Living Stations

Due to the growing demand for mobility (as a primary need for people to get to work, to obtain personal care or to go travelling), cities continue to be faced with new urban challenges. Stations represent, along mobility networks, not only transportation nodes (transfer points) but also architectural objects which connect an area to the city’s territorial plane and which have the potential to generate new urban dynamics. In the ‘compact city’ the station is simply no longer the space to access mobility networks, as informed by their dry pragmatism, but becomes an urban place of sociality and encounter - an extended public space beyond mobility itself. Which relationships and cross-fertilizations can be significant for the design of the future living stations in the Municipality of Rotterdam? How ought these stations to be conceived in order to act as public places for collective action? Which (archetypical) devices can be designed to give a shape to the ambitions for these stations? The station as a public space and catalyzer for urban interventions in the metropolitan area of Rotterdam is the focus of the research initiative presented in this publication. City of Innovations Project – Living Stations is organized around speculating and forecasting on future scenarios for the city of Rotterdam. ‘What is the future of Rotterdam with the arrival of a new metro circle line system?’ In the past fifty years, every decade of Rotterdam urban planning has seen its complementary metro strategy, with profound connections with the spatial planning and architectural themes. Considering the urban trends of densification and the new move to the city, a new complementary strategy is required. The plans to realize 50.000 new homes between the city center and the suburban residential districts in the next 20 years go together with the development of a new metro circle line consisting of 16 new stations; 6 of which will connect the new metro line to the existing network. Students of the elective City of Innovations Project (AR0109) have been asked to develop ambitious but plausible urban and architectural proposals for selected locations under the guidance of tutors from the Municipality of Rotterdam and Complex Projects. The Grand Paris Express metro project in France has inspired the course’s approach. Following the critical essays on the strategic role of the infrastructural project for city development interventions, the ‘10 Visions X 5 Locations’ chapter is a systematization of the work of 35 master’s students with input from designers of the City of Rotterdam and experts and academic from the University of Gustave Eiffel in Paris. The research-through-design process conducted in the City of Innovations project - Living Stations consists of documenting and analyzing the present urban conditions of selected station locations in the City of Rotterdam and proposing design solutions and visualizations of the predicted development of these locations

TRANSMISSION PERFORMANCE OPTIMIZATION IN FIBER-WIRELESS ACCESS NETWORKS USING MACHINE LEARNING TECHNIQUES

The objective of this dissertation is to enhance the transmission performance in the fiber-wireless access network through mitigating the vital system limitations of both analog radio over fiber (A-RoF) and digital radio over fiber (D-RoF), with machine learning techniques being systematically implemented. The first thrust is improving the spectral efficiency for the optical transmission in the D-RoF to support the delivery of the massive number of bits from digitized radio signals. Advanced digital modulation schemes like PAM8, discrete multi-tone (DMT), and probabilistic shaping are investigated and implemented, while they may introduce severe nonlinear impairments on the low-cost optical intensity-modulation-direct-detection (IMDD) based D-RoF link with a limited dynamic range. An efficient deep neural network (DNN) equalizer/decoder to mitigate the nonlinear degradation is therefore designed and experimentally verified. Besides, we design a neural network based digital predistortion (DPD) to mitigate the nonlinear impairments from the whole link, which can be integrated into a transmitter with more processing resources and power than a receiver in an access network. Another thrust is to proactively mitigate the complex interferences in radio access networks (RANs). The composition of signals from different licensed systems and unlicensed transmitters creates an unprecedently complex interference environment that cannot be solved by conventional pre-defined network planning. In response to the challenges, a proactive interference avoidance scheme using reinforcement learning is proposed and experimentally verified in a mmWave-over-fiber platform. Except for the external sources, the interference may arise internally from a local transmitter as the self-interference (SI) that occupies the same time and frequency block as the signal of interest (SOI). Different from the conventional subtraction-based SI cancellation scheme, we design an efficient dual-inputs DNN (DI-DNN) based canceller which simultaneously cancels the SI and recovers the SOI.Ph.D

Liquid Metal Printing with Scanning Probe Lithography for Printed Electronics

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