The NASA SBIR product catalog

The purpose of this catalog is to assist small business firms in making the community aware of products emerging from their efforts in the Small Business Innovation Research (SBIR) program. It contains descriptions of some products that have advanced into Phase 3 and others that are identified as prospective products. Both lists of products in this catalog are based on information supplied by NASA SBIR contractors in responding to an invitation to be represented in this document. Generally, all products suggested by the small firms were included in order to meet the goals of information exchange for SBIR results. Of the 444 SBIR contractors NASA queried, 137 provided information on 219 products. The catalog presents the product information in the technology areas listed in the table of contents. Within each area, the products are listed in alphabetical order by product name and are given identifying numbers. Also included is an alphabetical listing of the companies that have products described. This listing cross-references the product list and provides information on the business activity of each firm. In addition, there are three indexes: one a list of firms by states, one that lists the products according to NASA Centers that managed the SBIR projects, and one that lists the products by the relevant Technical Topics utilized in NASA's annual program solicitation under which each SBIR project was selected

Electro-optic frequency combs and their applications in high-precision metrology and high-speed communications

Optische Frequenzkämme haben sich in den letzten Jahren zu einem vielseitigen Werkzeug im Bereich der Optik und Photonik entwickelt. Sie ermöglichen den Zugang zu einer Vielzahl von schmalbandigen Spektrallinien, die einen breiten Spektralbereich abdecken und gleichzeitig hochgenau definierte Frequenzen aufweisen. Dadurch wurden Experimente in vielfältigen Anwendungsgebieten ermöglicht, zum Beispiel in den Bereichen optischer Atomuhren, der Präzisionsspektroskopie, der Frequenzmesstechnik, der Distanzmesstechnik und der optischen Telekommunikation. Allerdings umfassen übliche Frequenzkammquellen und die jeweiligen Laboraufbauten typischerweise komplexe opto-elektronische und opto-mechanische Anordnungen, welche aufgrund von Baugröße und fehlender Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur bislang kaum Einzug in breitere industrielle Anwendungen gefunden haben. Diese Arbeit legt deshalb ein besonderes Augenmerk auf die praktische Nutzbarkeit von frequenzkamm-basierten Systemen in industriellen Anwendungen. Im Fokus stehen dabei Robustheit, Kompaktheit und flexible Anpassungsmöglichkeiten an die jeweilige Anwendung. Das bezieht sich sowohl auf die Frequenzkammquellen selbst, als auch auf die zugehörigen anwendungsspezifischen optischen Systeme, in welchen die Frequenzkämme genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wird das Potential elektro-optischer Frequenzkämme in der optischen Messtechnik sowie der optischen Kommunikationstechnik anhand ausgewählter experimenteller Demonstrationen untersucht. Als Mittel zur Realisierung miniaturisierter optischer Systeme mit einem Flächenbedarf von wenigen Quadratmillimetern wird die photonische Integration in Silizium verfolgt. Ein integriertes System zur Frequenzkamm-basierten Distanzmessung sowie integriert-optische Frequenzkammquellen werden demonstriert. Die Erzeugung von Frequenzkämmen durch Dauerstrichlaser in Kombination mit elektro-optischen Modulatoren ist dabei ein besonders vielversprechender Ansatz. Zwar werden dabei üblicherweise kleinere optische Bandbreiten erzielt als bei der weitverbreiteten Frequenzkammerzeugung durch modengekoppelte Ultrakurzpulslaser oder durch Kerr-Nichtlinearitäten, aber es bieten sich andere wertvolle Vorteile an. So erlaubt die elektro-optische Kammerzeugung beispielsweise eine nahezu freie Wahl der Mittenfrequenz durch Auswahl oder Einstellung des Dauerstrichlasers. Durch den Einsatz verschiedener Laser können sogar gleichzeitig mehrere Frequenzkämme unterschiedlicher Mittenfrequenz erzeugt werden, was sich in verschiedenen Anwendungen vorteilhaft ausnutzen lässt. Dies wird in dieser Arbeit anhand zweier Beispiele aus der optischen Messtechnik demonstriert, siehe Kapitel 3 und Kapitel 5. Der Kammlinienabstand ist bei elektro-optisch erzeugten Kämmen definiert durch die elektronisch erzeugte Modulationsfrequenz. Das bietet mehrere Vorteile: Der Linienabstand ist frei einstellbar, sehr stabil, und einfach rückführbar auf einen Frequenzstandard. Der Verzicht auf einen optischen Resonator macht die Kammquelle robust gegenüber Umwelteinflüssen wie z.B. Vibration. Zudem machen Fortschritte bei der Entwicklung von hochintegrierten optischen Modulatoren auf Silizium eine Umsetzung der Frequenzkammquellen in Siliziumphotonik möglich. Die erste derartige Komponente und deren Anwendung in der optischen Telekommunikation wird in Kapitel 6 vorgestellt. Photonische Integration in Silizium bietet außerdem das Potential, miniaturisierte optische Systeme mit vielfältiger Funktionalität zu realisieren. Solche Systeme zeichnen sich durch extrem kleinen Platzbedarf, Kompatibilität mit hochentwickelten und massentauglichen Fertigungstechniken aus der CMOS-(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)-Mikroelektronik und durch die Möglichkeit zur Kointegration elektronischer Schaltungen auf demselben Chip aus. Die hohe Integrationsdichte eröffnet die Perspektive, optische Systeme z.B. für Sensorik tief in industriellen Maschinen zu integrieren. Kapitel 1 gibt eine kurze Einführung in optische Frequenzkämme und deren vielfältige Anwendungen in Wissenschaft und Technik. Der Stand der Technik zu unterschiedlichen Ansätzen zur Frequenzkammerzeugung und deren jeweiligen Eigenschaften werden diskutiert, und es werden die Vorzüge der in dieser Arbeit verwendeten elektro-optischen Frequenzkämme erläutert. Des Weiteren wird die Integration photonischer Systeme und Bauelemente auf Silizium vorgestellt. Schließlich werden die sich ergebenden Vorteile bei der Anwendung in optischer Messtechnik und optischer Telekommunikation diskutiert. Kapitel 2 fasst die physikalischen Grundlagen der Arbeit zusammen. Die Funktionsprinzipien elektro-optischer Modulatoren werden beschrieben sowie deren Anwendung zur Erzeugung von Frequenzkämmen. Zusätzlich wird das Konzept sogenannter synthetischer Wellenlängen eingeführt, welches in der optischen Distanzmesstechnik Anwendung findet. Kapitel 3 beschreibt ein Prinzip zur Distanzmessung mittels zweier elektro-optischer Frequenzkämme zur kontaktlosen Vermessung technischer Objekte. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes wird durch eine Erfassung von ausgedehnten Oberflächenprofilen in Form von Punktwolken demonstriert, wobei eine verhältnismäßig kurze Messzeit von 9.1 µs pro Punkt ausreichend ist. Dabei wird der faseroptisch angebundene Sensorkopf von einer Koordinatenmessmaschine über die Oberfläche bewegt. Durch Temperaturschwankungen im faser-optischen Aufbau ausgelöste Messabweichungen werden durch die Messung mit Lasern unterschiedlicher Emissionsfrequenz kompensiert. Kapitel 4 beschreibt ein integriert-optisches System auf Silizium zur frequenzkamm-basierten Distanzmessung. Das System beinhaltet das zum Heterodynempfang genutzte Interferometer inklusive eines einstellbaren Leistungsteilers sowie der Photodetektoren. Der Platzbedarf aller Komponenten auf dem Siliziumchip beträgt 0.25 mm$^{2}$. Der Chip wird in dem in Kapitel 3 eingeführten Messverfahren eingesetzt, wobei Distanzmessungen mit Root-mean-square-Fehlern von 3.2 µm und 14 µs Erfassungszeit demonstriert werden. Kapitel 5 stellt ein Distanzmesssystem vor, bei welchem eine grobauflösende Phasenlaufzeitmessung mit großem Eindeutigkeitsbereich mit einer interferometrischen Distanzmessung mit synthetischen Wellenlängen zur Verfeinerung der Messgenauigkeit kombiniert wird. Die durch vier Laser erzeugten synthetischen Wellenlängen bzw. die Frequenzabstände der Laser werden zeitgleich zur Distanzmessung mittels eines auf elektro-optischer Modulation basierenden Verfahrens vermessen. Durch diese Referenzierung wird der Einsatz freilaufender Laser ohne Wellenlängenstabilisierung ermöglicht. Es werden Messraten von 300 Hz und Genauigkeiten im Mikrometerbereich erreicht. Kapitel 6 beschreibt die weltweit erste Demonstration elektro-optischer Frequenzkammquellen auf Silizium und die hierzu genutzte hybride Materialplattform aus Silizium und organischen Materialien (Silicon-Organic Hybrid, SOH). Spektral flache Frequenzkämme mit 7 Linien innerhalb von 2 dB und Linienabständen von 25 GHz und 40 GHz werden erzeugt. Die praktische Anwendbarkeit solcher Frequenzkämme wird durch eine Reihe von Datenübertragungexperimenten demonstriert. Die einzelnen Kammlinien dienen als Träger für Daten in einem Wellenlängenmultiplex-System, womit eine spektral effiziente Datenübertragung mit Datenraten von über 1 Tbit/s über Distanzen von bis zu 300 km demonstriert wird. Kapitel 7 fasst die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf die Möglichkeiten, die sich durch weiterentwickelte Kammquellen und fortschreitende Möglichkeiten in der photonischen Integration ergeben

ElectroCutscenes: Realistic Haptic Feedback in Cutscenes of Virtual Reality Games Using Electric Muscle Stimulation

Cutscenes in Virtual Reality (VR) games enhance story telling by delivering output in the form of visual, auditory, or haptic feedback (e.g., using vibrating handheld controllers). Since they lack interaction in the form of user input, cutscenes would significantly benefit from improved feedback. We introduce the concept and implementation of ElectroCutscenes, a concept in which Electric Muscle Stimulation (EMS) is leveraged to elicit physical user movements to correspond to those of personal avatars in cutscenes of VR games while the user stays passive. Through a user study (N=22) in which users passively received kinesthetic feedback resulting in involuntarily movements, we show that ElectroCutscenes significantly increases perceived presence and realism compared to controller-based vibrotactile and no haptic feedback. Furthermore, we found preliminary evidence that combining visual and EMS feedback can evoke movements that are not actuated by either of them alone. We discuss how to enhance realism and presence of cutscenes in VR games even when EMS can partially rather than completely actuate the desired body movements

Total immersion : Designing for affective symbiosis in a virtual reality game with haptics, biosensors, and emotive agents

Peer reviewe

Aerospace medicine and biology. A continuing bibliography with indexes, supplement 224

This bibliography lists 127 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in September 1981

Soft pneumatic devices for blood circulation improvement

The research activity I am presenting in this thesis lies within the framework of a cooperation between the University of Cagliari (Applied Mechanics and Robotics lab, headed by professor Andrea Manuello Bertetto, and the research group of physicians referencing to professor Alberto Concu at the Laboratory of Sports Physiology, Department of Medical Sciences), and the Polytechnic of Turin (professor Carlo Ferraresi and his equipe at the Group of Automation and Robotics, Department of Mechanical and Aerospace Engineering) This research was also funded by the Italian Ministry of Research (MIUR – PRIN 2009). My activity has been mainly carried on at the Department of Mechanics, Robotics lab under the supervision of prof. Manuello; I have also spent one year at the Control Lab of the School of Electrical Engineering at Aalto University (Helsinki, Finland). The tests on the patients were taken at the Laboratory of Sports Physiology, Cagliari. I will be describing the design, development and testing of some soft pneumatic flexible devices meant to apply an intermittent massage and to restore blood circulation in lower limbs in order to improve cardiac output and wellness in general. The choice of the actuators, as well as the pneumatic circuits and air distribution system and PLC control patterns will be outlined. The trial run of the devices have been field--‐tested as soon a prototype was ready, so as to tune its features step--‐by--‐ step. I am also giving a characterization of a commercial thin force sensor after briefly reviewing some other type of thin pressure transducer. It has been used to gauge the contact pressure between the actuator and the subject’s skin in order to correlate the level of discomfort to the supply pressure, and to feed this value back to regulate the supply air flow. In order for the massage to be still effective without causing pain or distress or any cutoff to the blood flow, some control objective have been set, consisting in the regulation of the contact force so that it comes to the constant set point smoothly and its value holds constant until unloading occurs. The targets of such mechatronic devices range from paraplegic patients lacking of muscle tone because of their spinal cord damage, to elite endurance athletes needing a circulation booster when resting from practicing after serious injuries leading to bed rest. Encouraging results have been attained for both these two categories, based on the monitored hemodynamic variables

NASA SBIR abstracts of 1990 phase 1 projects

The research objectives of the 280 projects placed under contract in the National Aeronautics and Space Administration (NASA) 1990 Small Business Innovation Research (SBIR) Phase 1 program are described. The basic document consists of edited, non-proprietary abstracts of the winning proposals submitted by small businesses in response to NASA's 1990 SBIR Phase 1 Program Solicitation. The abstracts are presented under the 15 technical topics within which Phase 1 proposals were solicited. Each project was assigned a sequential identifying number from 001 to 280, in order of its appearance in the body of the report. The document also includes Appendixes to provide additional information about the SBIR program and permit cross-reference in the 1990 Phase 1 projects by company name, location by state, principal investigator, NASA field center responsible for management of each project, and NASA contract number

Investigation and development of a flexible gripper with adaptable finger geometry

Das zuverlässige und schonende Greifen ist ein Hauptanliegen bei der Entwicklung von neuartigen Greifvorrichtungen. Je größer die Kontaktfläche zwischen dem Greifer und dem Greifobjekt ist, desto schonender und zuverlässiger ist der Greifvorgang. Um dieses Ziel zu erreichen wurden in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Untersuchungen zu adaptiven passiven Greifern durchgeführt. Ein neuer Forschungszweig im Bereich selbstadaptiver Greifer sind Greifer mit nachgiebigen blattfederartigen Greifelementen (Greiferfinger) Die Funktionsweise basiert auf dem elastischen Ausknicken der Greifelemente infolge einer translatorische Antriebsbewegung Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung des Greifvorgangs, indem die Kontaktlänge zwischen den blattfederartigen Greiferfingern und dem zu greifenden Objekt deutlich erhöht wird. Um diese Aufgabenstellung zu lösen, muss eine geeignete Greifergeometrie für ein gegebenes Greifobjekt berechnet werden. Die gezielte Berechnung der erfoderlichen Greifergeometrie für ein bekanntes Greifobjekt ist nicht möglich. Daher wurde als Lösungsansatz die umkehrte Richtung gewählt. Für eine definierte Greifgeometrie wird die Gestalt des dazu passenden “idealen” Greifobjektes ermittelt und anschließend mit der Gestalt zu greifenden Objektes verglichen. Bei Gestaltabweichungen wird die Greifergeometrie iterative verändert, bis seine geeignete Greifergeometrie gefunden wurde. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird zunächst die Ermittlung des “idealen” Greifobjektes behandelt. Es wurde ein Algorithmus entwickelt, der für eine vorgegebene Greifergeometrie die Gestalt eines runden bzw. elliptischen Objektes ermittelt. Der Algorithmus verwendet als Eingabedaten die Biegelinien der elastisch ausgeknickten Greiffinger unter Berücksichtigung unterschiedlicher Randbedingungen. Als Ausgabedaten liefert der Algorithmus die Gestalt des passenden Greifobjektes zurück. Für quadratische bzw. rechteckige sowie für dreieckige Objekte wurden unterschiedliche Greifgeometrien untersucht. Außerdem wird für quadratische und rechteckige Objekte das Lösungskonzept für die Entwicklung eines weiteren Algorithmus beschrieben. In Kapitel 1 wird eine Klassifizierung von Greifern basierend auf der Anpassungsfähigkeit vorgestellt. In Kapitel 2 werden Lösungskonzepte, Modelle und Theorien vorgestellt. In Kapitel 3 werden Ablaufdiagramme der Algorithmen dargestellt. In Kapitel 4 wird die Entwicklung des Algorithmus für elliptische Objekte und deren Betriebsmodi beschrieben. In Kapitel 5 werden Greifgeometrien für quadratische bzw. Rechteckige sowie für dreieckige Objekte analysiert und die Ideen eines Algorithmus für quadratisch bzw. rechteckige Objekte beschrieben. In Kapitel 6 wird ein kurzer Überblick über die zukünftige Arbeiten.Reliable and gentle gripping is a major concern in the development of new gripping devices. The larger contact surface between the gripper and the gripping object, the gentler and more reliable the gripping process. In order to achieve this goal, further investigations on adaptive passive grippers have been carried out in the recent decades. A new branch of research in the field of self-adaptive grippers are compliant leaf-spring-like gripping elements (gripper fingers). Its mode of operation is based on the elastic buckling of the gripping elements as a result of a translatory drive movement. The present work focuses on improving the gripping process by increasing significantly the contact length between the compliant leaf-spring-like gripper fingers and the object to be gripped. In order to solve this task, a suitable gripper geometry for a given gripping object should be calculated The specific calculation of the required gripper geometry for a known gripping object is not possible; therefore, this work aims in the opposite direction. For a defined gripping geometry, the shape of the matching “ideal” gripping object is determined and then compared with the desired object to be gripped. In case of a deviation in the size, the gripper geometry is iteratively changed until its suitable gripper geometry has been found. In the present work, the determination of the “ideal” gripping object is the first task to deal with. An algorithm has been developed to determine the shape of a round-elliptical object for a given gripper geometry. The algorithm uses as data input the bend lines of the compliant twogripper finger under different boundary conditions. As data output, the algorithm returns the shape of the matching gripping object. For square-rectangular and triangular objects, different gripping geometries have been investigated. Furthermore, for square-rectangular objects, solution concepts for the development of an algorithm is described. In chapter 1, a classification based on adaptability is presented. In chapter 2, solution concepts, models and theories involved are introduced. In chapter 3, process flow diagrams of the algorithms are presented. In chapter 4, the development of the algorithm for elliptical objects and its operation modes are described. In chapter 5, gripping geometries for square-rectangular and triangular objects are analysed and the ideas of an algorithm for square-rectangular objects are described. In chapter 6, a brief overview of the futur work is commented.Tesi