Optisen radiolinkin toteuttaminen ohjelmistoradiolla

Tämän tutkielman tavoitteena oli toteuttaa optinen radiolinkki hyödyntäen ohjelmistoradiota. Työn alkuosassa käydään läpi ohjelmistoradiota yleisellä tasolla sekä yleisesti nykyisin käytössä olevia optisia tiedonsiirtotapoja. Työn keskiosassa käsitellään työhön käytettävä laitteisto ja ohjelmistot sekä optisen radioetuasteen suunnittelu ja toteutus. Työn loppuosassa analysoidaan toteutetun etuasteen toimintaa. Ohjelmistoradio, yleisemmin ohjelmallisesti määritetty radiolaite, jonka toiminnallisuutta, kuten modulaatioita, suodattimia ja kommunikointiin käytettävää taajuuskaistaa, pystytään muuttamaan ohjelmallisesti ilman laitteistomuutoksia. Useimmiten ohjelmistoradioiden toiminnallisuus määrätään ohjelmoimalla ohjelmistoradio-oheislaitteen ohjelmoitavia porttipiirejä, eli FPGA-piirejä. Optisen radioetuasteen suunnittelun pohjana käytettiin audiokäyttöön tarkoitettua infrapunalähetintä ja – vastaanotinta, jotka muokattiin toimimaan näkyvän valon aallonpituuksilla. Ohjelmistoradio-oheislaitteena toimi Ettus USRP1 varustettuna matalataajuisilla lähetin- ja vastaanotintytärkorteilla. Ohjelmistoradion ohjelmointiympäristönä toimi Linux Ubuntu, ja ohjelmistona GNURadio sekä sen graafinen ohjelmointikäyttöliittymä Gnu Radio Companion. Tutkielman lopputuloksena saatiin aikaan piirilevylle rakennettu optisen radioetuasteen prototyyppi, jolla pystyttiin siirtämään digitaalista audiota 300 kbps tiedonsiirtonopeudella muutamien senttimetrien matkalla pimeässä tilassa.

Levosimendan: Studies on its mechanisms of action and beyond

Acute heart failure syndrome represents a prominent and growing health problem all around the world. Ideally, medical treatment for patients admitted to hospital because of this syndrome, in addition to alleviating the acute symptoms, should also prevent myocardial damage, modulate neurohumoral and inflammatory activation, and preserve or even improve renal function. Levosimendan is a cardiac enhancer having both inotropic and vasodilatory effects. It is approved for the short-term treatment of acutely decompensated chronic heart failure, but it has been shown to have beneficial clinical effects also in ischemic heart disease and septic shock as well as in perioperative cardiac support. In the present study, the mechanisms of action of levosimendan were studied in isolated guinea-pig heart preparations: Langendorff-perfused heart, papillary muscle and permeabilized cardiomyocytes as well as in purified phosphodiesterase isoenzyme preparations. Levosimendan was shown to be a potent inotropic agent in isolated Langendorff-perfused heart and right ventricle papillary muscle. In permeabilized cardiomyocytes, it was demonstrated to be a potent calcium sensitizer in contrast to its enantiomer, dextrosimendan. It was additionally shown to be a very selective phosphodiesterase (PDE) type-3 inhibitor, the selectivity factor for PDE3 over PDE4 being 10000 for levosimendan. Irrespective of this very selective PDE3 inhibitory property in purified enzyme preparations, the inotropic effect of levosimendan was demonstrated to be mediated mainly through calcium sensitization in the isolated heart as well as the papillary muscle preparations at clinically relevant concentrations. In the isolated Lagendorff-perfused heart, glibenclamide antagonized the levosimendan-induced increase in coronary flow (CF). Therefore, the main vasodilatory mechanism in coronary veins is believed to be the opening of the ATP-sensitive potassium (KATP) channels. In the paced hearts, CF did not increase in parallel with oxygen consumption (MVO2), thus indicating that levosimendan had a direct vasodilatory effect on coronary veins. The pharmacology of levosimendan was clearly different from that of milrinone, which induced an increase in CF in parallel with MVO2. In conclusion, levosimendan was demonstrated to increase cardiac contractility by binding to cardiac troponin C and sensitizing the myofilament contractile proteins to calcium, and further to induce coronary vasodilatation by opening KATP channels in vascular smooth muscle. In addition, the efficiency of the cardiac contraction was shown to be more advantageous when the heart was perfused with levosimendan in comparison to milrinone perfusion.

Stretching single DNA-molecules with temperature-stabilized optical tweezers

This thesis consists of two parts; in the first part we performed a single-molecule force extension measurement with 10kb long DNA-molecules from phage-λ to validate the calibration and single-molecule capability of our optical tweezers instrument. Fitting the worm-like chain interpolation formula to the data revealed that ca. 71% of the DNA tethers featured a contour length within ±15% of the expected value (3.38 µm). Only 25% of the found DNA had a persistence length between 30 and 60 nm. The correct value should be within 40 to 60 nm. In the second part we designed and built a precise temperature controller to remove thermal fluctuations that cause drifting of the optical trap. The controller uses feed-forward and PID (proportional-integral-derivative) feedback to achieve 1.58 mK precision and 0.3 K absolute accuracy. During a 5 min test run it reduced drifting of the trap from 1.4 nm/min in open-loop to 0.6 nm/min in closed-loop.

Cavity-enhanced laser spectroscopic studies of vibrational overtones of acetylene

This thesis contains five experimental spectroscopic studies that probe the vibration-rotation energy level structure of acetylene and some of its isotopologues. The emphasis is on the development of laser spectroscopic methods for high-resolution molecular spectroscopy. Three of the experiments use cavity ringdown spectroscopy. One is a standard setup that employs a non-frequency stabilised continuous wave laser as a source. In the other two experiments, the same laser is actively frequency stabilised to the ringdown cavity. This development allows for increased repetition rate of the experimental signal and thus the spectroscopic sensitivity of the method is improved. These setups are applied to the recording of several vibration-rotation overtone bands of both H(12)C(12)CH and H(13)C(13)CH. An intra-cavity laser absorption spectroscopy setup that uses a commercial continuous wave ring laser and a Fourier transform interferometer is presented. The configuration of the laser is found to be sub-optimal for high-sensitivity work but the spectroscopic results are good and show the viability of this type of approach. Several ro-vibrational bands of carbon-13 substituted acetylenes are recorded and analysed. Compared with earlier work, the signal-to-noise ratio of a laser-induced dispersed infrared fluorescence experiment is enhanced by more than one order of magnitude by exploiting the geometric characteristics of the setup. The higher sensitivity of the spectrometer leads to the observation of two new symmetric vibrational states of H(12)C(12)CH. The precision of the spectroscopic parameters of some previously published symmetric states is also improved. An interesting collisional energy transfer process is observed for the excited vibrational states and this phenomenon is explained by a simple step-down model.

Atomic Layer Deposition for optical applications: metal fluoride thin films and novel devices

Thin films of various metal fluorides are suited for optical coatings from infrared (IR) to ultraviolet (UV) range due to their excellent light transmission. In this work, novel metal fluoride processes have been developed for atomic layer deposition (ALD), which is a gas phase thin film deposition method based on alternate saturative surface reactions. Surface controlled self-limiting film growth results in conformal and uniform films. Other strengths of ALD are precise film thickness control, repeatability and dense and pinhole free films. All these make the ALD technique an ideal choice also for depositing metal fluoride thin films. Metal fluoride ALD processes have been largely missing, which is mostly due to a lack of a good fluorine precursor. In this thesis, TiF4 precursor was used for the first time as the fluorine source in ALD for depositing CaF2, MgF2, LaF3 and YF3 thin films. TaF5 was studied as an alternative novel fluorine precursor only for MgF2 thin films. Metal-thd (thd = 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) compounds were applied as the metal precursors. The films were grown at 175 450 °C and they were characterized by various methods. The metal fluoride films grown at higher temperatures had generally lower impurity contents with higher UV light transmittances, but increased roughness caused more scattering losses. The highest transmittances and low refractive indices below 1.4 (at 580 nm) were obtained with MgF2 samples. MgF2 grown from TaF5 precursor showed even better UV light transmittance than MgF2 grown from TiF4. Thus, TaF5 can be considered as a high quality fluorine precursor for depositing metal fluoride thin films. Finally, MgF2 films were applied in fabrication of high reflecting mirrors together with Ta2O5 films for visible region and with LaF3 films for UV region. Another part of the thesis consists of applying already existing ALD processes for novel optical devices. In addition to the high reflecting mirrors, a thin ALD Al2O3 film on top of a silver coating was proven to protect the silver mirror coating from tarnishing. Iridium grid filter prototype for rejecting IR light and Ir-coated micro channel plates for focusing x-rays were successfully fabricated. Finally, Ir-coated Fresnel zone plates were shown to provide the best spatial resolution up to date in scanning x-ray microscopy.

Surveillance in hereditary nonpolyposis colorectal cancer syndrome

Hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) is an inherited cancer predisposition syn-drome characterized by early onset colorectal cancer (CRC) and several other extra-colonic cancers, most commonly endometrial cancer (EC) and gastric cancer. Our aim was to evaluate the efficiency and results of the ongoing CRC and EC surveillance programs and to investigate the grounds for future gastric cancer screening by comparing the gastric biopsies of mutation positive and negative siblings in search for premalignant lesions. We also compared a new surveillance method, computerized tomographic colonoscopy (CTC) with optic colonoscopy. The patient material consisted of 579 family members from 111 Finnish HNPCC families al-most all harboring a known mismatch repair gene mutation. The efficacy of CRC and EC surveillance programs on HNPCC patients was evaluated by comparing the stage and survival of cancer cases detected with surveillance versus without. The performance of a new technique, CTC, was explored using a same-day colonoscopy as a reference standard. The use of intrauterine aspiration biopsies for EC surveillance was intro-duced for the first time in a HNPCC setting. Upper GI endoscopies were performed and biop-sies taken from mutation carriers and their mutation-negative siblings. The present surveillance program for CRC proved to be efficient. The CRC cases detected by surveillance were at a significantly more favorable stage than those in the non-surveilled group. This advantage was reflected in a significantly higher CRC-specific survival in the sur-veilled group. The performance of a new technique, CTC was found insufficient for polyp detection in this population in which every polyp, no matter the size, should be detected and removed. Colono-scopy was confirmed as a better surveillance modality than CTC. We could not observe any of the assumed differences in the gastric mucosa from mutation carriers and their mutation-negative siblings and no cases of gastric cancer were detected. The results gave no support for gastric surveillance. The EC surveillance program (transvaginal ultrasound and intra-uterine biopsy every 2-3 years) seemed to be efficient. It yielded several asymptomatic cancer cases and premalignant lesions. The stage distribution of the endometrial cancers in the group under surveillance tended to be more favorable than that of the mutation-positive, symptomatic EC patients who had no surveillance. None of the surveilled EC patients died of EC compared to six in the non-surveilled patients during the follow up. The improvement was, however, not statistically sig-nificant, thus far. Another observation was the good performance of endometrial aspiration biopsies used in this setting for the first time.

Optical Studies of the Antarctic Glacio-Oceanic System

The Antarctic system comprises of the continent itself, Antarctica, and the ocean surrounding it, the Southern Ocean. The system has an important part in the global climate due to its size, its high latitude location and the negative radiation balance of its large ice sheets. Antarctica has also been in focus for several decades due to increased ultraviolet (UV) levels caused by stratospheric ozone depletion, and the disintegration of its ice shelves. In this study, measurements were made during three Austral summers to study the optical properties of the Antarctic system and to produce radiation information for additional modeling studies. These are related to specific phenomena found in the system. During the summer of 1997-1998, measurements of beam absorption and beam attenuation coefficients, and downwelling and upwelling irradiance were made in the Southern Ocean along a S-N transect at 6°E. The attenuation of photosynthetically active radiation (PAR) was calculated and used together with hydrographic measurements to judge whether the phytoplankton in the investigated areas of the Southern Ocean are light limited. By using the Kirk formula the diffuse attenuation coefficient was linked to the absorption and scattering coefficients. The diffuse attenuation coefficients (Kpar) for PAR were found to vary between 0.03 and 0.09 1/m. Using the values for KPAR and the definition of the Sverdrup critical depth, the studied Southern Ocean plankton systems were found not to be light limited. Variabilities in the spectral and total albedo of snow were studied in the Queen Maud Land region of Antarctica during the summers of 1999-2000 and 2000-2001. The measurement areas were the vicinity of the South African Antarctic research station SANAE 4, and a traverse near the Finnish Antarctic research station Aboa. The midday mean total albedos for snow were between 0.83, for clear skies, and 0.86, for overcast skies, at Aboa and between 0.81 and 0.83 for SANAE 4. The mean spectral albedo levels at Aboa and SANAE 4 were very close to each other. The variations in the spectral albedos were due more to differences in ambient conditions than variations in snow properties. A Monte-Carlo model was developed to study the spectral albedo and to develop a novel nondestructive method to measure the diffuse attenuation coefficient of snow. The method was based on the decay of upwelling radiation moving horizontally away from a source of downwelling light. This was assumed to have a relation to the diffuse attenuation coefficient. In the model, the attenuation coefficient obtained from the upwelling irradiance was higher than that obtained using vertical profiles of downwelling irradiance. The model results were compared to field measurements made on dry snow in Finnish Lapland and they correlated reasonably well. Low-elevation (below 1000 m) blue-ice areas may experience substantial melt-freeze cycles due to absorbed solar radiation and the small heat conductivity in the ice. A two-dimensional (x-z) model has been developed to simulate the formation and water circulation in the subsurface ponds. The model results show that for a physically reasonable parameter set the formation of liquid water within the ice can be reproduced. The results however are sensitive to the chosen parameter values, and their exact values are not well known. Vertical convection and a weak overturning circulation is generated stratifying the fluid and transporting warmer water downward, thereby causing additional melting at the base of the pond. In a 50-year integration, a global warming scenario mimicked by a decadal scale increase of 3 degrees per 100 years in air temperature, leads to a general increase in subsurface water volume. The ice did not disintegrate due to the air temperature increase after the 50 year integration.

Factors controlling the surface energy budget over snow and ice

Polar Regions are an energy sink of the Earth system, as the Sun rays do not reach the Poles for half of the year, and hit them only at very low angles for the other half of the year. In summer, solar radiation is the dominant energy source for the Polar areas, therefore even small changes in the surface albedo strongly affect the surface energy balance and, thus, the speed and amount of snow and ice melting. In winter, the main heat sources for the atmosphere are the cyclones approaching from lower latitudes, and the atmosphere-surface heat transfer takes place through turbulent mixing and longwave radiation, the latter dominated by clouds. The aim of this thesis is to improve the knowledge about the surface and atmospheric processes that control the surface energy budget over snow and ice, with particular focus on albedo during the spring and summer seasons, on horizontal advection of heat, cloud longwave forcing, and turbulent mixing during the winter season. The critical importance of a correct albedo representation in models is illustrated through the analysis of the causes for the errors in the surface and near-surface air temperature produced in a short-range numerical weather forecast by the HIRLAM model. Then, the daily and seasonal variability of snow and ice albedo have been examined by analysing field measurements of albedo, carried out in different environments. On the basis of the data analysis, simple albedo parameterizations have been derived, which can be implemented into thermodynamic sea ice models, as well as numerical weather prediction and climate models. Field measurements of radiation and turbulent fluxes over the Bay of Bothnia (Baltic Sea) also allowed examining the impact of a large albedo change during the melting season on surface energy and ice mass budgets. When high contrasts in surface albedo are present, as in the case of snow covered areas next to open water, the effect of the surface albedo heterogeneity on the downwelling solar irradiance under overcast condition is very significant, although it is usually not accounted for in single column radiative transfer calculations. To account for this effect, an effective albedo parameterization based on three-dimensional Monte Carlo radiative transfer calculations has been developed. To test a potentially relevant application of the effective albedo parameterization, its performance in the ground-based retrieval of cloud optical depth was illustrated. Finally, the factors causing the large variations of the surface and near-surface temperatures over the Central Arctic during winter were examined. The relative importance of cloud radiative forcing, turbulent mixing, and lateral heat advection on the Arctic surface temperature were quantified through the analysis of direct observations from Russian drifting ice stations, with the lateral heat advection calculated from reanalysis products.

Kirjallisuuskatsaus: Eturauhassyövän androgeeniresponsiiviset in vivo -mallit; Kokeellinen osa: Bioluminesenssiin perustuvan ortotooppisen eturauhassyöpämallin optimointi

Eturauhassyöpä on yksi yleisimmistä syövistä länsimaissa. Eturauhassyöpä on yleensä hitaasti kehittyvä tauti. Edetessään se voi kuitenkin muuntua aggressiivisemmaksi ja aiheuttaa metastaaseja, jotka ovat pääasiallisena syynä taudin kuolleisuuteen. Androgeenit ovat merkittäviä tekijöitä eturauhassyövän patogeneesissä ja eturauhassyöpäkudos on useimmiten riippuvainen androgeeneista. Tämän vuoksi hoidon tavoitteena on estää niiden eritys kirurgisella tai kemiallisella kastraatiolla ja/tai estää androgeenien vaikutus antiandrogeeneilla. Eturauhassyöpää sekä sen hoitoon tarkoitettuja uusia lääkehoitomahdollisuuksia tutkitaan kiivaasti. Eturauhassyövän tutkimiseen on kehitetty lukematon määrä erilaisia in vivo -malleja. Koska eturauhassyöpä on yleensä androgeeneille herkkä, kuvaavat androgeeniresponsiiviset eläinmallit ihmisen tautia parhaiten. Eturauhassyövän mallintamiseen in vivo voidaan käyttää eri eläinlajeja, mutta hiiri on ylivoimaisesti käytetyin mallieläin. Immuunipuutteisiin hiiriin voidaan aiheuttaa kasvaimia inokuloimalla ihmisen kasvainsoluja tai osia ihmisen kasvaimista. Ortotooppisesti eturauhaseen inokuloitavat kasvainmallit mallintavat eturauhassyövässä esiintyvää syöpäsolujen ja stroomasolujen välistä epänormaalia vuorovaikutusta. Muuntogeeniset hiirimallit ovat yhä yleisempiä eturauhassyövän tutkimuksessa. Muuntogeenisilla malleilla voidaan mallintaa taudin kehittymistä ja sen etenemistä kokonaisuudessaan parhaiten. Eturauhasessa olevaa kasvainta ja sen kasvua on vaikea seurata ilman prostataspesifisen antigeenin (PSA) pitoisuuden mittausta tai erityisiä kuvantamistekniikoita. Tällaisia menetelmiä, kuten optista kuvantamista, käytetään yhä enemmän hyödyksi erilaisissa eturauhassyövän in vivo -malleissa. Tutkielman kokeellisen osan tavoitteena oli optimoida bioluminesenssiin perustuva optinen kuvantamismenetelmä androgeeniresponsiivisessa LNCaP-luc2-solulinjassa ortotooppisessa eturauhassyöpämallissa. Bioluminesenssikuvantaminen perustuu kasvainsolujen ilmentämän lusiferaasin katalysoimaan reaktioon, jossa entsyymin substraatti, lusiferiini, hapettuu ja tuottaa näkyvää valoa. Lisäksi tavoitteena oli tutkia lääkehoitojen ja kastraation vasteita mallissa. Bioluminesenssiin perustuvalla kuvantamisella oli mahdollista seurata eturauhaskasvainten kasvua noninvasiivisesti, reaaliaikaisesti ja toistuvasti. Bioluminesenssikuvantamisen avulla kasvainten kvantitointi oli nopeampaa kuin ultraäänikuvantamisen avulla, ja kasvainten kasvua oli myös mahdollista seurata useammin kuin seerumin PSA-mittausten avulla. Bioluminesenssikuvantamisen todettiin korreloivan paremmin PSA-pitoisuuden kanssa kuin kasvaimen todelliseen kokoon lopetushetkellä. Seerumin PSA-pitoisuus korreloi kuitenkin bioluminesenssimittausta paremmin eturauhaskasvaimen kokoon tässä kokeessa. Kasvainten oletettua suurempaa kokoa voidaan pitää todennäköisimpänä syynä sille, ettei lääkehoitojen tai kastraation todettu vaikuttavan kasvainten kasvuun bioluminesenssikuvantamisella mitattuna. Bioluminesenssikuvantaminen ei sovellu suurille eikä nekroottisille kasvaimille, sillä kuvantamismenetelmä toimii vain elävillä soluilla. Bioluminesenssikuvantamisen hyödyntämisen kannalta oleellista tässä mallissa on myös lusiferiini-injektion onnistuminen. Jatkotutkimuksia tarvitaan edelleen mallin validoimiseksi mm. lääkehoitojen vasteiden osoittamiseksi.

Polarization studies in electromagnetic scattering by small Solar-system particles

In remote-sensing studies, particles that are comparable to the wavelength exhibit characteristic features in electromagnetic scattering, especially in the degree of linear polarization. These features vary with the physical properties of the particles, such as shape, size, refractive index, and orientation. In the thesis, the direct problem of computing the unknown scattered quantities using the known properties of the particles and the incident radiation is solved at both optical and radar spectral regions in a unique way. The internal electromagnetic fields of wavelength-scale particles are analyzed by using both novel and established methods to show how the internal fields are related to the scattered fields in the far zone. This is achieved by using the tools and methods that were developed specifically to reveal the internal field structure of particles and to study the mechanisms that relate the structure to the scattering characteristics of those particles. It is shown that, for spherical particles, the internal field is a combination of a forward propagating wave with the apparent wavelength determined by the refractive index of the particle, and a standing wave pattern with the apparent wavelength the same as for the incident wave. Due to the surface curvature and dielectric nature of the particle, the incident wave front undergoes a phase shift, and the resulting internal wave is focused mostly at the forward part of the particle similar to an optical lens. This focusing is also seen for irregular particles. It is concluded that, for both spherical and nonspherical particles, the interference at the far field between the partial waves that originate from these concentrated areas in the particle interior, is responsible for the specific polarization features that are common for wavelength-scale particles, such as negative values and local extrema in the degree of linear polarization, asymmetry of the phase function, and enhancement of intensity near the backscattering direction. The papers presented in this thesis solve the direct problem for particles with both simple and irregular shapes to demonstrate that these interference mechanisms are common for all dielectric wavelength-scale particles. Furthermore, it is shown that these mechanisms can be applied to both regolith particles in the optical wavelengths and hydrometeors at microwave frequencies. An advantage from this kind of study is that it does not matter whether the observation is active (e.g., polarimetric radar) or passive (e.g., optical telescope). In both cases, the internal field is computed for two mutually perpendicular incident polarizations, so that the polarization characteristics can then be analyzed according to the relation between these fields and the scattered far field.

Palautteen keräämiseen käytettävän laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun lentoteknillisessä opetuksessa

Palaute ja sen käyttö on osa kehittyvää organisaatiota. Palautteen keräämisessä ja analysoinnissa käytetään usein hyväksi erilaisia laitteita. Käytettävän laitteiston tulisi vastata myös käyttäjänsä tarpeisiin. Tässä tutkimuksessa selvitetään millainen on palautteen keräämiseen ja analysointiin käytettävän Jotos-laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun lentoteknillisessä opetuksessa. Tutkimuksen päämenetelmänä on kirjallisuustutkimus. Tutkimusote on kvalitatiivinen. Tutkimusongelmaan vastataan käytettävyysanalyysin ja teemahaastattelun avulla. Käytettävyysanalyysi on tutkimuksessa toteutettu System Usability Scale arviointilomakkeella. Tutkimusongelma on; Mikä on palautteen keräämiseen käytettävän Jotos-laitteiston käytettävyys Ilmavoimien teknillisen koulun kurssiosastolla? Pääongelman lisäksi tutkimuksessa selvitetään myös keskeiset käsitteet ja palautteen käytön ohjeistusten asettamat suorituskykyvaatimukset palautteen keräämiseen käytettävälle laitteistolle. Tutkimuksessa löydettiin vastaus asetettuihin ongelmiin. Tutkimuksessa selvisi, että Jotos-järjestelmän käytettävyys lentoteknillisessä opetuksessa on välttävällä tasolla. Jotos-järjestelmän ohjelmaa on hankala käyttää, mutta järjestelmän optinen lukija palvelee hyvin lentoteknisen opetuksen tarpeita. Tutkimuksessa tuli ilmi myös Jotos-järjestelmän keskeisimmät käytettävyysongelmat, joita ovat järjestelmän huono virheensietokyky ja epäloogisuus verrattuna tavanomaisiin ohjelmiin.

Panossyöttökasvatusprosessin automatisointi

Tutkimuskäyttöön tarkoitettujen rekombinanttiproteiinien tuottaminen fermentoimalla on yleinen menetelmä bioteollisuudessa. Mikrobit kasvatetaan fermentorissa, joka tarjoaa kontrolloidun kasvuympäristön ja sopivat tuotto-olosuhteet halutulle tuotteelle. Eräs fermentointimuodoista on korkeatuottoinen ja pitkäkestoinen panossyöttökasvatus, jossa saavutetaan panoskavatusta merkittävästi korkeampi solutiheys jatkamalla panosvaiheen jälkeen kasvua rajoittavan substraatin syöttöä. Laboratoriomittakaavassa fermentorikasvatusten tilavuudet vaihtelevat litrasta kymmeniin ja niissä kasvatusta seurataan sekä ohjataan joko fermentorista tai tietokoneesta. Tyypillisessä fermentointiprosessissa operaattori tarkkailee muun muassa vaahdonkorkeutta sekä käynnistää pumppuja olosuhteiden muuttuessa. Tällaiset tehtävät ovat teollisen mittakaavan laitteistoissa usein automatisoituja. Diplomityön tarkoituksena oli päivittää kahden Turun yliopiston biotekniikan laboratoriossa sijaitsevan BioFlo® -sarjan pöytäfermentorin MS-DOS -pohjainen tietokoneohjausohjelma nykyaikaiseksi ja lisätä siihen etäseuranta ja -ohjaus. Ohjelmaan oli tarkoitus liittää erillinen optinen solutiheysanturi, jonka lukemien häiriötä haluttiin myös vähentää signaalinkäsittelyllä. Lisäksi vaahdonestoaineen ja indusorin lisäykset haluttiin automatisoida panossyöttökasvatuksessa. Vaahdonkorkeuden havaitsemisen mahdollisuutta konenäön menetelmin haluttiin selvittää, jotta vaahdonestoaineen automaattiset lisäykset voitaisiin toteuttaa nettikameran syötteen perusteella. Koekasvatuksilla osoitettiin päivitetyn ohjausohjelman toimivan panos- ja panossyöttömuodoilla. Uuden käyttöliittymän avulla pystyttiin automatisoimaan panoskasvatuksen lisäykset ja syöttönopeuden muutokset sekä tunnistamaan kasvatusliuosten vaahdonkorkeutta vaahdonestoaineen lisäykseen riittävällä kahden senttimetrin tarkkuudella. Lisäksi käyttöliittymä mahdollisti kasvatuksen ohjauksen ja seurauksen myös etänä. Työssä kehitetty ohjausohjelma julkaistiin avoimena ohjelmana ilman etä- ja nettikameratoimintoja. Ohjelma toimii hyvin BioFlo® -sarjan fermentorien käyttöliittymänä, mutta avoimen lähdekoodin ansiosta kuka tahansa voi hyödyntää ohjelmaa pohjana myös uusissa projekteissa tai muissa fermentorimalleissa.

Hitsauksen reaaliaikaisen NDT-tarkastuksen nykytilanne

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää hitsien tarkastukseen käytettyjen NDT-menetelmien nykytilannetta. Työssä kerrotaan mitä reaaliaikainen NDT-tarkastus on ja mitä menetelmiä siihen voidaan käyttää. Työn tarkoituksena on antaa lukijalle kokonaiskuva NDT-tarkastuksen nykytilasta ja siinä käytettävistä menetelmistä. Tutkimus suoritettiin kirjallisuuskatsauksena. Kirjallisuuskatsaus on luonteeltaan toteava. Lähteiden etsintä suoritettiin suurimmalta osin Internet-hakuna. NDT-tarkastusmenetelmät voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan; pinta- ja volumetrisiin menetelmiin. Kaikki tarkastusmenetelmät eivät sovellu reaaliaikaiseen tarkastukseen. Hitsien tarkastuksessa käytetyimmät reaaliaikaiset menetelmät ovat: ultraäänitarkastus, radiografinen tarkastus, optinen spektroskopia, termografia ja pyörrevirtatarkastus. Kaikilla reaaliaikaisilla menetelmillä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Työssä esitetään myös CASE-esimerkkejä reaaliaikaisesta hitsien tarkastamisesta.Tärkeimpinä johtopäätöksinä voidaan nähdä se, että hitsien NDT-tarkastuksen onnistuminen on aina hyvin tapauskohtaista ja riippuu useista muuttujista. Tästä syystä tällä hetkellä NDT-tarkastusmenetelmistä ei voi valita parasta kaikkiin käyttökohteisiin sopivaa menetelmää. Monessa prosessissa NDT-tarkastustehokkuutta ei määritä mekaanisen laitteiston mittaustarkkuus, vaan tulosten analysointiin käytettyjen algoritmien tehottomuus. Tutkimuksessa esitetään myös idea hybridi-NDT-tarkastusjärjestelmästä, jolla saataisiin havaittua tehokkaasti sekä pinta-että volumetrisia virheitä.

Ihmiskehon liikkeenkaappaus

Liikkeenkaappauksessa mitataan kohteen sijainti ja suunta fyysisessä tilassa ja nämä tiedot tallennetaan tietokoneelle käyttökelpoiseen muotoon. Kohteina voivat olla ihmis- ja ei-ihmishahmot, kasvojen piirteet, kameran tai valon sijainnit ja muut kohtauksen elementit. Liikkeenkaappauksen historia alkoi 1800-luvun lopulla peräkkäisistä valokuvista. Nykyisiä liikkeenkaappaustapoja ovat optinen, magneettinen, mekaaninen, videopohjainen ja inertiamittaukseen pohjautuva liikkeenkaappaus. Eri liikkeenkaappaustavat sopivat eri käyttökohteisiin. Tällä hetkellä käytetyin liikkeenkaappaustapa on optinen liikkeenkaappaus. Liikkeenkaappauksen sovellusalueet voidaan jaotella analyysiin, seurantaan ja tunnistukseen. Liikkeenkaappaus mahdollistaa ihmiskehon tunkeilemattoman analyysi. Seurannassa liike arvotetaan ja tallennetaan. Tunnistuksessa liikettä käytetään biometrisena tunnisteena. Kinemaattinen malli on matemaattinen malli ihmiskehosta. Se koostuu luita edustavista kiinteistä kappaleista ja luonnollisesti rajoitetuista nivelpisteistä. Mallin tarkkuutta voidaan kuvata vapausasteilla. Kinemaattista mallia käytetään liikkeen rekonstruoinnissa. Uskon liikkeenkaappaustekniikan tutkimuksen ja käytön lisääntyvän vielä tulevina vuosina. Vaikka optinen liikkeenkaappaus on tällä hetkellä käytetyin, videopohjainen liikkeenkaappaus saattaa ohittaa sen tulevaisuudessa.