143 research outputs found
Minet Magnetic Indoor Localization
Indoor localization is a modern problem of computer science that has no unified solution, as there are significant trade-offs involved with every technique. Magnetic localization, though less popular than WiFi signal based localization, is a sub-field that is rooted in infrastructure-free design, which can allow universal setup. Magnetic localization is also often paired with probabilistic programming, which provides a powerful method of estimation, given a limited understanding of the environment. This thesis presents Minet, which is a particle filter based localization system using the Earth\u27s geomagnetic field. It explores the novel idea of state space limitation as a method of optimizing a particle filter, by limiting the scope of possibilities the filter has to predict. Minet is also built as a distributed model, which can be easily modified to integrate new technologies. Minet showed promising results, but ultimately fell short of its accuracy goal. Minet had some inconsistencies that led to these accuracy issues, but these issues have been diagnosed and can be fixed in future updates. Finally, potential improvements of Minet\u27s base components are discussed, along with how different technologies such as a Deep Learning model can be implemented to improve performance
A Magnetic Localization Technique Designed for use with Magnetic Levitation Systems.
M.S. Thesis. University of Hawaiʻi at Mānoa 2017
Micro- and Nanofluidics for Bionanoparticle Analysis
Bionanoparticles such as microorganisms and exosomes are recoganized as important targets for clinical applications, food safety, and environmental monitoring. Other nanoscale biological particles, includeing liposomes, micelles, and functionalized polymeric particles are widely used in nanomedicines. The recent deveopment of microfluidic and nanofluidic technologies has enabled the separation and anslysis of these species in a lab-on-a-chip platform, while there are still many challenges to address before these analytical tools can be adopted in practice. For example, the complex matrices within which these species reside in create a high background for their detection. Their small dimension and often low concentration demand creative strategies to amplify the sensing signal and enhance the detection speed. This Special Issue aims to recruit recent discoveries and developments of micro- and nanofluidic strategies for the processing and analysis of biological nanoparticles. The collection of papers will hopefully bring out more innovative ideas and fundamental insights to overcome the hurdles faced in the separation and detection of bionanoparticles
Expanding tangible tabletop interfaces beyond the display
L’augment
de
popularitat
de
les
taules
i
superfícies
interactives
està
impulsant
la
recerca
i
la
innovació
en
una
gran
varietat
d’àrees,
incloent-‐hi
maquinari,
programari,
disseny
de
la
interacció
i
noves
tècniques
d’interacció.
Totes,
amb
l’objectiu
de
promoure
noves
interfícies
dotades
d’un
llenguatge
més
ric,
potent
i
natural.
Entre
totes
aquestes
modalitats,
la
interacció
combinada
a
sobre
i
per
damunt
de
la
superfície
de
la
taula
mitjançant
tangibles
i
gestos
és
actualment
una
àrea
molt
prometedora.
Aquest
document
tracta
d’expandir
les
taules
interactives
més
enllà
de
la
superfície
per
mitjà
de
l’exploració
i
el
desenvolupament
d’un
sistema
o
dispositiu
enfocat
des
de
tres
vessants
diferents:
maquinari,
programari
i
disseny
de
la
interacció.
Durant
l’inici
d’aquest
document
s’estudien
i
es
resumeixen
els
diferents
trets
característics
de
les
superfícies
interactives
tangibles
convencionals
o
2D
i
es
presenten
els
treballs
previs
desenvolupats
per
l’autor
en
solucions
de
programari
que
acaben
resultant
en
aplicacions
que
suggereixen
l’ús
de
la
tercera
dimensió
a
les
superfícies
tangibles.
Seguidament,
es
presenta
un
repàs
del
maquinari
existent
en
aquest
tipus
d’interfícies
per
tal
de
concebre
un
dispositiu
capaç
de
detectar
gestos
i
generar
visuals
per
sobre
de
la
superfície,
per
introduir
els
canvis
realitzats
a
un
dispositiu
existent,
desenvolupat
i
cedit
per
Microsoft
Reseach
Cambridge.
Per
tal
d’explotar
tot
el
potencial
d’aquest
nou
dispositiu,
es
desenvolupa
un
nou
sistema
de
visió
per
ordinador
que
estén
el
seguiment
d’objectes
i
mans
en
una
superfície
2D
a
la
detecció
de
mans,
dits
i
etiquetes
amb
sis
graus
de
llibertat
per
sobre
la
superfície
incloent-‐hi
la
interacció
tangible
i
tàctil
convencional
a
la
superfície.
Finalment,
es
presenta
una
eina
de
programari
per
a
generar
aplicacions
per
al
nou
sistema
i
es
presenten
un
seguit
d’aplicacions
per
tal
de
provar
tot
el
desenvolupament
generat
al
llarg
de
la
tesi
que
es
conclou
presentant
un
seguit
de
gestos
tant
a
la
superfície
com
per
sobre
d’aquesta
i
situant-‐los
en
una
nova
classificació
que
alhora
recull
la
interacció
convencional
2D
i
la
interacció
estesa
per
damunt
de
la
superfície
desenvolupada.The
rising
popularity
of
interactive
tabletops
and
surfaces
is
spawning
research
and
innovation
in
a
wide
variety
of
areas,
including
hardware
and
software
technologies,
interaction
design
and
novel
interaction
techniques,
all
of
which
seek
to
promote
richer,
more
powerful
and
more
natural
interaction
modalities.
Among
these
modalities,
combined
interaction
on
and
above
the
surface,
both
with
gestures
and
with
tangible
objects,
is
a
very
promising
area.
This
dissertation
is
about
expanding
tangible
and
tabletops
surfaces
beyond
the
display
by
exploring
and
developing
a
system
from
the
three
different
perspectives:
hardware,
software,
and
interaction
design.
This
dissertation,
studies
and
summarizes
the
distinctive
affordances
of
conventional
2D
tabletop
devices,
with
a
vast
literature
review
and
some
additional
use
cases
developed
by
the
author
for
supporting
these
findings,
and
subsequently
explores
the
novel
and
not
yet
unveiled
potential
affordances
of
3D-‐augmented
tabletops.
It
overviews
the
existing
hardware
solutions
for
conceiving
such
a
device,
and
applies
the
needed
hardware
modifications
to
an
existing
prototype
developed
and
rendered
to
us
by
Microsoft
Research
Cambridge.
For
accomplishing
the
interaction
purposes,
it
is
developed
a
vision
system
for
3D
interaction
that
extends
conventional
2D
tabletop
tracking
for
the
tracking
of
hand
gestures,
6DoF
markers
and
on-‐surface
finger
interaction.
It
finishes
by
conceiving
a
complete
software
framework
solution,
for
the
development
and
implementation
of
such
type
of
applications
that
can
benefit
from
these
novel
3D
interaction
techniques,
and
implements
and
test
several
software
prototypes
as
proof
of
concepts,
using
this
framework.
With
these
findings,
it
concludes
presenting
continuous
tangible
interaction
gestures
and
proposing
a
novel
classification
for
3D
tangible
and
tabletop
gestures
An Evaluation of the Suitability of Commercially Available Sensors for Use in a Virtual Reality Prosthetic Arm Motion Tracking Device
The loss of a hand or arm is a devastating life event that results in many months of healing and challenging rehabilitation.
Technology has allowed the development of an electronic replacement for a lost limb but similar advancements in therapy have not occurred.
The situation is made more challenging because people with amputations often do not live near specialized rehabilitation centres.
As a result, delays in therapy can worsen common complications like nerve pain and joint stiffness.
For children born without a limb, poor compliance with the use of their prosthesis leads to delays in therapy and may affect their development.
In many parts of the world, amputation rehabilitation does not exist.
Fortunately, we live in an age where advances in technology and engineering can help solve these problems.
Virtual reality creates a simulated world or environment through computer animation much like what is seen in modern video games.
An experienced team of rehabilitation doctors, therapists, engineers and computer scientists are required to realize a system such as this.
A person with an amputation will be taught to control objects in the virtual world by wearing a modified electronic prosthesis.
Using computers, it will be possible to analyze his or her movements within the virtual world and improve the wearer's skills.
The goals of this system include making the system portable and internet compatible so that people living in remote areas can also receive therapy.
The novel approach of using virtual reality to rehabilitate people with upper limb amputations will help them return to normal activities by providing modern and appropriate rehabilitation, reducing medical complications, improving motivation (via gaming modules), advancing health care technology and reducing health care costs.
The use of virtual reality technology in the field of amputee rehabilitation is in its earliest stages of development world wide.
A virtual environment (VE) will facilitate the early rehabilitation of a patient before they are clinically ready to be fitted with an actual prosthesis.
In order to create a successful virtual reality rehabilitation system such as this, an accurate method of tracking the arm in real-time is necessary.
A linear displacement sensor and a microelectromechanical system (MEMS) inertial measurement unit (IMU) were used to create a device for capturing the motion of a user's movement with the intent that the data provided by the device be used along with a VE as a virtual rehabilitation tool for new upper extremity amputation patients.
This thesis focuses on the design and testing of this motion capture device in order to determine the suitability of current commercially available sensing components as used in this system.
Success will be defined by the delivery of accurate position and orientation data from the device so that that data can be used in a virtual environment.
Test results show that with current MEMS sensors, the error introduced by double integrating acceleration data is too significant to make an IMU an acceptable choice for position tracking.
However, the device designed here has proven to be an excellent cable emulator, and would be well suited if used as an orientation tracker
Design and Development of Imaging Platforms for Phenotypic Characterization of Early Zebrafish
Der Zebrabärbling hat sich in den letzten Jahrzehnten als ein beliebter und vielversprechender
Modellorganismus herausgestellt. Mit seiner Hilfe werden zunehmend die grundlegenden
biologischen Funktionsweisen von Wirbeltieren untersucht und anhand der Erkenntnisse
neue Therapien und Medikamente für Krankheiten entwickelt. Zusätzlich hat sich die
Verhaltensforschung als Gebiet mit hohem Potential für neue Entdeckungen entpuppt, da
es hier möglich ist, deutlich feinere Unterscheidungen und Effekte nachzuvollziehen als es
bei stark abgegrenzten Endpunkten wie Verformungen oder Toxizität der Fall ist.
Im frühen Stadium bis fünf Tage nach Befruchtung zeigen die Embryonen und Larven des
Zebrabärblings einige charakteristische Verhaltensweisen, die durch künstliche Stimulation
hervorgerufen werden können. Noch in der Eischale bei einem Alter von nur 30 bis 42
Stunden nach der Befruchtung reagieren die Embryonen auf einen Lichtblitz mit erhöhter
Bewegung, der sogenannten Photomotor Response. Bei wiederholtem Belichten bleibt diese
Reaktion aus, was als ein typisches Verhaltensmuster interpretiert werden kann. Werden die
Embryonen jedoch Chemikalien oder Mutationen ausgesetzt, kann sich dieses Muster verändern
und es können Rückschlüsse über die Funktionsweise der verursachenden Methoden
gewonnen werden. Als zusätzliche Verhaltensweisen lassen sich die beiden Schreckreaktionen
auf Vibration und Berührung nutzen. Bereits in der Eischale lassen sich die Embryonen
durch Berührung zum Bewegen bringen. Sobald sie in einem Alter von ca. drei Tagen
nach Befruchtung geschlüpft sind, wird die Reaktion als C-Krümmung bezeichnet, da
die Larve eine charakteristische Biegung entlang ihrer Körperachse einnimmt bevor sie
davonschwimmt. Dasselbe gilt für die Vibrationsreaktion ab einem Alter von ca. fünf Tagen
nach Befruchtung.
Um diese Verhalten sinnvoll nutzen zu können sind automatisierte Lösungen notwendig,
die die Vorbereitung, die Abläufe und die Analyse soweit vereinfachen, dass kaum noch
menschliches Eingreifen notwendig ist. Nur so kann der notwendige Durchsatz und die
Reproduzierbarkeit gewährleistet werden um statistisch aussagekräftige Effekte nachzuweisen.
Aus diesem Grund wurden drei unabhängige mechatronische Systeme entwickelt,
die je eines der drei genannten Verhaltensmuster automatisiert auslösen, aufzeichnen und
analysieren können. Dazu waren neben der Hard- und Softwareentwicklung auch biologische
Vorgehensweisen notwendig um die Systeme zu validieren und sie bereits in ersten
biologischen Untersuchungen einzusetzen.
Für das PMR System wurde ein hochautomatisierter Versuchsablauf entwickelt, der anhand
eines Roboters die Embryonen zur Vorbereitung sortiert und anschließend in einem automatisierten
Mikroskop mit vollständig eigenentwickelter Steuerungssoftware die Aufzeichnung
der Reaktion gewährleistet. Anschließend können die Rohdaten in Form von Videos automatisiert
analysiert werden um numerische Daten aus den Bildreihen zu extrahieren.
Das Vibrationssystem umfasst einen neuentwickelten Vibrationserreger in Form eines modifizierten
Lautsprechers, der es erlaubt, mehrere Proben parallel zu untersuchen. Dazu
wurde der Erreger ausgiebig charakterisiert um zu gewährleisten, dass die erzielten Beschleunigungswerte
sowie die Impulsdauer und Frequenz den angestrebten Werten von
14 g, 1 ms und 500 Hz entsprechen. Durch den Einsatz von Beschleunigungssensoren wurden
die Erreger kalibriert und die Steuerungssoftware an die Ergebnisse so angepasst, dass
ein einheitlicher Effekt zwischen den Erregern gewährleistet ist. Die Implementierung einer
Hochgeschwindigkeitskamera erlaubt die Aufzeichnung der Reaktion bei bis zu 1000
Bildern pro Sekunde, was aufgrund der äußerst schnellen Reaktionszeit der Larven im
Millisekundenbereich notwendig ist um den vollen Umfang der Reaktion abzubilden.
Um Hochdurchsatzversuche zur Berührung der Larven zu ermöglichen, wurde das erste automatisierte
System entwickelt, welches durch den Einsatz einer motorisiert positionierbaren
Nadel einen computergesteuerten Berührungsvorgang ermöglicht. Ein berührungsempfindliches
Mehrachsensystem wurde so konstruiert, dass der Nutzer über eine grafische Oberfläche
das System fernsteuern kann und so die subjektiven und unnötig langwierigen Aspekte
von manuellen Versuchsaufbauten umgangen werden können. Das System wurde mit einer
digitalen Objekterkennung so erweitert, dass auch autonome Versuche möglich wurden.
Die Systeme wurden im Rahmen von mehreren biologischen Untersuchungen am ITG
ausgiebig getestet. Mit Hilfe des PMR Systems wurde eine mehrere hundert Proben
umfassende Sammlung von Cannabinoid-ähnlichen Substanzen auf ihre neuroaktive Wirkung
untersucht. So konnten charakteristische Reaktionsmuster identifiziert werden, die nun
dabei helfen können, das Verständnis über die Struktur- und Wirkungszusammenhänge
zu erhöhen. An den beiden Schreckreaktionen konnte die unterschiedliche Wirkung von
Anästhetika auf Phänokopien von genetisch veränderten Zebrabärblingen nachgewiesen
werden, was die Einsatzfähigkeit für chemische sowie genetische Versuche substantiiert
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