Towards Reactive Multi-agent Task Allocation for Large-scale Field Deployments

This thesis presents a recollection of developments and results towards enabling reactive task allocation in dynamic environments for large-scale autonomous robotic systems. Achieving such coordination of robotic teams is challenging in multiple ways, including how to design the local autonomy and the overall team orchestration. Although modern advances, with high-performing methods for localizing based on the environment and high-performance on-board computation units, are enabling the deployment of large systems in complex environments, the deployment of multi-agent systems has proven to be a significant challenge in robotics. This thesis explores different aspects of the robotics research field, including reactive task allocation for coordinating teams of agents in settings where the specific tasks are unknown a priori and how the local autonomy can be synthesized based on the specific task, and agent capabilities, at hand. The articles included in this thesis are primarily focused on presenting key contributions towards three main research directions. First, a reactive auction-inspired task allocation framework is presented and demonstrated in environments with limited a priori information of the specific tasks to be completed. This multi-agent architecture is shown to be effective in realistic laboratory environments using multiple ground agents. Second, the creation of the necessary local autonomy for completing the tasks as prescribed by the task allocation framework is explored. A method for synthesizing behavior trees, based on the individual robot capabilities, for specific tasks is presented and evaluated for enabling more resilient and flexible overall mission execution. Finally, the third research direction lies within deploying such systems in harsh large-scale environments. Towards this direction, large-scale experiments are presented, showcasing the possibility to deploy teams consisting of multiple aerial vehicles in underground mines to perform routine inspection missions

Patterns and controls of rare earth element (REE) dynamics across a boreal stream network

Increased demand for rare earth elements (REE) has resulted in their increased exploitation and the need to better understand their cycling in aquatic environments. Thus far much of the research in boreal areas focused on REE cycling in larger rivers, while relatively little is known regarding their mobilization in smaller headwater streams. Here we used the Krycklan Catchment Study in northern boreal Sweden to investigate how REE are mobilized from diverse boreal headwaters and how their catchment exports are influenced by processes such as weathering, hydrology, and complexation with other solutes. We found that wetland dominated headwaters were source limited and prone to dilution during high discharge, while forested headwaters had considerably higher total REE concentrations and were less affected by discharge fluctuations. Larger downstream catchments showed clear discharge driven seasonal patterns, with high concentrations during spring flood and low concentrations during base flow. While the proportion of mineral soils and water travel time in the catchment were important predictors of REE mobilization, complexation with organic matter appears to play a greater role in higher-order streams with higher pH and a larger contribution from deeper groundwater sources. Overall, we highlight the stark differences between REE cycling in the headwaters and in higher order streams, which can provide important information on the processes that mobilize REE from catchments.Validerad;2025;Nivå 2;2025-02-17 (u4);Funder: The Carl Trygger Foundation;Fulltext license: CC BY</p

Estimating the effect of punching on out-of-plane bending fatigue of steel sheet specimens

Sheet metal punching is an important process in manufacturing of heavy-duty vehicle chassis components. The cut edges have a detrimental effect on high cycle fatigue life in uniaxial- and in-plane-bending but the reduction is less pronounced in out-of-plane bending. This paper aims to explain the reduced process sensitivity in out-of-plane bending fatigue, to quantify the high cycle fatigue life reduction at different load ratios, and to propose a methodology for fatigue life estimation. This could enhance the possibilities to identify critical load cases of chassis components, to judge whether fatigue life improving post-processes are necessary, and to locate critical initiation sites for fatigue. Fatigue testing of punched and polished specimens was conducted, and the punching process and four-point bending were simulated using FEM. The results were used to estimate crack initiation site, fatigue life reduction, and for validating the predictions. Fatigue life reduction is found to increase with increased load ratio, but to a smaller extent than expected. A contributing factor the reduced tensile residual stresses due to plasticity during the first load cycle. The reduced process sensitivity as compared to uniaxial fatigue could be explained by the separate locations of crack initiation and high tensile residual stresses in the cut edge. Specimen orientation seems to have a minor influence on the fatigue life. Only improving the outer surfaces, and not the central parts of the cut edge, could increase the high cycle fatigue life for pulsating and reversed loading.Validerad;2025;Nivå 2;2025-03-03 (u4);Funder: European Union (101157245);Fulltext license: CC BY</p

Accelerated carbonate weathering by immobilized recombinant carbonic anhydrase

CO2 absorption in aqueous alkaline solutions promoted by carbonic anhydrase (CA) has received increased attention as a solution for post-combustion CO2 capture. In particular, accelerated weathering has emerged as an alternative approach for CO2 capture, mimicking nature’s way to sequestrate CO2. In this study, an evolved CA from Desulfovibrio vulgaris was immobilized on magnetic nanoparticles (MNPs) offering a promising solution for the effective enzyme separation and recovery from complex and heterogeneous reaction media. The immobilization yields were high (86–98 %) and MNPs-DvCA8.0 were characterized based on standardized CO2 release and CO2 absorption assays and compared to the free enzyme. As a following step, MNPs-DvCA8.0 were applied as promoter in the accelerated weathering of insoluble lime mud, originating as a residue from a paper and pulp industry. MNPs-DvCA8.0 could be efficiently separated, washed and reused for up to 10 consecutive reaction cycles, offering a biocatalyst productivity equal to 2.83 g captured CO2/g CA opposite to the free enzyme that offered only 1.01 g captured CO2/g CA. CA immobilization could offer a mitigation strategy for the non-selective adsorption of the free enzyme on lime mud particles during the CO2 capturing reaction. The highly reproducible and robust immobilization method, that provides material separation based on its magnetic properties, could be a viable solution for the recovery of enzyme and its separation from the lime mud slurry, aiding in obtaining a highly pure solution rich in bicarbonate, as product.Validerad;2025;Nivå 2;2025-03-10 (u2);Full text: CC BY license;</p

Investigation of the mechanical properties of C-S-H and α-Fe2O3/Fe3O4 interfaces: A reactive molecular dynamics study

Corrosion of steel reinforcement in concrete is a significant cause of structural failure, particularly in environments exposed to chloride ions and mechanical stress. The passivation film on steel reinforcement, composed of hematite or magnetite, plays a crucial role in protecting the steel from further corrosion. However, the intrusion of harmful ions or mechanical stress can compromise the film’s integrity, transforming it into a loose structure and accelerating the corrosion process, leading to structural failure. This study investigates the mechanical behaviors at the interfaces between corrosion products (hematite and magnetite) and C-S-H using reactive molecular dynamics. C-S-H and interfacial models incorporating hematite and magnetite were developed, with stress–strain analysis refined by filtering raw data and using true strain rather than engineering strain to improve the precision of the stress–strain responses. The results indicate that the Magnetite-CSH interface is more prone to loosening under external forces compared to the Hematite-CSH interface, thereby reducing its corrosion resistance. Structural evolution analysis under uniaxial tension highlights the detrimental effects of passivation film degradation on interfacial mechanical properties. This study contributes to improving the precision of stress–strain responses in MD models and facilitates comparison of mechanical properties at the nanoscale with results from other scales. The findings provide valuable guidance for improving the durability and performance of construction materials in corrosive environments, helping to bridge the gap between molecular-level simulations and macroscopic experimental data.Validerad;2025;Nivå 2;2025-01-01 (signyg);Funder: China Scholarship Council (202206090034);Fulltext license: CC BY</p

Developing non-aqueous slurry for CO2 capture

The urgency of mitigating CO2 emissions has become increasingly critical due to their detrimental effects on environmental sustainability and human health. Among emerging solutions, deep eutectic solvents (DESs) have garnered attention for their high CO2 capture capacities. However, widespread application of DESs has been constrained by their inherent high viscosity and cost. To overcome these limitations, this study further explores the novel strategy, where cosolvent addition and immobilization are combined to develop a non-aqueous slurry for CO2 capture with high efficiency. Here, [MEACl][EDA] with (1:5) molar ratio is mixed with ethylene glycol (EG) to form a non-aqueous DES solution, and the DES is further immobilized into the mesoporous silica to form a composite and then mixed with the DES-EG solution to make a slurry. The CO2 capture tests demonstrated 15 wt.% capture capacity at 22 °C and 1 bar, and efficient sorption and desorption rates (0.34 and 0.38 mol CO2/(kg sorbent·min) within the initial 2 min). The slurry also exhibited promising cyclic performance with 96.4 % recovery together with minimal solvent loss of 0.97 % and almost intact structure after 120 hr of heating at 110 °C. The improved capture capacity and kinetics, especially for desorption, as well as enhanced thermal stability of the non-aqueous system highlight its potential for industrial applications.Validerad;2025;Nivå 1;2025-03-18 (u8);Full text license: CC BY</p

Development of lightweight architecture of geopolymer via extrusion-based 3D printing for CO2 capture

Mitigation of CO2 emissions has been a major societal concern in recent decades, and post-combustion capture of CO2 is an effective strategy proposed by the research community. Hierarchical porous geopolymer monoliths were fabricated using extrusion-based 3D printing for CO2 capture. The kaolin-based viscoelastic paste was first formulated using alkali activators and plasticizer, and it was observed that the viscosity increased over time. Second, the 3D printed porous monoliths were treated using different post-processing conditions like thermal curing, hydrothermal curing, and high-temperature thermal treatment and their physico-mechanical properties and CO2 adsorptive were investigated. Thermally cured and heated specimens exhibited an amorphous phase, while zeolite phases were observed in the hydrothermally treated specimens. Printed and subsequently hydrothermally treated mechanically stable specimens showed significantly higher CO2 adsorption (1.22 mmol/g) than conventionally casted geopolymer (0.66 mmol/g). Combining 3D printing with geopolymer technology could offer a sustainable approach design and structure adsorbents for CO2 capture.Validerad;2025;Nivå 2;2025-02-10 (u5);Full text license: CC BY 4.0;</p

EPD:er för hela brokonstruktioner : en studie om dess nytta, förutsättningar och behov

Klimatförändringar utgör en av de största globala utmaningarna idag, där bygg- och anläggningsbranschen har en central roll i att minska koldioxidutsläppen. Denna bransch står för en betydande andel av världens växthusgasutsläpp, och i Sverige bidrar den med 21 procent av de totala utsläppen. Inom anläggningsbranschen har brokonstruktioner en särskilt stor klimatpåverkan på grund av de stora mängder material och energi som används för både konstruktion och underhåll. Det är därmed av vikt att undersöka och utveckla verktyg som kan bidra till en minskad klimatpåverkan. Syftet med arbetet är att från olika byggprocessaktörers perspektiv (beställare, entreprenörer, miljöexperter och tekniska konsulter) kartlägga behov och utvärdera nyttor av EPD:er för broar inom anläggningsbranschen. Detta för att förstå hur behovet av EPD:er ser ut idag samt hur EPD:er används eller kan komma att användas av varje aktör i deras arbete. Arbetet undersöker: vilken nytta EPD:er skulle kunna tillföra för hela brokonstruktioner i termer av klimatpåverkan,  vilka systemgränser som anses viktiga för aktörerna att inkludera vid framtagning av livscykelanalyser, som grund för EPD:er, för att fungera som stöd vid arbete med klimatpåverkan, samt på vilket sätt framtida ökade krav inom hållbarhet kan komma att påverka systemgränsers omfattning samt användningen av EPD:er. Arbetet bygger på en kombination av litteratur- och intervjustudie. Litteraturstudien handlade om hur EPD och LCA har utvecklats och hur de bidrar till att uppnå klimatmål inom anläggningsbranschen, både nationellt och inom Europa. Intervjuerna handlade om hur dessa verktyg används i praktiken, vilka fördelar och utmaningar som finns, samt vilka framtida tillämpningar som finns. I intervjustudien har 11 representanter från olika byggprocessaktörer inom anläggningsbranschen deltagit: beställare, entreprenörer, miljöexperter och tekniska konsulter.  Resultatet visar på att det finns ett stort intresse för EPD:er för hela brokonstruktioner från flera aktörer i byggprocessen. Beställare framhåller att EPD:er kan ge en mer heltäckande bild av klimatpåverkan och underlätta jämförelser mellan olika konstruktioner och brotyper, vilket är i linje med litteraturen som lyfter att heltäckande EPD:er möjliggör mer informerande och hållbara beslut genom transparent redovisning av klimatpåverkan. Miljöexperterna betonar vikten av att etablera gemensamma standarder och styrande PCR, något som litteraturen identifierar som en förutsättning för att skapa trovärdiga och jämförbara EPD:er. Konsulter och leverantörer ser däremot utmaningar i att hantera scenariobaserad information, särskilt för hela brokonstruktioner. Ett alternativ som lyfts fram är att börja med att utveckla EPD:er för prefabricerade delar av broar, där mer data och erfarenheten finns. Flera av de intervjuade entreprenörerna och konsulterna lyfter att beslut som tas i tidiga skeden kan ha en avgörande inverkan för att minska en bros totala klimatpåverkan. Både empirin och litteraturen betonar vikten av att inkludera fler systemgränser i livscykelanalyser, som C- och D-skeden, för att få en mer rättvis och komplett bild av klimatpåverkan. Att beställarna ställer krav på vidare systemgränser är en förutsättning för att konsulter, leverantörer och entreprenörer ska räkna på klimatpåverkan för fler skeden. Beställare och miljöexperter ser dock en utmaning i att det saknas verifierade data för dessa senare livscykelskeden, vilket både empiri och tidigare studier ser som en kritisk begräsning för att utöka systemgränserna. Allt eftersom mer verifierade data och standarder blir tillgänglig för fler skeden kan systemgränsen utökas successivt.  Framtida hållbarhetskrav förväntas, enligt både empiri och litteratur leda till ökad användning av EPD:er och utökade systemgränser i livscykelanalyser. Litteraturen lyfter fram att EU taxonomin, CSRD och uppdatering av standarder kommer driva på utvecklingen mot större fokus på cirkularitet och mer omfattande klimatredovisningar genom hela livscykeln. Miljöexperter och konsulter betonar att detta kan bidra till en ökad transparens och jämförbarhet i klimatredovisningar, vilket kan skapa ett värde för hela branschen. Samtidigt uttrycker entreprenörer att de skärpta kraven kan komma att kräva mer resurser, särskilt imindre projekt, vilket kan skapa ekonomiska utmaningar.  Slutsatsen är att EPD:er har potential att bli ett verktyg för att minska klimatpåverkan från brokonstruktioner, men aktörerna framhåller samtidigt behovet av fortsatt utveckling av gemensamma standarder, verifierbara data samt en ökad samordning mellan aktörer. Genom att först fokusera på EPD:er för delar av brokonstruktioner kan kunskap utvecklas och det finns större underlag för vidare utveckling av EPD:er för hela brokonstruktioner. Detta kan då hjälpa branschen att uppnå framtida krav och mål och bidra till en mer hållbar framtid för brokonstruktioner.

Recovery from eating disorders from an occupational therapy perspective : a literature review

Syfte: Syftet med denna studie var att sammanställa betydelsefulla faktorer vid återhämtning från ätstörningar utifrån ett arbetsterapeutiskt perspektiv. Metod: Studien genomfördes somen litteraturstudie med en sammanställning av tidigare kvalitativ forskning och har sin grund i personers erfarenheter. Databaser som användes var PubMed och CINHAL via Luleå tekniska universitetet. De nio inkluderade artiklarna analyseras med inspiration av Friberg (2022) fem steg för analys, där den arbetsterapeutiska aktivitetsmodellen Model of Human Occupationscentrala begrepp: viljekraft, vanebildning, utförandekapacitet och miljö användes som ett raster för analys av artiklarnas innehåll och för att skapa teman för resultatet. Resultat: Resultatet visade betydelsefulla faktorer utifrån de olika förbestämda teman. I viljekraften upplevdes betydelsefulla faktorer för återhämtning från ätstörningar vara reflektioner över sjukdomen, tro på sin egen förmåga, livsavgörande situationer, relationer, sänka kraven på sig själv och att se tillbaka på tidigare intressen, arbete eller studier. I vanebildningen framkommer upplevelser att förändring av roller, identitet, vanor, rutiner, prioritering av tid för aktiviteter och vila och att lära sig fungerande strategier är betydelsefulla faktorer. I utförandekapaciteten upplevdes de mentala förmågorna som betydelsefulla faktorer för återhämtning från ätstörning. I den nära kontexten i den sociala miljön framkommer betydelsefulla faktorer som hur familjen kan vara ett stöd samt att behandlingspersonal utgjorde betydelsefulla faktorer för återhämtning om personalen hade ett öppet förhållningssätt och inte var dömande mot personen som blivit sjuk. I den nära kontexten i den fysiska miljön upplevdes betydelsefulla faktorer vara att förändra sitt hem efter personliga behov samt att eliminera föremål i hemmet som kunde påverka återhämtningen negativt. Slutsats: De faktorer som upplevdes betydelsefulla för återhämtning från ätstörningar skapade delaktighet i aktivitet

Conventional and potential alternative non-conventional raw materials available in Nordic countries for low-carbon concrete: A review

To lower the carbon footprint associated with the cement industry, a detailed understanding of the available conventional raw materials and identification of new and emerging non-conventional raw materials is crucial. This review paper critically examines recent scientific literature on the origin, processing, properties, and utilization of conventional and potential alternative non-conventional raw materials available in most Nordic countries (Finland, Sweden, Norway, and Iceland) in the development of low-carbon concrete. The primary raw materials that have generated significant interest are clay minerals, limestone, and volcanic pozzolans. In addition, apart from blast furnace slag and fly ash that has been widely studied and almost fully utilized as secondary raw materials in low-carbon concrete, ongoing research is considering a much wider array of by-products and waste materials as potential alternative non-conventional raw materials. These materials are often available in high volumes and originate from different industries in the Nordics such as metallurgical (steel slags, fayalitic slags, foundry sand, bauxite, goethite, and jarosite residues etc.), mining (waste rock and mining residues), construction and demolition (mineral wools and crushed concrete), energy (fly ashes, peat ashes, biomass ashes, waste incineration ashes and slags), forest (wood ashes, green liquor dregs and other forest residues), and chemical (phosphogypsum). Depending on the by-product, they may require different pretreatment and beneficiation processes to enhance their suitability and performance as raw materials for low-carbon concrete. While most of these materials have been investigated as potential construction materials with promising results, future research and development efforts are necessary to better understand their impact on cement and concrete properties. Overall, this review provides valuable insights, highlights the latest developments, and provides recommendations for the scientific and industrial community on the uptake of a wider range of alternative raw materials in cement and concrete.Validerad;2025;Nivå 2;2025-04-09 (u2);Full text license: CC BY;Funder: Interreg Northern Periphery and Arctic Project Ar2CorD (Project number NPA0100039);</p