Improving generalized regression analysis for the spatial prediction of forest communities

Aim This study used data from temperate forest communities to assess: (1) five different stepwise selection methods with generalized additive models, (2) the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5, (3) the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences, (4) four different methods for incorporating spatial autocorrelation, and (5) the effect of integrating an interaction factor defined by a regression tree on the residuals of an initial environmental model. Location State of Vaud, western Switzerland. Methods Generalized additive models (GAMs) were fitted using the grasp package (generalized regression analysis and spatial predictions, http://www.cscf.ch/grasp). Results Model selection based on cross-validation appeared to be the best compromise between model stability and performance (parsimony) among the five methods tested. Weighting absences returned models that perform better than models fitted with the original sample prevalence. This appeared to be mainly due to the impact of very low prevalence values on evaluation statistics. Removing zeroes beyond the range of presences on main environmental gradients changed the set of selected predictors, and potentially their response curve shape. Moreover, removing zeroes slightly improved model performance and stability when compared with the baseline model on the same data set. Incorporating a spatial trend predictor improved model performance and stability significantly. Even better models were obtained when including local spatial autocorrelation. A novel approach to include interactions proved to be an efficient way to account for interactions between all predictors at once. Main conclusions Models and spatial predictions of 18 forest communities were significantly improved by using either: (1) cross-validation as a model selection method, (2) weighted absences, (3) limited absences, (4) predictors accounting for spatial autocorrelation, or (5) a factor variable accounting for interactions between all predictors. The final choice of model strategy should depend on the nature of the available data and the specific study aims. Statistical evaluation is useful in searching for the best modelling practice. However, one should not neglect to consider the shapes and interpretability of response curves, as well as the resulting spatial predictions in the final assessment.

Inducing effect of skeletal muscle extracts on the appearance of calbindin-immunoreactive dorsal root ganglion cells in culture.

Calbindin D-28k is a calcium-binding protein which is not expressed by dorsal root ganglion cells cultured from 6-day-old (E6) chick embryos. When soluble muscle extracts from embryos at E11, E18 or chickens 2 weeks after hatching were added immediately after seeding, dorsal root ganglia cells grown at E6 displayed neuronal subpopulations expressing calbindin immunoreactivity with time; the effect of muscle extract on the percentage of calbindin-immunoreactive dorsal root ganglia cells followed a dose-response curve. When muscle extract was added to cultures after a 3 day delay, the percentage of calbindin-expressing neurons was unchanged. The effect produced by muscle extract and, to a lesser degree, skin extract on the appearance of calbindin-positive neurons was not reproduced by brain or liver extracts while all four exerted a trophic action on cultured neurons. Hence it is assumed that muscle extract contains a factor which produces an inductive effect on the initiation of calbindin-expression by uncommitted subpopulations of sensory neurons rather than a trophic influence on the selective survival of covertly committed neuronal subpopulations. The fact that muscle extract promoted calbindin expression by dorsal root ganglia cells in neuron-enriched as well as in mixed dorsal root ganglion cell cultures indicates that the factor would act directly on sensory neurons rather than indirectly through mediation of non-neuronal cells. Since the active muscular factor was non-dialysable, heat-inactivated, trypsin-sensitive and retained by molecular filters with a cut-off of 30 K, this factor is probably a protein.

On The Spot Damage Detection Methodology for Highway Bridges, July 2010

Vibration-based damage identification (VBDI) techniques have been developed in part to address the problems associated with an aging civil infrastructure. To assess the potential of VBDI as it applies to highway bridges in Iowa, three applications of VBDI techniques were considered in this study: numerical simulation, laboratory structures, and field structures. VBDI techniques were found to be highly capable of locating and quantifying damage in numerical simulations. These same techniques were found to be accurate in locating various types of damage in a laboratory setting with actual structures. Although there is the potential for these techniques to quantify damage in a laboratory setting, the ability of the methods to quantify low-level damage in the laboratory is not robust. When applying these techniques to an actual bridge, it was found that some traditional applications of VBDI methods are capable of describing the global behavior of the structure but are most likely not suited for the identification of typical damage scenarios found in civil infrastructure. Measurement noise, boundary conditions, complications due to substructures and multiple material types, and transducer sensitivity make it very difficult for present VBDI techniques to identify, much less quantify, highly localized damage (such as small cracks and minor changes in thickness). However, while investigating VBDI techniques in the field, it was found that if the frequency-domain response of the structure can be generated from operating traffic load, the structural response can be animated and used to develop a holistic view of the bridge’s response to various automobile loadings. By animating the response of a field bridge, concrete cracking (in the abutment and deck) was correlated with structural motion and problem frequencies (i.e., those that cause significant torsion or tension-compression at beam ends) were identified. Furthermore, a frequency-domain study of operational traffic was used to identify both common and extreme frequencies for a given structure and loading. Common traffic frequencies can be compared to problem frequencies so that cost-effective, preventative solutions (either structural or usage-based) can be developed for a wide range of IDOT bridges. Further work should (1) perfect the process of collecting high-quality operational frequency response data; (2) expand and simplify the process of correlating frequency response animations with damage; and (3) develop efficient, economical, preemptive solutions to common damage types.

Diffraction theory of optimized low-resolution Fresnel encoded lenses

A mathematical model describing the behavior of low-resolution Fresnel encoded lenses (LRFEL's) encoded in any low-resolution device (e.g., a spatial light modulator) has recently been developed. From this model, an LRFEL with a short focal length was optimized by our imposing the maximum intensity of light onto the optical axis. With this model, analytical expressions for the light-amplitude distribution, the diffraction efficiency, and the frequency response of the optimized LRFEL's are derived.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Pre- and postsynaptic effects of SKF64139, a phenylethanolamine N-methyltransferase inhibitor, in conscious normotensive rats

We investigated in conscious normotensive rats the effect of SKF64139 (2 mg i.v.), a potent phenylethanolamine N-methyltransferase (PNMT) inhibitor, on blood pressure responses to norepinephrine (40, 80, and 160 ng i.v.); methoxamine (2.5, 5 and 10 micrograms i.v.), a directly active sympathomimetic agent that is not taken up by adrenergic nerves; and tyramine (20, 40, and 80 micrograms i.v.), an indirectly acting sympathomimetic amine. The pressor effect of norepinephrine was not changed by 2 mg of SKF64139, while those of methoxamine and tyramine were significantly reduced. The dose-response curve to exogenous norepinephrine was also evaluated following blockade of norepinephrine uptake in the nerve endings using 0.25 mg desipramine i.v. This dose of desipramine had no effect on blood pressure increase induced by methoxamine. In rats pretreated with the neuronal uptake inhibitor desipramine in a dose that did not affect alpha-adrenoceptors, SKF64139 significantly decreased the pressor responses to norepinephrine. Increasing the dose of SKF64139 to 8 mg i.v. resulted in a significant fall in base-line blood pressure and in a blunted blood pressure response to norepinephrine. These data demonstrate that in vivo the PNMT inhibitor SKF64139 blocks alpha-adrenoceptors and inhibits neuronal uptake. The alpha-adrenoceptor blocking properties of SKF65139 are masked by simultaneous blockade of norepinephrine uptake when agonists with affinity for the uptake system are used. These findings need to be taken into account when interpreting cardiovascular effects of the PNMT inhibitor SKF64139.

Acute creatine ingestion in human: consequences on serum creatine and creatinine concentrations.

The aim of the study was to explore the effect of an acute dose of creatine (Cr) ingestion on serum Cr and serum creatinine (Crn) concentrations. Sixteen healthy subjects ingested a single dose of Cr (20 g) followed by the measurement of serum Cr and Crn concentration for 3 h up to a maximum of 6 h (n=6). In response to Cr ingestion a large rise in serum Cr concentration was observed (by 50 folds) occurring approximately 2 1/2h after the ingestion (peak value of 2.17 +/- 0.66 mmol x l(-1)). We also found a moderate but significant rise in serum Crn concentration averaging 13 % after 3 h (peak value at 99.5 +/- 10.5 micromol x l(-1)). A dose response curve obtained in two case studies, in whom different doses of Cr were ingested (0, 2.5, 5, 10, 15, 20 g and 0, 10, 20, 30 g), showed that serum Cr concentration as well as the peak time increased linearly with Cr ingestion. In addition, acute Crn ingestion (5 g) resulted in a substantial increase in serum Crn concentration (by 10 folds) but led to a minor rise in serum Cr concentration (by 2 folds). These results suggest that when acute doses of Cr are ingested in humans, the degree of conversion of exogenous Cr to Crn in the stomach and the gut can be considered as negligible following the first 6 h of ingestion. However, further studies are required to explore the prolonged effect of Cr on Crn metabolism.

Pupil responses derived from outer and inner retinal photoreception are normal in patients with hereditary optic neuropathy.

We compared the pupil responses originating from outer versus inner retinal photoreception between patients with isolated hereditary optic neuropathy (HON, n = 8) and healthy controls (n = 8). Three different testing protocols were used. For the first two protocols, a response function of the maximal pupil contraction versus stimulus light intensity was generated and the intensity at which half of the maximal pupil contraction, the half-max intensity, was determined. For the third protocol, the pupil size after light offset, the re-dilation rate and re-dilation amplitude were calculated to assess the post-light stimulus response. Patients with HON had bilateral, symmetric optic atrophy and significant reduction of visual acuity and visual field compared to controls. There were no significant mean differences in the response curve and pupil response parameters that reflect mainly rod, cone or melanopsin activity between patients and controls. In patients, there was a significant correlation between the half-max intensity of the red light sequence and visual field loss. In conclusion, pupil responses derived from outer or inner retinal photoreception in HON patients having mild-to moderate visual dysfunction are not quantitatively different from age-matched controls. However, an association between the degree of visual field loss and the half-max intensity of the cone response suggests that more advanced stages of disease may lead to impaired pupil light reflexes.

Maastoajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksien FEM-analysointimenetelmien kehittäminen

Tämä diplomityö on tehty Patria Vehicles Oy:n toimeksiannosta. Patria Vehicles Oy:n tuotantoon kuuluvat vaativiin maasto-olosuhteisiin soveltuvat sotilasajoneuvot. Tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää menetelmäohjeet, kuinka FEM-analyysillä voidaan tutkia tuotekehitysvaiheessa ajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksia ja dynaamista käyttäytymistä. Tutkimuksessa on käytetty Ideas-FEM-ohjelmistoa. Dynaamisten ongelmien ratkaisemiseksi on ymmärrettävä rakenteiden dynaamista käyttäytymistä. Rakenteiden käyttäytymistä ja muodonmuutoksia on tutkittava kriittisillä ominaistaajuuksilla. Tutkimuksessa on selvitetty, kuinka ajoneuvon elementtimallilla voidaan tehdä ominaisvärähtely- ja vastelaskentaa. Ominaisvärähtelylaskennalla selvitetään rakenteen ominaismuodot ja -taajuudet. Vastelaskennalla tutkitaan erilaisten herätteiden vaikutuksia ajoneuvon dynaamiseen käyttäytymiseen ja määritetään herätteistä rakenteeseen aiheutuvat vasteet ja herätteiden siirtyvyys rakenteessa. Lisäksi tutkitaan herätteiden aiheuttamia todellisia jännityksiä ja siirtymiä, jotta saadaan selville rakenteen todelliset rasitukset. Analyyseillä voidaan tutkia, kuinka ajoneuvon korirakennetta on jäykistettävä ja vaimennettava, jotta siinä ei esiinny haitallista melua ja värähtelyä.

Johdinhäviöiden määrittäminen mikroliuskarakenteessa

Tässä diplomityössä on käsitelty mikroliuskarakenteen johdinhäviöiden määrittämistä kokeellisin ja analyyttisin menetelmin. Työssä on käyty läpi mikroliuskarakenteen ominaisuudet sekä esitetty tärkeimmät kirjallisuudessa esitellyt menetelmät johdinhäviöiden laskemiseksi. Mikroliuskarakenteen häviöitä mallinnettiin modernilla momenttimenetelmään perustuvalla kenttälaskentasimulaattorilla. Simulaattorin toimintaperiaate on esitelty ja sen soveltaminen mikroliuskarakenteen simuloimiseen on käyty läpi. Eräs mikroliuskarakenne mallinnettiin taajuusalueella 1-10 GHz ja simuloituja johdinhäviöitä verrattiin analyyttisesti määritettyihin. Mikroliuskarakenteen vaste mitattiin ja sitä verrattiin mallinnetun mikroliuskarakenteen vasteeseen. Tulosten perusteella on pohdittu simulaattorin soveltuvuutta mikroliuskarakenteen johdinhäviöiden mallintamiseen. Mikroliuskarakenteen johdinhäviöiden määrittämiseen mittausten avulla on esitetty ideoita jatkotutkimusta varten.

AltitudeOmics : Resetting of Cerebrovascular CO2 Reactivity Following Acclimatization to High Altitude.

Previous studies reported enhanced cerebrovascular CO2 reactivity upon ascent to high altitude using linear models. However, there is evidence that this response may be sigmoidal in nature. Moreover, it was speculated that these changes at high altitude are mediated by alterations in acid-base buffering. Accordingly, we reanalyzed previously published data to assess middle cerebral blood flow velocity (MCAv) responses to modified rebreathing at sea level (SL), upon ascent (ALT1) and following 16 days of acclimatization (ALT16) to 5260 m in 21 lowlanders. Using sigmoid curve fitting of the MCAv responses to CO2, we found the amplitude (95 vs. 129%, SL vs. ALT1, 95% confidence intervals (CI) [77, 112], [111, 145], respectively, P = 0.024) and the slope of the sigmoid response (4.5 vs. 7.5%/mmHg, SL vs. ALT1, 95% CIs [3.1, 5.9], [6.0, 9.0], respectively, P = 0.026) to be enhanced at ALT1, which persisted with acclimatization at ALT16 (amplitude: 177, 95% CI [139, 215], P < 0.001; slope: 10.3%/mmHg, 95% CI [8.2, 12.5], P = 0.003) compared to SL. Meanwhile, the sigmoidal response midpoint was unchanged at ALT1 (SL: 36.5 mmHg; ALT1: 35.4 mmHg, 95% CIs [34.0, 39.0], [33.1, 37.7], respectively, P = 0.982), while it was reduced by ~7 mmHg at ALT16 (28.6 mmHg, 95% CI [26.4, 30.8], P = 0.001 vs. SL), indicating leftward shift of the cerebrovascular CO2 response to a lower arterial partial pressure of CO2 (PaCO2) following acclimatization to altitude. Sigmoid fitting revealed a leftward shift in the midpoint of the cerebrovascular response curve which could not be observed with linear fitting. These findings demonstrate that there is resetting of the cerebrovascular CO2 reactivity operating point to a lower PaCO2 following acclimatization to high altitude. This cerebrovascular resetting is likely the result of an altered acid-base buffer status resulting from prolonged exposure to the severe hypocapnia associated with ventilatory acclimatization to high altitude.

Estudi de viabilitat tecnològica de tags RFID sobre diferents substrats

En aquest projecte s’han dissenyat i simulat diferents models de tags RFID per a la banda UHF sobre diferents classes de substrats i tintes conductores amb l’objectiu d’estudiar la viabilitat de la tecnologia de Printed Electronics per a la seva d’implementació física. A partir de dues configuracions ja existents a la literatura, aquestes etiquetes RFID s’han modelat electromagnèticament mitjançant el software ADS i s’ha simulat la seva resposta freqüencial. En segon terme, a fi d’avaluar el seu rendiment, també s’ha representat el read range d’aquests tags RFID en funció d’aquestes tintes conductores i substrats. Posteriorment, s’han realitzat diferents proves de fabricació mitjançant un mètode basat en la serigrafia, així com d’obtenció experimental de la seva distància de lectura. Finalment, en base als resultats obtinguts s’ha pogut concloure que és viable realitzar tags RFID segons aquesta tècnica d’impressió, però a falta d’una verificació experimental únicament a nivell de simulació.

Photoinhibition of Photosystem II. Kinetics, Photoprotection and Mechanism

Photosystem II (PSII) is susceptible to light-induced damage defined as photoinhibition. In natural conditions, plants are capable of repairing the photoinhibited PSII by on-going degradation and re-synthesis of the D1 reaction centre protein of PSII. Photoinhibition is induced by both visible and ultraviolet light and photoinhibition occurs under all light intensities with the same efficiency per photon. In my thesis work, I studied the reaction kinetics and mechanism of photoinhibition of PSII, as well as photoprotection in leaves of higher plants. Action spectroscopy was used to identify photoreceptors of photoinhibition. I found that the action spectrum of photoinhibition in vivo shows resemblance to the absorption spectra of manganese model compounds of the oxygen evolving complex (OEC) suggesting a role for manganese as a photoreceptor of photoinhibition under UV and visible light. In order to study the protective effect of non-photochemical quenching, the action spectrum was measured from leaves of wild type Arabidopsis thaliana and two mutants impaired in nonphotochemical quenching of chlorophyll a excitations. The findings of action spectroscopy and simulations of chlorophyll-based photoinhibition mechanisms suggested that quenching of antenna excitations protects less efficiently than would be expected if antenna chlorophylls were the only photoreceptors of photoinhibition. The reaction kinetics of prolonged photoinhibition was studied in leaves of Cucurbita maxima and Capsicum annuum. The results indicated that photoinhibitory decrease in both the oxygen evolution activity and ratio of variable to maximum fluorescence follows firstorder kinetics in vivo. The persistence of first-order kinetics suggests that already photoinhibited reaction centres do not protect against photoinhibition and that the mechanism of photoinhibition does not have a reversible intermediate. When Cucurbita maxima leaves were photoinhibited with saturating single-turnover flashes and continuous light, the light response curve of photoinhibition was found to be essentially a straight line with both types of illumination, suggesting that similar photoinhibition mechanisms might function during illumination with continuous light and during illumination with short flashes.

Broadband excitation in the system identification of active magnetic bearing rotor systems

One of the targets of the climate and energy package of the European Union is to increase the energy efficiency in order to achieve a 20 percent reduction in primary energy use compared with the projected level by 2020. The energy efficiency can be improved for example by increasing the rotational speed of large electrical drives, because this enables the elimination of gearboxes leading to a compact design with lower losses. The rotational speeds of traditional bearings, such as roller bearings, are limited by mechanical friction. Active magnetic bearings (AMBs), on the other hand, allow very high rotational speeds. Consequently, their use in large medium- and high-speed machines has rapidly increased. An active magnetic bearing rotor system is an inherently unstable, nonlinear multiple-input, multiple-output system. Model-based controller design of AMBs requires an accurate system model. Finite element modeling (FEM) together with the experimental modal analysis provides a very accurate model for the rotor, and a linearized model of the magneticactuators has proven to work well in normal conditions. However, the overall system may suffer from unmodeled dynamics, such as dynamics of foundation or shrink fits. This dynamics can be modeled by system identification. System identification can also be used for on-line diagnostics. In this study, broadband excitation signals are adopted to the identification of an active magnetic bearing rotor system. The broadband excitation enables faster frequency response function measurements when compared with the widely used stepped sine and swept sine excitations. Different broadband excitations are reviewed, and the random phase multisine excitation is chosen for further study. The measurement times using the multisine excitation and the stepped sine excitation are compared. An excitation signal design with an analysis of the harmonics produced by the nonlinear system is presented. The suitability of different frequency response function estimators for an AMB rotor system are also compared. Additionally, analytical modeling of an AMB rotor system, obtaining a parametric model from the nonparametric frequency response functions, and model updating are discussed in brief, as they are key elements in the modeling for a control design. Theoretical methods are tested with a laboratory test rig. The results conclude that an appropriately designed random phase multisine excitation is suitable for the identification of AMB rotor systems.

Kinematic analysis and modelling of biped locomotion systems

This paper presents the kinematic study of robotic biped locomotion systems. The main purpose is to determine the kinematic characteristics and the system performance during walking. For that objective, the prescribed motion of the biped is completely characterised in terms of five locomotion variables: step length, hip height, maximum hip ripple, maximum foot clearance and link lengths. In this work, we propose four methods to quantitatively measure the performance of the walking robot: energy analysis, perturbation analysis, lowpass frequency response and locomobility measure. These performance measures are discussed and compared in determining the robustness and effectiveness of the resulting locomotion.