. Työssä on kehitetty simulointimalleja jännitevälipiirillisten sähkökäyttöjen simuloimiseksi Saber -simulontiohjelmistolla.Työn alkuosassa esitetään lyhyt yhteenveto laivan sähköisestä potkurijärjestelmästä komponentteineen, käsitellään laivan hätäpysäytyksen teoriaa sekä simuloinneissa huomioonotettavia laivan ja potkurin hydrodynaamisia ominaisuuksia. Työssä käytettävän simulointiohjelmiston toimintaa selvitetään lyhyesti. Jännitevälipiirillisellä propulsiokäytöllä varustetun laivan hätäpysäytyksen simulointimalli esitellään kokonaisuudessaan ja käsitellään simulointimallin sisältämien osakokonaisuuksien teoriaa ja toimintaa. Kehitetyn simulointimallin toimintaa on tarkasteltu vertaamalla tuloksia vastaavansyklokonvertterikäytöllä varustetun laivan simulointituloksiin sekä vertaamallasimulointituloksia laivan merikoeajon yhteydessä tehtyihin mittauksiin. Simulointitulokset vastasivat teoriaa sekä mittaustuloksia varsin hyvin. Voimalaitoksenosalta ei mittaustuloksia ollut käytettävissä, mutta simulointitulokset ovat teorian mukaisia.

Kaukokäyttöliittymä liikkuvalle robotille

Lappeenrannan teknillinen yliopiston Tietotekniikan osaston Tietojenkäsittelytieteen laitoksen tutkimuskäytössä olevaan liikkuvaan robottiin toteutettiin tässä työssä graafinen kaukokäyttöliittymä. Työlle on motivaationa laajennettavuus, jota olemassaoleva suljetun lähdekoodin käyttöliittymä ei pysty tarjoamaan. Työssä olennaisin on olio-ohjelmointitekniikalla toteutettu robotin datamallin, ja sen graafisen esityksen arkkitehtuurillinen erottaminen. Lisäksi tarkastellaan lyhyesti liikkuvien robottien kaukokäyttöliittymien teoriaa, ja WLAN-tekniikan soveltuvuutta robotin ja käyttöliittymän välisen yhteyden toteuttamiseen.

Metsäkonetuotannon hitsauksen robotisointi

Diplomityön tavoitteena oli selvittää robottihitsauksen antamat mahdollisuudet metsäkoneen runkorakenteiden hitsauksessa. Työn teoriaosassa selvitettiin kaarihitsauksen automatisointia ja sen tuomia etuja manuaaliseen hitsaukseen verrattuna. Työssä käytiin läpi kaarihitsauksen automatisointiinsoveltuvat robottivaihtoehdot, nykyaikaisen robotin hitsausvarustus, sekä kappaleenkäsittelylaitteet ja robotisoidun käytön turvallisuus. Hitsauksen robotisointiin soveltuvat eri hitsausmenetelmät ja perinteisten menetelmien tehostamiskeinot käytiin lävitse teoriaosuudessa. Hitsaustuotannon laatuun vaikuttavia asioitaja robottihitsattavan kappaleen suunnittelun huomioonottamista tuotesuunnittelussa tarkasteltiin myös työn teoriaosuudessa. Käytännön osiossa tarkasteltiin robotilla hitsattavat tuotteet ja tehtiin niille luoksepäästävyystarkasteluja. Laadittiin vaatimusluettelo tarvittavalle hitsausrobottilaitteistolle ja mallinnettiin erilaisia vaihtoehtoisia ratkaisuja hitsausrobottiympäristöstä kaarihitsauksen graafista simulointiohjelmaa käyttäen. Vertailtiin eri laitetoimittajilta saatuja 'avaimet käteen'- periaatteella tarjottuja ratkaisuja janiiden vastaavuutta laadittuun vaatimusluetteloon sekä eri laiteratkaisujen keskinäistä paremmuutta kyseiseen tapaukseen. Päätuotteille määritettiin hitsausajat ja selvitettiin laitteiston hitsauskapasiteettia. Investoinnin taloudellista kannattavuutta tarkasteltiin eri laskentamenetelmien avulla. Lopuksi arvioitiin hitsaustuotannon jatkokehitystarpeita tulevaisuutta ajatellen.

Scene representation for object monitoring

In robotics, having a 3D representation of the environment where a robot is working can be very useful. In real-life scenarios, this environment is constantly changing for example by human interaction, external agents or by the robot itself. Thus, the representation needs to be constantly updated and extended to account for these dynamic scene changes. In this work we face the problem of representing the scene where a robot is acting. Moreover, we ought to improve this representation by reusing the information obtained in previous scenes. Our goal is to build a method to represent a scene and to update it while changes are produced. In order to achieve that, different aspects of computer vision such as space representation or feature tracking are discussed

Hitsaussuojakaasujen tehokas ja taloudellinen käyttö

Suojakaasun päätehtävänä on suojata hitsaustapahtumaa ympäröivän ilman vaikutukselta. Päätehtävän lisäksi suojakaasullavoidaan vaikuttaa suoraan tai välillisesti lähes kaikkiin hitsauksen asioihin, joista laatu, tehokkuus ja taloudellisuus muodostuvat. Suojakaasuja tarvitsevat hitsausmenetelmät ovat: kaasukaarihitsausprosessit (MIG/MAG-, TIG- ja plasmahitsaus), laserhitsaus sekä näiden yhdistelmät eli hybridihitsausmenetelmät sekä MIG-juotto. Hitsaussuojakaasujen peruskaasu tänä päivänä on argon, johon hitsausprosessista tai materiaalistariippuen sekoitetaan hiilidioksidia, heliumia, vetyä tai happea. Pääsääntöisesti hitsaussuojakaasut ovat kahden komponentin kaasuja, mutta 3-komponenttikaasut ovat yleistymässä. Sopivalla suojakaasuseostuksella saadaan erittäin merkittävä hyöty tuottavuuden lisääntyessä ja laadun parantuessa. Suojakaasujen oikealla toimitusmuodolla on merkittävä vaikutus kokonaiskustannuksiin. Uudet, kehittyneet sekoitinlaitteet mahdollistavat tarkat osakomponenttien sekoittamiset hitsauspaikalla. Seokset ovat jatkuvasti analysoitavissa ja jäljitettävissä. Suojakaasujen kierrätys on erityisesti kalliiden kaasujen, kuten helium ja argon, kohdalta tulevaisuuden haaste ja mahdollisuus. Suojakaasulla on suuri merkitys hitsauksen tuottavuuteen, taloudellisuuteen ja myös hitsausympäristöön ja työturvallisuuteen. Robottihitsauksen lisääntyminen asettaa vaatimuksia, joihinoikein valitulla suojakaasulla voidaan myönteisesti vaikuttaa. Tehokashitsaus on valmistusprosessin tärkeä osa, jossa oikein valituilla suojakaasuilla saavutetaan merkittävä tuottavuuden lisäys vaikuttamalla kaariominaisuuksiin, tunkeumaan, roiskeisiin, nopeuteen, hitsimetallurgiaan, lämmöntuontiin ja hitsausympäristöön. Diplomityössä tutkittiin casena Peikko Finland Oy:n suojakaasujärjestelmät, niiden tehokkuus, toimivuus ja sopivuus konepajan tuotantoon ja erityisesti robottihitsaukseen.