174 research outputs found

    Systemic Circular Economy Solutions for Fiber Reinforced Composites

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    This open access book provides an overview of the work undertaken within the FiberEUse project, which developed solutions enhancing the profitability of composite recycling and reuse in value-added products, with a cross-sectorial approach. Glass and carbon fiber reinforced polymers, or composites, are increasingly used as structural materials in many manufacturing sectors like transport, constructions and energy due to their better lightweight and corrosion resistance compared to metals. However, composite recycling is still a challenge since no significant added value in the recycling and reprocessing of composites is demonstrated. FiberEUse developed innovative solutions and business models towards sustainable Circular Economy solutions for post-use composite-made products. Three strategies are presented, namely mechanical recycling of short fibers, thermal recycling of long fibers and modular car parts design for sustainable disassembly and remanufacturing. The validation of the FiberEUse approach within eight industrial demonstrators shows the potentials towards new Circular Economy value-chains for composite materials

    Development of a chipless RFID based aerospace structural health monitoring sensor system

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    Chipless Radio Frequency Identification (RFID) is modern wireless technology that has been earmarked as being suitable for low-cost item tagging/tracking. These devices do not require integrated circuitry or a battery and thus, are not only are cheap, but also easy to manufacture and potentially very robust. A great deal of attention is also being put on the possibility of giving these tags the ability to sense various environmental stimuli such as temperature and humidity. This work focusses on the potential use of chipless RFID as a sensor technology for aerospace Structural Health Monitoring. The project is focussed on the sensing of mechanical strain and temperature, with an emphasis placed on fabrication simplicity, so that the final sensor designs could be potentially fabricated in-situ using existing printing technologies. Within this project, a variety of novel chipless RFID strain and temperature sensors have been designed, fabricated and tested. A thorough discussion is also presented on the topic of strain sensor cross sensitivity, which places emphasis on issues like, transverse strain, dielectric constant variations and thermal swelling. Additionally, an exploration into other key technological challenges was also performed, with a focus on challenges such as: accurate and reliable stimulus detection, sensor polarization and multi-sensor support. Several key areas of future research have also been identified and outlined, with aims related to: Enhancing strain sensor fabrication simplicity, enhancing temperature sensor sensitivity and simplicity and developing a fully functional interrogation system

    Holographic MIMO Communications: Theoretical Foundations, Enabling Technologies, and Future Directions

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    Future wireless systems are envisioned to create an endogenously holography-capable, intelligent, and programmable radio propagation environment, that will offer unprecedented capabilities for high spectral and energy efficiency, low latency, and massive connectivity. A potential and promising technology for supporting the expected extreme requirements of the sixth-generation (6G) communication systems is the concept of the holographic multiple-input multiple-output (HMIMO), which will actualize holographic radios with reasonable power consumption and fabrication cost. The HMIMO is facilitated by ultra-thin, extremely large, and nearly continuous surfaces that incorporate reconfigurable and sub-wavelength-spaced antennas and/or metamaterials. Such surfaces comprising dense electromagnetic (EM) excited elements are capable of recording and manipulating impinging fields with utmost flexibility and precision, as well as with reduced cost and power consumption, thereby shaping arbitrary-intended EM waves with high energy efficiency. The powerful EM processing capability of HMIMO opens up the possibility of wireless communications of holographic imaging level, paving the way for signal processing techniques realized in the EM-domain, possibly in conjunction with their digital-domain counterparts. However, in spite of the significant potential, the studies on HMIMO communications are still at an initial stage, its fundamental limits remain to be unveiled, and a certain number of critical technical challenges need to be addressed. In this survey, we present a comprehensive overview of the latest advances in the HMIMO communications paradigm, with a special focus on their physical aspects, their theoretical foundations, as well as the enabling technologies for HMIMO systems. We also compare the HMIMO with existing multi-antenna technologies, especially the massive MIMO, present various...Comment: double column, 58 page

    Liquid Metal Printing with Scanning Probe Lithography for Printed Electronics

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    In den letzten Jahren hat das „Internet der Dinge“ (Englisch Internet of Things, abgekürzt IoT), das auch als Internet of Everything (Deutsch frei „Internet von Allem“) bezeichnet wird, mit dem Aufkommen der „Industrie 4.0“ einen Strom innovativer und intelligenter sensorgestützter Elektronik der neuen Generation in den Alltag gebracht. Dies erfordert auch die Herstellung einer riesigen Anzahl von elektronischen Bauteilen, einschließlich Sensoren, Aktoren und anderen Komponenten. Gleichzeitig ist die herkömmliche Elektronikfertigung zu einem hochkomplexen und investitionsintensiven Prozess geworden. In dem Maße, wie die Zahl der elektronischen Bauteile und die Nachfrage nach neuen, fortschrittlicheren elektronischen Bauteilen zunimmt, steigt auch die Notwendigkeit, effizientere und nachhaltigere Wege zur Herstellung dieser Bauteile zu finden. Die gedruckte Elektronik ist ein wachsender Markt, der diese Nachfrage befriedigen und die Zukunft der Herstellung von elektronischen Geräten neu gestalten könnte. Sie erlaubt eine einfache und kostengünstige Produktion und ermöglicht die Herstellung von Geräten auf Papier- oder Kunststoffsubstraten. Für die Herstellung gibt es dabei eine Vielzahl von Methoden. Techniken auf der Grundlage der Rastersondenlithografie waren dabei schon immer Teil der gedruckten Elektronik und haben zu Innovationen in diesem Bereich geführt. Obwohl die Technologie noch jung ist und der derzeitige Stand der gedruckten Elektronik im industriellen Maßstab, wie z. B. die Herstellung kompletter integrierter Schaltkreise, stark limitiert ist, sind die potenziellen Anwendungen enorm. Im Mittelpunkt der Entwicklung gedruckter elektronischer Schaltungen steht der Druck leitfähiger und anderer funktionaler Materialien. Die meisten der derzeit verfügbaren Arbeiten haben sich dabei auf die Verwendung von Tinten auf Nanopartikelbasis konzentriert. Die Herstellungsschritte auf der Grundlage von Tinten auf Nanopartikelbasis sind komplizierte Prozesse, da sie das Ausglühen (Englisch Annealing) und weitere Nachbearbeitungsschritte umfassen, um die gedruckten Muster leitfähig zu machen. Die Verwendung von Gallium-basierten, bei/nahe Raumtemperatur flüssigen Metallen und deren direktes Schreiben für vollständig gedruckte Elektronik ist immer noch ungewöhnlich, da die Kombination aus dem Vorhandensein einer Oxidschicht, hohen Oberflächenspannungen und Viskosität ihre Handhabung erschwert. Zu diesem Zweck zielt diese Arbeit darauf ab, Methoden zum Drucken von Materialien, einschließlich Flüssigmetallen, zu entwickeln, die mit den verfügbaren Druckmethoden nicht oder nur schwer gedruckt werden können und diese Methoden zur Herstellung vollständig gedruckter elektronischer Bauteile zu verwenden. Weiter werden Lösungen für Probleme während des Druckprozesses untersucht, wie z. B. die Haftung der Tinte auf dem Substrat und andere abscheidungsrelevante Aspekte. Es wird auch versucht, wissenschaftliche Fragen zur Stabilität von gedruckten elektronischen Bauelementen auf Flüssigmetallbasis zu beantworten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine auf Glaskapillaren basierenden Direktschreibmethode für das Drucken von Flüssigmetallen, hier Galinstan, entwickelt. Die Methode wurde auf zwei unterschiedlichen Wegen implementiert: Einmal in einer „Hochleistungsversion“, basierend auf einem angepassten Nanolithographiegerät, aber ebenfalls in einer hochflexiblen, auf Mikromanipulatoren basierenden Version. Dieser Aufbau erlaubt einen on-the-fly („im Fluge“) kapillarbasierten Druck auf einer breiten Palette von Geometrien, wie am Beispiel von vertikalen, vertieften Oberflächen sowie gestapelten 3D-Gerüsten als schwer zugängliche Oberflächen gezeigt wird. Die Arbeit erkundet den potenziellen Einsatz dieser Methode für die Herstellung von vollständig gedruckten durch Flüssigmetall ermöglichten Bauteilen, einschließlich Widerständen, Mikroheizer, p-n-Dioden und Feldeffekttransistoren. Alle diese elektronischen Bauelemente werden ausführlich charakterisiert. Die hergestellten Mikroheizerstrukturen werden für temperaturgeschaltete Mikroventile eingesetzt, um den Flüssigkeitsstrom in einem Mikrokanal zu kontrollieren. Diese Demonstration und die einfache Herstellung zeigt, dass das Konzept auch auf andere Anwendungen, wie z.B. die bedarfsgerechte Herstellung von Mikroheizern für in-situ Rasterelektronenmikroskop-Experimente, ausgeweitet werden kann. Darüber hinaus zeigt diese Arbeit, wie PMMA-Verkapselung als effektive Barriere gegen Sauerstoff und Feuchtigkeit fungiert und zusätzlich als brauchbarer mechanischer Schutz der auf Flüssigmetall basierenden gedruckten elektronischen Bauteile wirken kann. Insgesamt zeigen der alleinstehende, integrierte Herstellungsablauf und die Funktionalität der Geräte, dass das Potenzial des Flüssigmetall-Drucks in der gedruckten Elektronik viel größer ist als einzig die Verwendung zur Verbindung konventioneller elektronischer Bauteile. Neben der Entwicklung von Druckverfahren und der Herstellung elektronischer Bauteile befasst sich die Arbeit auch mit der Korrosion und der zusätzlichen Legierung von konventionellen Metallelektroden in Kontakt mit Flüssigmetallen, welche die Stabilität der Bauteil beinträchtigen könnten. Zu diesem Zweck wurde eine korrelierte Materialinteraktionsstudie von gedruckten Galinstan- und Goldelektroden durchgeführt. Durch die kombinierte Anwendung von optischer Mikroskopie, vertikaler Rasterinterferometrie, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenphotonenspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie konnte der Ausbreitungsprozess von Flüssigmetalllinien auf Goldfilmen eingehend charakterisiert werden. Diese Studie zeigt eine unterschiedliche Ausbreitung der verschiedenen Komponenten des Flüssigmetalls sowie die Bildung von intermetallischen Nanostrukturen auf der umgebenden Goldfilmoberfläche. Auf der Grundlage der erhaltenen zeitabhängigen, korrelierten Charakterisierungsergebnisse wird ein Modell für den Ausbreitungsprozess vorgeschlagen, das auf dem Eindringen des Flüssigmetalls in den Goldfilm basiert. Um eine ergänzende Perspektive auf die interne Nanostruktur zu erhalten, wurde die Röntgen-Nanotomographie eingesetzt, um die Verteilung von Gold, Galinstan und intermetallischen Phasen in einem in das Flüssigmetall getauchten Golddraht zu untersuchen. Schlussendlich werden Langzeitmessungen des Widerstands an Flüssigmetallleitungen, die Goldelektroden verbinden, durchgeführt, was dazu beiträgt, die Auswirkungen von Materialwechselwirkungen auf elektronische Anwendungen zu bewerten

    Exploring Animal Behavior Through Sound: Volume 1

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    This open-access book empowers its readers to explore the acoustic world of animals. By listening to the sounds of nature, we can study animal behavior, distribution, and demographics; their habitat characteristics and needs; and the effects of noise. Sound recording is an efficient and affordable tool, independent of daylight and weather; and recorders may be left in place for many months at a time, continuously collecting data on animals and their environment. This book builds the skills and knowledge necessary to collect and interpret acoustic data from terrestrial and marine environments. Beginning with a history of sound recording, the chapters provide an overview of off-the-shelf recording equipment and analysis tools (including automated signal detectors and statistical methods); audiometric methods; acoustic terminology, quantities, and units; sound propagation in air and under water; soundscapes of terrestrial and marine habitats; animal acoustic and vibrational communication; echolocation; and the effects of noise. This book will be useful to students and researchers of animal ecology who wish to add acoustics to their toolbox, as well as to environmental managers in industry and government

    ATHENA Research Book, Volume 2

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    ATHENA European University is an association of nine higher education institutions with the mission of promoting excellence in research and innovation by enabling international cooperation. The acronym ATHENA stands for Association of Advanced Technologies in Higher Education. Partner institutions are from France, Germany, Greece, Italy, Lithuania, Portugal and Slovenia: University of Orléans, University of Siegen, Hellenic Mediterranean University, Niccolò Cusano University, Vilnius Gediminas Technical University, Polytechnic Institute of Porto and University of Maribor. In 2022, two institutions joined the alliance: the Maria Curie-Skłodowska University from Poland and the University of Vigo from Spain. Also in 2022, an institution from Austria joined the alliance as an associate member: Carinthia University of Applied Sciences. This research book presents a selection of the research activities of ATHENA University's partners. It contains an overview of the research activities of individual members, a selection of the most important bibliographic works of members, peer-reviewed student theses, a descriptive list of ATHENA lectures and reports from individual working sections of the ATHENA project. The ATHENA Research Book provides a platform that encourages collaborative and interdisciplinary research projects by advanced and early career researchers

    A continuum robotic platform for endoscopic non-contact laser surgery: design, control, and preclinical evaluation

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    The application of laser technologies in surgical interventions has been accepted in the clinical domain due to their atraumatic properties. In addition to manual application of fibre-guided lasers with tissue contact, non-contact transoral laser microsurgery (TLM) of laryngeal tumours has been prevailed in ENT surgery. However, TLM requires many years of surgical training for tumour resection in order to preserve the function of adjacent organs and thus preserve the patient’s quality of life. The positioning of the microscopic laser applicator outside the patient can also impede a direct line-of-sight to the target area due to anatomical variability and limit the working space. Further clinical challenges include positioning the laser focus on the tissue surface, imaging, planning and performing laser ablation, and motion of the target area during surgery. This dissertation aims to address the limitations of TLM through robotic approaches and intraoperative assistance. Although a trend towards minimally invasive surgery is apparent, no highly integrated platform for endoscopic delivery of focused laser radiation is available to date. Likewise, there are no known devices that incorporate scene information from endoscopic imaging into ablation planning and execution. For focusing of the laser beam close to the target tissue, this work first presents miniaturised focusing optics that can be integrated into endoscopic systems. Experimental trials characterise the optical properties and the ablation performance. A robotic platform is realised for manipulation of the focusing optics. This is based on a variable-length continuum manipulator. The latter enables movements of the endoscopic end effector in five degrees of freedom with a mechatronic actuation unit. The kinematic modelling and control of the robot are integrated into a modular framework that is evaluated experimentally. The manipulation of focused laser radiation also requires precise adjustment of the focal position on the tissue. For this purpose, visual, haptic and visual-haptic assistance functions are presented. These support the operator during teleoperation to set an optimal working distance. Advantages of visual-haptic assistance are demonstrated in a user study. The system performance and usability of the overall robotic system are assessed in an additional user study. Analogous to a clinical scenario, the subjects follow predefined target patterns with a laser spot. The mean positioning accuracy of the spot is 0.5 mm. Finally, methods of image-guided robot control are introduced to automate laser ablation. Experiments confirm a positive effect of proposed automation concepts on non-contact laser surgery.Die Anwendung von Lasertechnologien in chirurgischen Interventionen hat sich aufgrund der atraumatischen Eigenschaften in der Klinik etabliert. Neben manueller Applikation von fasergeführten Lasern mit Gewebekontakt hat sich die kontaktfreie transorale Lasermikrochirurgie (TLM) von Tumoren des Larynx in der HNO-Chirurgie durchgesetzt. Die TLM erfordert zur Tumorresektion jedoch ein langjähriges chirurgisches Training, um die Funktion der angrenzenden Organe zu sichern und damit die Lebensqualität der Patienten zu erhalten. Die Positionierung des mikroskopis chen Laserapplikators außerhalb des Patienten kann zudem die direkte Sicht auf das Zielgebiet durch anatomische Variabilität erschweren und den Arbeitsraum einschränken. Weitere klinische Herausforderungen betreffen die Positionierung des Laserfokus auf der Gewebeoberfläche, die Bildgebung, die Planung und Ausführung der Laserablation sowie intraoperative Bewegungen des Zielgebietes. Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, die Limitierungen der TLM durch robotische Ansätze und intraoperative Assistenz zu adressieren. Obwohl ein Trend zur minimal invasiven Chirurgie besteht, sind bislang keine hochintegrierten Plattformen für die endoskopische Applikation fokussierter Laserstrahlung verfügbar. Ebenfalls sind keine Systeme bekannt, die Szeneninformationen aus der endoskopischen Bildgebung in die Ablationsplanung und -ausführung einbeziehen. Für eine situsnahe Fokussierung des Laserstrahls wird in dieser Arbeit zunächst eine miniaturisierte Fokussieroptik zur Integration in endoskopische Systeme vorgestellt. Experimentelle Versuche charakterisieren die optischen Eigenschaften und das Ablationsverhalten. Zur Manipulation der Fokussieroptik wird eine robotische Plattform realisiert. Diese basiert auf einem längenveränderlichen Kontinuumsmanipulator. Letzterer ermöglicht in Kombination mit einer mechatronischen Aktuierungseinheit Bewegungen des Endoskopkopfes in fünf Freiheitsgraden. Die kinematische Modellierung und Regelung des Systems werden in ein modulares Framework eingebunden und evaluiert. Die Manipulation fokussierter Laserstrahlung erfordert zudem eine präzise Anpassung der Fokuslage auf das Gewebe. Dafür werden visuelle, haptische und visuell haptische Assistenzfunktionen eingeführt. Diese unterstützen den Anwender bei Teleoperation zur Einstellung eines optimalen Arbeitsabstandes. In einer Anwenderstudie werden Vorteile der visuell-haptischen Assistenz nachgewiesen. Die Systemperformanz und Gebrauchstauglichkeit des robotischen Gesamtsystems werden in einer weiteren Anwenderstudie untersucht. Analog zu einem klinischen Einsatz verfolgen die Probanden mit einem Laserspot vorgegebene Sollpfade. Die mittlere Positioniergenauigkeit des Spots beträgt dabei 0,5 mm. Zur Automatisierung der Ablation werden abschließend Methoden der bildgestützten Regelung vorgestellt. Experimente bestätigen einen positiven Effekt der Automationskonzepte für die kontaktfreie Laserchirurgie

    Nondestructive Testing (NDT)

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    The aim of this book is to collect the newest contributions by eminent authors in the field of NDT-SHM, both at the material and structure scale. It therefore provides novel insight at experimental and numerical levels on the application of NDT to a wide variety of materials (concrete, steel, masonry, composites, etc.) in the field of Civil Engineering and Architecture

    Systemic circular economy solutions for fiber reinforced composites

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    This open access book provides an overview of the work undertaken within the FiberEUse project, which developed solutions enhancing the profitability of composite recycling and reuse in value-added products, with a cross-sectorial approach. Glass and carbon fiber reinforced polymers, or composites, are increasingly used as structural materials in many manufacturing sectors like transport, constructions and energy due to their better lightweight and corrosion resistance compared to metals. However, composite recycling is still a challenge since no significant added value in the recycling and reprocessing of composites is demonstrated. FiberEUse developed innovative solutions and business models towards sustainable Circular Economy solutions for post-use composite-made products. Three strategies are presented, namely mechanical recycling of short fibers, thermal recycling of long fibers and modular car parts design for sustainable disassembly and remanufacturing. The validation of the FiberEUse approach within eight industrial demonstrators shows the potentials towards new Circular Economy value-chains for composite materials

    Proceedings of the 19th Sound and Music Computing Conference

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    Proceedings of the 19th Sound and Music Computing Conference - June 5-12, 2022 - Saint-Étienne (France). https://smc22.grame.f
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