12 research outputs found

    Na-ion battery development: from electrode processing studies to heat generation model of a monolayer pouch cell

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    369 p.Entre la variedad de sistemas de almacenamiento de energía, la inclusión de baterías en las redes eléctricas balancearía el equilibrio del suministro y la demanda de electricidad. Por ejemplo, la tecnología de iones de sodio podría ser una opción viable para una próxima generación de baterías para aplicaciones estacionarias, debido a diversos aspectos, como su potencial para alcanzar un coste global menor debido a la abundancia y distribución geográfica de las fuentes de sodio en comparación con las de litio. Además, su fabricación sigue las pautas técnicas y de procesado de la tecnología de iones de litio actualmente implementados a escala industrial y, por lo tanto, su escalado sería más fácil y sin inversiones significativas en comparación otro tipo de tecnologías más novedosas. Sin embargo, el desarrollo de baterías de iones de sodio presenta aun desafíos críticos que deben superarse. Es por ello necesario impulsar la investigación en los procesos de escalado, procesado de electrodos y diseño de celdas paraaproximar esta tecnología a los requerimientos de una tecnología madura. Esta tesis doctoral incluye el trabajo realizado en el desarrollo de una batería con tecnología Na-ion. Es un trabajo diferenciado del estado del arte de este tipo de tecnología, y centrado en una perspectiva ingenieril de su desarrollo, empezando desde la fabricación de celdas de botón y acabando con el desarrollo de una celda de tipo pouch-cell de iones de sodio monocapa. Este trabajo representa un informe completo de la mencionada tecnología en términos de procesado de electrodos, estrategias encaminadas a superar las limitaciones de esta tecnología y fabricación de una celda completa con sus respectivas caracterizaciones electroquímicas y térmicas

    Medical devices with embedded electronics: design and development methodology for start-ups

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    358 p.El sector de la biotecnología demanda innovación constante para hacer frente a los retos del sector sanitario. Hechos como la reciente pandemia COVID-19, el envejecimiento de la población, el aumento de las tasas de dependencia o la necesidad de promover la asistencia sanitaria personalizada tanto en entorno hospitalario como domiciliario, ponen de manifiesto la necesidad de desarrollar dispositivos médicos de monitorización y diagnostico cada vez más sofisticados, fiables y conectados de forma rápida y eficaz. En este escenario, los sistemas embebidos se han convertido en tecnología clave para el diseño de soluciones innovadoras de bajo coste y de forma rápida. Conscientes de la oportunidad que existe en el sector, cada vez son más las denominadas "biotech start-ups" las que se embarcan en el negocio de los dispositivos médicos. Pese a tener grandes ideas y soluciones técnicas, muchas terminan fracasando por desconocimiento del sector sanitario y de los requisitos regulatorios que se deben cumplir. La gran cantidad de requisitos técnicos y regulatorios hace que sea necesario disponer de una metodología procedimental para ejecutar dichos desarrollos. Por ello, esta tesis define y valida una metodología para el diseño y desarrollo de dispositivos médicos embebidos

    Assist-as-needed EMG-based control strategy for wearable powered assistive devices

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    Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)Robotic-based gait rehabilitation and assistance using Wearable Powered Assistive Devices (WPADs), such as orthosis and exoskeletons, has been growing in the rehabilitation area to recover and augment the motor function of neurologically impaired subjects. These WPADs should provide a personalized assistance, since physical condition and muscular fatigue modify from patient to patient. In this field, electromyography (EMG) signals have been used to control WPADs given their ability to infer the user’s motion intention. However, in cases of motor disability conditions, EMG signals present lower magnitudes when compared to EMG signals under healthy conditions. Thus, the use of WPADs managed by EMG signals may not have potential to provide the assistance that the patient requires. The main goal of this dissertation aims the development of an Assisted-As-Needed (AAN) EMG-based control strategy for a future insertion in a Smart Active Orthotic System (SmartOs). To achieve this goal, the following elements were developed and validated: (i) an EMG system to acquire muscle activity signals from the most relevant muscles during the motion of the ankle joint; (ii) machine learning-based tool for ankle joint torque estimation to serve as reference in the AAN EMG-based control strategy; and (iii) a tool for real EMG-based torque estimation using Tibialis Anterior (TA) and Gastrocnemius Lateralis (GASL) muscles and real ankle joint angles. EMG system showed satisfactory pattern correlations with a commercial system. The reference ankle joint torque was generated based on predicted reference ankle joint kinematics, walking speed information (from 1 to 4 km/h) and anthropometric data (body height from 1.51 m to 1.83 m and body mass from 52.0 kg to 83.7 kg), using five machine learning algorithms: Support Vector Regression (SVR), Random Forest (RF), Multilayer Perceptron (MLP), Long-Short Term Memory (LSTM) and Convolutional Neural Network (CNN). CNN provided the best performance, predicting the reference ankle joint torque with fitting curves ranging from 74.7 to 89.8 % and Normalized Root Mean Square Errors (NRMSEs) between 3.16 and 8.02 %. EMG-based torque estimation beneficiates of a higher number of muscles, since EMG data from TA and GASL are not enough to estimate the real ankle joint torque.A assistência e reabilitação robótica usando dispositivos de assistência ativos vestíveis (WPADs), como ortóteses e exosqueletos, tem crescido na área da reabilitação com o fim de recuperar e aumentar a função motora de sujeitos com alterações neurológicas. Estes dispositivos devem fornecer uma assistência personalizada, uma vez que a condição física e a fadiga muscular variam de paciente para paciente. Nesta área, sinais de eletromiografia (EMG) têm sido usados para controlar WPADs, dada a sua capacidade de inferir a intenção de movimento do utilizador. Contudo, em casos de deficiência motora, os sinais de EMG apresentam menor amplitude quando comparados com sinais de EMG em condições saudáveis e, portanto, o uso de WPADs geridos por sinais de EMG pode não oferecer a assistência que o paciente necessita. O principal objetivo desta dissertação visa o desenvolvimento de uma estratégia de controlo baseada em EMG capaz de fornecer assistência quando necessário, para futura integração num sistema ortótico ativo e inteligente (SmartOs). Para atingir este objetivo foram desenvolvidos e validados os seguintes elementos: (i) sistema de EMG para adquirir sinais de atividade muscular dos músculos mais relevantes no movimento da articulação do tornozelo; (ii) ferramenta de machine learning para estimação do binário da articulação do tornozelo para servir como referência na estratégia de controlo; e (iii) ferramenta de estimação do binário real do tornozelo considerando sinais de EMG dos músculos Tibialis Anterior (TA) e Gastrocnemius Lateralis (GASL) e ângulo real do tornozelo. O sistema de EMG apresentou correlações satisfatórias com um sistema comercial. O binário de referência para o tornozelo foi gerado com base no ângulo de referência da mesma articulação, velocidade de marcha (de 1 até 4 km/h) e dados antropométricos (alturas de 1.51 m até 1.83 e massas de 52.0 kg até 83.7 kg), usando cinco algoritmos de machine learning: Support Vector Machine, Random Forest, Multilayer Perceptron, Long-Short Term Memory e Convolutional Neural Network. CNN apresentou a melhor performance, prevendo binários de referência do tornozelo com um fit entre 74.7 e 89.8 % e Normalized Root Mean Square Errors (NRMSE) entre 3.16 e 8.02 %. A estimativa do torque com base em sinais de EMG requer a inclusão de um maior número de músculos, uma vez que sinais de EMG dos músculos TA e GASL não foram suficientes

    EUROSENSORS XVII : book of abstracts

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    Fundação Calouste Gulbenkien (FCG).Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)

    Contribution to the development of new photonic systems for fiber optic sensing applications

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    En este trabajo de doctorado se presentan nuevos sistemas y subsistemas de sensores de fibra óptica. Así, se proponen y desarrollan nuevas técnicas, componentes y tecnologías basadas en láseres de fibra con espejos distribuidos (random), fibras de cristal fotónico, estructuras de luz lenta, multiplexores de inserción y extracción (add and drop), conmutadores tele-alimentados por luz, reflectometría óptica tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia o filtros ópticos reconfigurables. También se han demostrado nuevas aplicaciones para estructuras de sensores tradicionales y técnicas de medida ya conocidas. Todas ellas dirigidas a la mejora del funcionamiento de los actuales transductores, redes de sensores y aplicaciones de monitorización de salud estructural. De este modo, y en primer lugar, se han desarrollado nuevos transductores puntuales. En concreto, dos sensores interferométricos basados en fibras de cristal fotónico y otro basado en una estructura resonante en anillo. También se han realizado diferentes redes de sensores utilizando OTDRs comerciales. Por un lado, se han multiplexado diferentes sensores utilizando una red en forma de bus y, por el otro, se ha interrogado de manera remota un sensor FLM/LPG a una distancia de 253 km sin necesidad de amplificación. Se han estudiado láseres basados en efecto de realimentación distribuida random (RDFB) para su uso en interrogación de sensores. Para ello, se han demostrado dos nuevos láseres multi-longitud de onda y también, por primera vez, se ha modulado un laser random. Después, se han demostrado experimentalmente varias redes de sensores de fibra óptica teniendo en cuenta los principales desafíos que estas presentan: multiplexar varios sensores en una misma red y permitir su monitorización de manera remota. En primer lugar, se han multiplexado sensores basados en la modulación de la intensidad óptica utilizando técnicas de multiplexación en dominio del tiempo. En segundo lugar, se han multiplexado sensores basados en fibras de cristal fotónico. En tercer lugar, se presentan tres nuevos métodos para la medida remota de sensores. Por último, se incluye la demostración de un conmutador de fibra óptica tele-alimentado a través de luz. Éste se utiliza en tres redes diferentes para añadir robustez e incrementar la versatilidad en la multiplexación. Finalmente, se han realizado tres pruebas de campo para aplicaciones de monitorización de salud estructural.In this PhD work, different new photonic systems and subsystems for fiber optic sensing are presented. The aim of this thesis has been to contribute to the fiber optic sensors field using modern techniques, components and technologies such as random fiber lasers, photonic crystal fibers, slow light structures, add and drop multiplexers, powered by light switches, optical frequency and time domain reflectometry or reconfigurable optical filters, among others. New applications of traditional sensing structures or techniques have been also demonstrated. All of them focused on improving the performance of current sensors transducers, multiplexing networks and structural health monitoring applications. Thus, new point transducers have been developed: two of them are interferometric sensors based on photonic crystal fibers; and another one is based on a fiber ring resonator structure. Fiber optic sensor networks using commercial OTDRs have been also explored. On the one hand, different sensors have been successfully multiplexed in the same bus network. And, on the other hand, a FLM/LPG sensor was remotely interrogated at a distance of 253 km without using amplification. Random distributed feedback (RDFB) lasers have been explored for sensors interrogation. Two multi-wavelength Raman fiber lasers suitable for sensors interrogation have been demonstrated. Also, a random fiber laser has been internally modulated for the first time. Then, some experimental demonstrations of fiber optic sensors networks have been carried out taking into account the principal challenges they pose: multiplexing a number of optical sensors in a single networks, and enabling the possibility of remote sensing. Firstly, intensity sensors using TDM technology have been multiplexed. Secondly, PCF sensors have been successfully multiplexed. Thirdly, three new approaches to enable remote sensing are presented. Finally, a remote powered by light fiber optic switch have been included in three networks in order to add robustness and multiplexing versatility.Este trabajo se ha llevado a cabo gracias a las aportaciones económicas recibidas de los siguientes organismos, entre otros: - Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, Ministerio de Economía y Competitividad de España a través del programa de Formación del Personal Investigador y asociado al proyecto de investigación TEC2010-20224-C02-01. - Universidad Pública de Navarra mediante las ayudas a tesis doctorares. - Acción Europea COST- TD1001: Novel and Reliable Optical Fibre Sensor Systems for Future Security and Safety Applications (OFSeSa) - También se ha recibido financiación del Proyecto de Investigación de la Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, Ministerio de Economía y Competitividad de España TEC2013-47264-C2-2-R, de Innocampus, del Proyecto Europeo SUDOE-ECOAL-Intereg Project ECOAL-MGT y de los Fondos FEDER.Programa Oficial de Doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones (RD 1393/2007)Komunikazioen Teknologietako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 1393/2007

    Micromegas for the search of solar axions in CAST and low-mass WIMPs in TREX-DM

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    En este trabajo hemos estudiado la aplicación de los planos de lectura Micromegas, una estructura para la amplificación de la carga en detectores gaseosos, al campo de la detección de sucesos poco probables. En el experimento CAST para la detección de axiones; y en el proyecto TREX-DM para la búsqueda de WIMPs de baja masa. Tanto los axiones como los WIMPs son excelentes candidatos para formar la materia oscura del universo dado que no aparecen como solución ad hoc para resolverlo, sino que se propusieron para solucionar imporantes problemas del Modelo Estandard de física de partículas. Tanto los axiones como los WIMPs producirían un ritmo de sucesos extremadamente bajo y a muy bajas energías. Los detectores Micromegas pueden alcanzar niveles de fondo muy bajas y umbrales de energía por debajo del keV, debido a la granularidad del detector, radiopureza, unifromidad de la respuesta y alta ganancia. Pequeños detectores gaseosos de unos 3 cm de espesor se utilizan en el experimento CAST para la detección de los rayos-x inducidos por los axiones. En este trabajo se muestran los niveles de fondo alcanzados por los detectores del experimento, las técnicas de reducción de fondo y finalmente, en ausencia de una señal positiva, se obtienen límites a la constante de acoplo axion-fotón. Una versión similar, pero superior en tamaño se pretende utilizar para la detección de WIMPs de baja masa en el proyecto TREX-DM. TREX-DM pretende operar un detector a alta presión con un material blanco ligero equipado con planos de lectura Micromegas. Se describe el detector y la puesta a punto del mismo, así como los primeros resultados de la caracterización y la sensibilidad anticipada que puede alcanzar el experimento en caso de operar en un laboratorio subterráneo

    New advances in vehicular technology and automotive engineering

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    An automobile was seen as a simple accessory of luxury in the early years of the past century. Therefore, it was an expensive asset which none of the common citizen could afford. It was necessary to pass a long period and waiting for Henry Ford to establish the first plants with the series fabrication. This new industrial paradigm makes easy to the common American to acquire an automobile, either for running away or for working purposes. Since that date, the automotive research grown exponentially to the levels observed in the actuality. Now, the automobiles are indispensable goods; saying with other words, the automobile is a first necessity article in a wide number of aspects of living: for workers to allow them to move from their homes into their workplaces, for transportation of students, for allowing the domestic women in their home tasks, for ambulances to carry people with decease to the hospitals, for transportation of materials, and so on, the list don’t ends. The new goal pursued by the automotive industry is to provide electric vehicles at low cost and with high reliability. This commitment is justified by the oil’s peak extraction on 50s of this century and also by the necessity to reduce the emissions of CO2 to the atmosphere, as well as to reduce the needs of this even more valuable natural resource. In order to achieve this task and to improve the regular cars based on oil, the automotive industry is even more concerned on doing applied research on technology and on fundamental research of new materials. The most important idea to retain from the previous introduction is to clarify the minds of the potential readers for the direct and indirect penetration of the vehicles and the vehicular industry in the today’s life. In this sequence of ideas, this book tries not only to fill a gap by presenting fresh subjects related to the vehicular technology and to the automotive engineering but to provide guidelines for future research. This book account with valuable contributions from worldwide experts of automotive’s field. The amount and type of contributions were judiciously selected to cover a broad range of research. The reader can found the most recent and cutting-edge sources of information divided in four major groups: electronics (power, communications, optics, batteries, alternators and sensors), mechanics (suspension control, torque converters, deformation analysis, structural monitoring), materials (nanotechnology, nanocomposites, lubrificants, biodegradable, composites, structural monitoring) and manufacturing (supply chains). We are sure that you will enjoy this book and will profit with the technical and scientific contents. To finish, we are thankful to all of those who contributed to this book and who made it possible.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

    Design, characterization and validation of integrated bioelectronics for cellular studies: from inkjet-printed sensors to organic actuators

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    Mención Internacional en el título de doctorAdvances in bioinspired and biomimetic electronics have enabled coupling engineering devices to biological systems with unprecedented integration levels. Major efforts, however, have been devoted to interface malleable electronic devices externally to the organs and tissues. A promising alternative is embedding electronics into living tissues/organs or, turning the concept inside out, lading electronic devices with soft living matters which may accomplish remote monitoring and control of tissue’s functions from within. This endeavor may unleash the ability to engineer “living electronics” for regenerative medicine and biomedical applications. In this context, it remains a challenge to insert electronic devices efficiently with living cells in a way that there are minimal adverse reactions in the biological host while the electronics maintaining the engineered functionalities. In addition, investigating in real-time and with minimal invasion the long-term responses of biological systems that are brought in contact with such bioelectronic devices is desirable. In this work we introduce the development (design, fabrication and characterization) and validation of sensors and actuators mechanically soft and compliant to cells able to properly operate embedded into a cell culture environment, specifically of a cell line of human epithelial keratinocytes. For the development of the sensors we propose moving from conventional microtechnology approaches to techniques compatible with bioprinting in a way to support the eventual fabrication of tissues and electronic sensors in a single hybrid plataform simultaneously. For the actuators we explore the use of electroactive, organic, printing-compatible polymers to induce cellular responses as a drug-free alternative to the classic chemical route in a way to gain eventual control of biological behaviors electronically. In particular, the presented work introduces inkjet-printed interdigitated electrodes to monitor label-freely and non-invasively cellular migration, proliferation and cell-sensor adhesions of epidermal cells (HaCaT cells) using impedance spectroscopy and the effects of (dynamic) mechanical stimulation on proliferation, migration and morphology of keratinocytes by varying the magnitude, frequency and duration of mechanical stimuli exploiting the developed biocompatible actuator. The results of this thesis contribute to the envision of three-dimensional laboratory-growth tissues with built-in electronics, paving exciting avenues towards the idea of living smart cyborg-skin substitutes.En los útimos años los avances en el desarrollo de dispositivos electrónicos diseñados imitando las propiedades de sistemas vivos han logrado acoplar sistemas electrónicos y órganos/tejidos biológicos con un nivel de integración sin precedentes. Convencionalmente, la forma en que estos sistemas bioelectrónicos son integrados con órganos o tejidos ha sido a través del contacto superficial entre ambos sistemas, es decir acoplando la electrónica externamente al tejido. Lamentablemente estas aproximaciones no contemplan escenarios donde ha habido una pérdida o daño del tejido con el cual interactuar, como es el caso de daños en la piel debido a quemaduras, úlceras u otras lesiones genéticas o producidas. Una alternativa prometedora para ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, y en particular para implantes de piel, es embeber la electrónica dentro del tejido, o presentado de otra manera, cargar el sistema electrónico con células vivas y tejidos fabricados por ingeniería de tejidos como parte innata del propio dispositivo. Este concepto permitiría no solo una monitorización remota y un control basado en señalizaciones eléctricas (sin químicos) de tejidos biológicos fabricados mediante técnicas de bioingeniería desde dentro del propio tejido, sino también la fabricación de una “electrónica viva”, biológica y eléctricamente funcional. En este contexto, es un desafío insertar de manera eficiente dispositivos electrónicos con células vivas sin desencadenar reacciones adversas en el sistema biológico receptor ni en el sistema electrónico diseñado. Además, es deseable monitorizar en tiempo real y de manera mínimamente invasiva las respuestas de dichos sistemas biológicos que se han añadido a tales dispositivos bioelectrónicos. En este trabajo presentamos el desarrollo (diseño, fabricación y caracterización) y validación de sensores y actuadores mecánicamente suaves y compatibles con células capaces de funcionar correctamente dentro de un entorno de cultivo celular, específicamente de una línea celular de células epiteliales humanas. Para el desarrollo de los sensores hemos propuesto utilizar técnicas compatibles con la bioimpresión, alejándonos de la micro fabricación tradicionalmente usada para la manufactura de sensores electrónicos, con el objetivo a largo plazo de promover la fabricación de los tejidos y los sensores electrónicos simultáneamente en un mismo sistema de impresión híbrido. Para el desarrollo de los actuadores hemos explorado el uso de polímeros electroactivos y compatibles con impresión y hemos investigado el efecto de estímulos mecánicos dinámicos en respuestas celulares con el objetivo a largo plazo de autoinducir comportamientos biológicos controlados de forma electrónica. En concreto, este trabajo presenta sensores basados en electrodos interdigitados impresos por inyección de tinta para monitorear la migración celular, proliferación y adhesiones célula-sustrato de una línea celular de células epiteliales humanas (HaCaT) en tiempo real y de manera no invasiva mediante espectroscopía de impedancia. Por otro lado, este trabajo presenta actuadores biocompatibles basados en el polímero piezoeléctrico fluoruro de poli vinilideno y ha investigado los efectos de estimular mecánicamente células epiteliales en relación con la proliferación, migración y morfología celular mediante variaciones dinámicas de la magnitud, frecuencia y duración de estímulos mecánicos explotando el actuador biocompatible propuesto. Ambos sistemas presentados como resultado de esta tesis doctoral contribuyen al desarrollo de tejidos 3D con electrónica incorporada, promoviendo una investigación hacia la fabricación de sustitutos equivalentes de piel mitad orgánica mitad electrónica como tejidos funcionales biónicos inteligentes.The main works presented in this thesis have been conducted in the facilities of the Universidad Carlos III de Madrid with support from the program Formación del Profesorado Universitario FPU015/06208 granted by Spanish Ministry of Education, Culture and Sports. Some of the work has been also developed in the facilities of the Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) and University of Applied Sciences (HTW) in Berlin, under the supervision of Prof. Dr. Ing. H-D. Ngo during a research visit funded by the Mobility Fellows Program by the Spanish Ministry of Education, Culture, and Sports. This work has been developed in the framework of the projects BIOPIELTEC-CM (P2018/BAA-4480), funded by Comunidad de Madrid, and PARAQUA (TEC2017-86271-R) funded by Ministerio de Ciencia e Innovación.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: José Antonio García Souto.- Secretario: Carlos Elvira Pujalte.- Vocal: María Dimak

    Instrumentation of a cane to detect and prevent falls

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    Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)The number of falls is growing as the main cause of injuries and deaths in the geriatric community. As a result, the cost of treating the injuries associated with falls is also increasing. Thus, the development of fall-related strategies with the capability of real-time monitoring without user restriction is imperative. Due to their advantages, daily life accessories can be a solution to embed fall-related systems, and canes are no exception. Moreover, gait assessment might be capable of enhancing the capability of cane usage for older cane users. Therefore, reducing, even more, the possibility of possible falls amongst them. Summing up, it is crucial the development of strategies that recognize states of fall, the step before a fall (pre-fall step) and the different cane events continuously throughout a stride. This thesis aims to develop strategies capable of identifying these situations based on a cane system that collects both inertial and force information, the Assistive Smart Cane (ASCane). The strategy regarding the detection of falls consisted of testing the data acquired with the ASCane with three different fixed multi-threshold fall detection algorithms, one dynamic multi-threshold and machine learning methods from the literature. They were tested and modified to account the use of a cane. The best performance resulted in a sensitivity and specificity of 96.90% and 98.98%, respectively. For the detection of the different cane events in controlled and real-life situations, a state-of-the-art finite-state-machine gait event detector was modified to account the use of a cane and benchmarked against a ground truth system. Moreover, a machine learning study was completed involving eight feature selection methods and nine different machine learning classifiers. Results have shown that the accuracy of the classifiers was quite acceptable and presented the best results with 98.32% of overall accuracy for controlled situations and 94.82% in daily-life situations. Regarding pre-fall step detection, the same machine learning approach was accomplished. The models were very accurate (Accuracy = 98.15%) and with the implementation of an online post-processing filter, all the false positive detections were eliminated, and a fall was able to be detected 1.019s before the end of the corresponding pre-fall step and 2.009s before impact.O número de quedas tornou-se uma das principais causas de lesões e mortes na comunidade geriátrica. Como resultado, o custo do tratamento das lesões também aumenta. Portanto, é necessário o desenvolvimento de estratégias relacionadas com quedas e que exibam capacidade de monitorização em tempo real sem colocar restrições ao usuário. Devido às suas vantagens, os acessórios do dia-a-dia podem ser uma solução para incorporar sistemas relacionados com quedas, sendo que as bengalas não são exceção. Além disso, a avaliação da marcha pode ser capaz de aprimorar a capacidade de uso de uma bengala para usuários mais idosos. Desta forma, é crucial o desenvolvimento de estratégias que reconheçam estados de queda, do passo anterior a uma queda e dos diferentes eventos da marcha de uma bengala. Esta dissertação tem como objetivo desenvolver estratégias capazes de identificar as situações anteriormente descritas com base num sistema incorporado numa bengala que coleta informações inerciais e de força, a Assistive Smart Cane (ASCane). A estratégia referente à deteção de quedas consistiu em testar os dados adquiridos através da ASCane com três algoritmos de deteção de quedas (baseados em thresholds fixos), com um algoritmo de thresholds dinâmicos e diferentes classificadores de machine learning encontrados na literatura. Estes métodos foram testados e modificados para dar conta do uso de informação adquirida através de uma bengala. O melhor desempenho alcançado em termos de sensibilidade e especificidade foi de 96,90% e 98,98%, respetivamente. Relativamente à deteção dos diferentes eventos da ASCane em situações controladas e da vida real, um detetor de eventos da marcha foi e comparado com um sistema de ground truth. Além disso, foi também realizado um estudo de machine learning envolvendo oito métodos de seleção de features e nove classificadores diferentes de machine learning. Os resultados mostraram que a precisão dos classificadores foi bastante aceitável e apresentou, como melhores resultados, 98,32% de precisão para situações controladas e 94.82% para situações do dia-a-dia. No que concerne à deteção de passos pré-queda, a mesma abordagem de machine learning foi realizada. Os modelos foram precisos (precisão = 98,15%) e com a implementação de um filtro de pós-processamento, todas as deteções de falsos positivos foram eliminadas e uma queda foi passível de ser detetada 1,019s antes do final do respetivo passo de pré-queda e 2.009s antes do impacto

    Impulse-Based Manufacturing Technologies

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    In impulse-based manufacturing technologies, the energy required to form, join or cut components acts on the workpiece in a very short time and suddenly accelerates workpiece areas to very high velocities. The correspondingly high strain rates, together with inertia effects, affect the behavior of many materials, resulting in technological benefits such as improved formability, reduced localizing and springback, extended possibilities to produce high-quality multi material joints and burr-free cutting. This Special Issue of JMMP presents the current research findings, which focus on exploiting the full potential of these processes by providing a deeper understanding of the technology and the material behavior and detailed knowledge about the sophisticated process and equipment design. The range of processes that are considered covers electromagnetic forming, electrohydraulic forming, adiabatic cutting, forming by vaporizing foil actuators and other impulse-based manufacturing technologies. Papers show significant improvements in the aforementioned processes with regard to: Processes analysis; Measurement technique; Technology development; Materials and modelling; Tools and equipment; Industrial implementation
    corecore