511 research outputs found

    A literature review of User Interface interaction devices

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    A literature review of User Interface interaction devices

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    Skin Stories: Charting and Mapping the Skin. Research using analogies of human skin tissue in relation to my textile practice.

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    The practice based research SKIN STORIES:: CHARTING AND MAPPING THE SKIN deals with issues across the fields of art, design, technology, biology and material science. In an attempt to bridge the gap between aesthetics and technology by investigating the potential of new and industrial materials, the epidermis is used as a metaphor for creating innovative textile surfaces which behave, look or feel like skin. As a result of theoretical enquiry and practical experiments, interactive design solutions have been developed to a prototype stage for possible application in domestic environments and public spaces as well as for integration into body related design concepts. The development of such functional and interactive textile membranes will hopefully enable individuals to experience a polysensual and responsive environment and it is this aspect which is considered to be an original contribution to knowledge in the textiles field. The aim of this written thesis is not only to illustrate the journeys and investigations made along the way and to demonstrate the outcome of the research, but also to situate the practical work in its cultural, critical and technological context. This thesis is accompanied by an interactive CD-ROM which is a visual representation of my 'research map' and holds a record of the practical work carried out during the research project. The ideas of the project SKIN STORIES:: CHARTING AND MAPPING THE SKIN have been developed and tested during a 3-year research programme towards a Ph. D. at The London College of Fashion, University of the Arts London

    Dermal epidermal separation for skin rejuvenation

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    Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015O aumento da esperança média de vida ao longo das últimas décadas foi acompanhado por uma preocupação crescente com a saúde e estética da pele. Pele fotodanificada e envelhecida é caracterizada pelo aparecimento de características indesejáveis, tais como marcas de pigmentação, atrofia da juncão dérmica epidérmica, rugas, perda da radiância, claridade e uniformidade da pele. De forma a contrariar o efeito da exposição solar há uma necessidade crescente de desenvolvimento de métodos e dispositivos que visam o rejuvenescimento da pele. De acordo com o relatório apresentado pela Transparency Market Research sobre o mercado dos dispositivos de tratamento e cuidado de pele é esperado um crescimento de 10% destes dispositivos durante o período de 2012 a 2018. Rejuvenescimento da pele implica a substituição do tecido foto danificado ou envelhecido por um novo, mais saudável, radiante e uniforme. Desde químicos a fotónicos incluindo sistemas mecânicos, existe uma vasta gama de dispositivos que visam rejuvenescimento de pele. O grau de rejuvenescimento está relacionado com a agressividade do método utilizado. Técnicas suaves como a aplicação de loções e cremes carecem de eficácia, no entanto apresentam poucos efeitos secundários sendo seguras para os utilizadores. Já a maioria dos dispositivos comercialmente disponíveis, como peeling químico, abrasão da epiderme, e resurfacing a laser, atuam através da danificação ou remoção de toda a epiderme viável, expondo o corpo humano à acção de agentes químicos, físicos, patogénicos e à radiação ultra violeta (UV). Apesar de eficazes estes métodos apresentam efeitos adversos, nomeadamente o elevado risco de infecção para os pacientes e o longo tempo de recuperação. Por estes motivos é necessário desenvolver uma técnica não invasiva que rejuvenesça eficazmente a pele sem comprometer a saúde do paciente. Philips Research Eindhoven é uma das maiores organizações de investigação do mundo, localizada no High Tech Campus (HTC) em Eindhoven. O departamento Personal Care and Wellness combina o conhecimento sobre a biologia e morfologia da pele com as mais avançadas técnicas ópticas com o objectivo de inovar e desenvolver produtos com impacte no bem estar da população. O projeto, onde esta tese se insere, visa a geração de propriedade intelectual assim como desenvolver e apresentar a proof of concept sobre patentes anteriormente submetidas. Esta tese teve como principal objetivo desenvolver e construir um dispositivo que permitisse separar a derme da epiderme de forma não invasiva e que possa ser aplicado em pele humana ex-vivo e in-vivo. Para alcançar este objetivo, um sistema de sucção combinado com método de imagem não invasivo OCT (do acrónimo inglês Optical Cohenrence Tomography ) foi construído. Este sistema permitiu pela primeira vez a monitorização em tempo real do processo de separação da derme da epiderme. Devido à capacidade de visualizar em tempo real a separação da derme da epiderme, um modelo que descreve a evolução do processo de separação das duas camadas mais superficiais da pele assim como a acumulação de fluido intersticial foi formulado e descrito. Neste modelo três fases foram definidas e caracterizadas: Latência, Crescimento e Maturação. Foi também possível observar que a separação dérmica epidérmica ocorre segundo dois diferentes processos: 1) formação inicial de uma pequena fenda dérmica epidérmica que progressivamente aumenta de tamanho e 2) formação de várias pequenas separações ao longo de toda a junção dérmica epidérmica que aumentam de dimensão ao longo do tempo e se vão unificando. Para além de combinado com OCT, o sistema de sucção foi também acoplado a um sistema de aquecimento e a um sistema de Radiofrequência (RF). A dependência entre o tempo de separação da derme da epiderme e fatores como o diâmetro do prato de sucção aplicado, a pressão e a temperatura da pele foi estabelecida. Os parâmetros óptimos para a separação da derme e epiderme num curto período de tempo foram determinados: um diâmetro entre 1 mm e 1.5 mm, uma pressão de sucção de 600 mmHg e uma temperatura de 40ºC. Os resultados em pele ex-vivo foram corroborados por um estudo in-vivo. Após a optimização dos parâmetros foi possível reduzir o tempo de separação dérmica epidérmica para um sexto do tempo inicial. De forma a compreender os processos regenerativos que actuam após a separação dérmica epidérmica e a avaliar se uma nova e saudável epiderme é formada de forma não invasiva, a resposta regenerativa ao tratamento foi avaliada através de um estudo in-vivo. As imagens de OCT obtidas 1 dia e 4 dias após o tratamento revelaram a formação de uma nova e saudável epiderme de baixo da epiderme separada, que age como um escudo biológico protegendo o organismo contra agentes infecciosos. Neste estudo também foi verificado que o tempo de regeneração da epiderme depende da extensão de epiderme separada. Extensões menores requerem um mais curto período de regeneração. A capacidade da OCT permitir detetar e visualizar características da pele como poros e folículos capilares permitiu a aplicação do tratamento sobre estas. Os resultados obtidos indicam que o processo de separação dérmica epidérmica é facilitado na região folicular e dificultado em poros. Foi ainda testada a aplicação fracionada do tratamento de forma a reduzir o tempo de aplicação e desconforto para os utilizadores. Apesar de eficiente, OCT é um sistema de monitorização dispendioso e pouco portátil não podendo ser acoplado a um dispositivo comercial de rejuvenescimento de pele. Para colmatar esta necessidade foi testada a possibilidade de usar as propriedade condutivas da pele para detetar a separação da derme da epiderme. Usando um sistema de radiofrequência, a impedância da pele à corrente eléctrica foi monitorizada durante o processo de separação da derme da epiderme. Uma diminuição da impedância da pele ocorre durante a migração de fluido intersticial para a cavidade dérmica epidérmica. A principal aplicação visionada para esta técnica assim como os parâmetros determinados é o desenvolvimento de um dispositivo de rejuvenescimento da pele não invasivo. Devido a promover a separação da derme da epiderme em apenas alguns segundos a técnica apresentada nesta tese ganha especial relevância na área médica. Com foco de interesse para dermatologia onde a transplantação epidérmica é umas das técnicas mais utilizadas no tratamento de Vitiligo e também para análises clínicas onde extração do fluido intersticial é utilizado em inúmeros estudos. A redução do tempo de separação é crucial para a diminuição do tempo de tratamento e desconforto para os pacientes. O próximo passo será um estudo clínico, usando uma significante amostra população de diferentes idades e géneros, de forma a avaliar se o tratamento leva a um rejuvenescimento da pele a curto e longo espaço de tempo. O tratamento deverá ser aplicado no tecido facial e ser acompanhado por um estudo histológico ou de TEM (do acrónimo inglês Transmission Electron Microscopy) de forma a estudar o processo de regeneração. A aplicação fracionada do tratamento assim como o efeito de folículos capilares e poros no tempo de separação deverá ser estudada em detalhe. Em suma, nesta dissertação as principais fases de desenvolvimento de um dispositivo de rejuvenescimento de pele foram levadas a cabo. Desde do design e construção de um protótipo, à optimização do parâmetros terminando num teste clínico e análise dos resultados. O dispositivo construído e descrito nesta tese revelou ser uma técnica promissora, eficiente e segura para o rejuvenescimento de pele e para monitorização em tempo real da cinética da separação dérmica epidérmica.With the increase of life expectancy over the last decades there is an increasing concern about how to maintain the skin healthy. Skin rejuvenation implies the replacement of the damaged upper layers of the skin with new ones, improving fine lines, radiance and clarity of the skin. The current available techniques for skin rejuvenation including chemical peeling, dermabrasion and laser skin resurfacing, act by removing the upper layer of the skin, the epidermis, which protects the body against physical, chemical, pathogen and UV radiation injuries. The aim of this thesis was to develop and build a non-invasive device which induces dermal epidermal separation and implement this technique to ex-vivo and in-vivo human skin. For this purpose a suction system integrated with a non-invasive imaging method Optical Coherence Tomography (OCT) was built. This system allowed, for the first time, the real time monitoring of the kinetics of dermal epidermal separation process and to follow the regenerative process non-invasively. The suction device was also combined with a heating and radio-frequency system. A model for the dermal epidermal separation over the time was formulated and described in this thesis. The relation between the dermal epidermal separation time and the diameter of the suction aperture, the suction pressure and the temperature was established. The ex-vivo results were validated with in-vivo studies. Furthermore it was possible to assess to the feasibility of electric conductivity as dermal epidermal separation detection method. A marked decrease of the skin electric impedance was verified during the migration of interstitial fluid to the dermal epidermal cavity, indicating that electrical impedance can be used as detection method. The experimental setup and method here in described revealed to be a safe, efficient and promising technique for skin rejuvenation

    Laser-assisted processing of multilayer films for inexpensive and flexible biomedical microsystems

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    Flexible/stretchable electronics offer ideal properties for emerging health monitoring devices that can seamlessly integrate with the soft, curvilinear, and dynamic surfaces of the human body. The resulting capabilities have allowed novel devices for monitoring physiological parameters, improving surgical procedures, and human-machine interfaces. While the attractiveness of these devices are indubitable, their fabrication by conventional cleanroom techniques makes them expensive and incompatible with rapid large-scale (e.g., roll-to-roll) production. The purpose of this research is to develop inexpensive fabrication technologies using low-cost commercial films such as polyimide, paper, and metalized paper that can be utilized for developing various flexible/stretchable physical and chemical sensors for wearable and lab-on-chip applications. The demonstrated techniques focus on an array of laser assisted surfaces modification and micromachining strategies with the two commonly used CO2 and Nd: YAG laser systems. The first section of this dissertation demonstrates the use of localized pulsed CO2 laser irradiation to selectively convert thermoset polymer films (e.g., polyimide) into electrically conductive highly porous carbon micro/nanostructures.Thisprocessprovidesauniqueandfacileapproachfordirect writing of carbonized conductive patterns on flexible polyimide sheets in ambient conditions, eliminating complexities of current methods such as expensive CVD processes and complicated formulation/preparation of conductive carbon based inks used in ink jet printing. The highly porous laser carbonized layer can be transferred to stretchable elastomer or further functionalized with various chemical substances such as ionic solutions, nanoparticles, and chemically conductive polymers to create different mechanical and chemical sensors. The second section of this dissertation describes the use of laser ablation for selective removal of material from multilayer films such as ITO-coated PET, parchment paper, and metalized paper to create disposable diagnostic platforms and in-vitro models for lab-on-chip based studies. The ablated areas were analyzed using electrical, mechanical, and surface analysis tools to understand change in physical structure and chemical properties of the laser ablated films. As proof-of-concept demonstrations of these technologies, four different devices are presented here: mechanical, electrochemical, and environmental sensors along with an in-vitro cell culture platform. All four devices are designed, fabricated, and characterized to highlight the capability of commercial laser processing systems in the production of the next generation, low-cost and flexible biomedical devices

    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

    Small business innovation research. Abstracts of 1988 phase 1 awards

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    Non-proprietary proposal abstracts of Phase 1 Small Business Innovation Research (SBIR) projects supported by NASA are presented. Projects in the fields of aeronautical propulsion, aerodynamics, acoustics, aircraft systems, materials and structures, teleoperators and robots, computer sciences, information systems, data processing, spacecraft propulsion, bioastronautics, satellite communication, and space processing are covered
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