Survey of FPGA applications in the period 2000 – 2015 (Technical Report)

Romoth J, Porrmann M, Rückert U. Survey of FPGA applications in the period 2000 – 2015 (Technical Report).; 2017.Since their introduction, FPGAs can be seen in more and more different fields of applications. The key advantage is the combination of software-like flexibility with the performance otherwise common to hardware. Nevertheless, every application field introduces special requirements to the used computational architecture. This paper provides an overview of the different topics FPGAs have been used for in the last 15 years of research and why they have been chosen over other processing units like e.g. CPUs

A wavelet-based CMAC for enhanced multidimensional learning

The CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) neural network has been successfully used in control systems and other applications for many years. The network structure is modular and associative, allowing for rapid learning convergence with an ease of implementation in either hardware or software. The rate of convergence of the network is determined largely by the choice of the receptive field shape and the generalization parameter. This research contains a rigorous analysis of the rate of convergence with the standard CMAC, as well as the rate of convergence of networks using other receptive field shape. The effects of decimation from state-space to weight space are examined in detail. This analysis shows CMAC to be an adaptive lowpass filter, where the filter dynamics are governed by the generalization parameter. A more general CMAC is derived using wavelet-based receptive fields and a controllable decimation scheme, that is capable of convergence at any frequency within the Nyquist limits. The flexible decimation structure facilitates the optimization of computation for complex multidimensional problems. The stability of the wavelet-based CMAC is also examined

Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 372)

This bibliography lists 208 reports, articles and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System during Jan. 1993. Subject coverage includes: aerospace medicine and physiology, life support systems and man/system technology, protective clothing, exobiology and extraterrestrial life, planetary biology, and flight crew behavior and performance

Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 389)

This bibliography lists 234 reports, articles, and other documents recently introduced into the NASA Scientific and Technical Information System. Subject coverage includes: aerospace medicine and physiology, life support systems and man/system technology, protective clothing, exobiology and extraterrestrial life, planetary biology, and flight crew behavior and performance

Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 275)

This bibliography lists 321 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in August 1985

Activation of the pro-resolving receptor Fpr2 attenuates inflammatory microglial activation

Poster number: P-T099 Theme: Neurodegenerative disorders & ageing Activation of the pro-resolving receptor Fpr2 reverses inflammatory microglial activation Authors: Edward S Wickstead - Life Science & Technology University of Westminster/Queen Mary University of London Inflammation is a major contributor to many neurodegenerative disease (Heneka et al. 2015). Microglia, as the resident immune cells of the brain and spinal cord, provide the first line of immunological defence, but can become deleterious when chronically activated, triggering extensive neuronal damage (Cunningham, 2013). Dampening or even reversing this activation may provide neuronal protection against chronic inflammatory damage. The aim of this study was to determine whether lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation could be abrogated through activation of the receptor Fpr2, known to play an important role in peripheral inflammatory resolution. Immortalised murine microglia (BV2 cell line) were stimulated with LPS (50ng/ml) for 1 hour prior to the treatment with one of two Fpr2 ligands, either Cpd43 or Quin-C1 (both 100nM), and production of nitric oxide (NO), tumour necrosis factor alpha (TNFα) and interleukin-10 (IL-10) were monitored after 24h and 48h. Treatment with either Fpr2 ligand significantly suppressed LPS-induced production of NO or TNFα after both 24h and 48h exposure, moreover Fpr2 ligand treatment significantly enhanced production of IL-10 48h post-LPS treatment. As we have previously shown Fpr2 to be coupled to a number of intracellular signaling pathways (Cooray et al. 2013), we investigated potential signaling responses. Western blot analysis revealed no activation of ERK1/2, but identified a rapid and potent activation of p38 MAP kinase in BV2 microglia following stimulation with Fpr2 ligands. Together, these data indicate the possibility of exploiting immunomodulatory strategies for the treatment of neurological diseases, and highlight in particular the important potential of resolution mechanisms as novel therapeutic targets in neuroinflammation. References Cooray SN et al. (2013). Proc Natl Acad Sci U S A 110: 18232-7. Cunningham C (2013). Glia 61: 71-90. Heneka MT et al. (2015). Lancet Neurol 14: 388-40

Design of neuro-fuzzy models by evolutionary and gradient-based algorithms

All systems found in nature exhibit, with different degrees, a nonlinear behavior. To emulate this behavior, classical systems identification techniques use, typically, linear models, for mathematical simplicity. Models inspired by biological principles (artificial neural networks) and linguistically motivated (fuzzy systems), due to their universal approximation property, are becoming alternatives to classical mathematical models. In systems identification, the design of this type of models is an iterative process, requiring, among other steps, the need to identify the model structure, as well as the estimation of the model parameters. This thesis addresses the applicability of gradient-basis algorithms for the parameter estimation phase, and the use of evolutionary algorithms for model structure selection, for the design of neuro-fuzzy systems, i.e., models that offer the transparency property found in fuzzy systems, but use, for their design, algorithms introduced in the context of neural networks. A new methodology, based on the minimization of the integral of the error, and exploiting the parameter separability property typically found in neuro-fuzzy systems, is proposed for parameter estimation. A recent evolutionary technique (bacterial algorithms), based on the natural phenomenon of microbial evolution, is combined with genetic programming, and the resulting algorithm, bacterial programming, advocated for structure determination. Different versions of this evolutionary technique are combined with gradient-based algorithms, solving problems found in fuzzy and neuro-fuzzy design, namely incorporation of a-priori knowledge, gradient algorithms initialization and model complexity reduction.Todos os sistemas encontrados na natureza exibem, com maior ou menor grau, um comportamento linear. De modo a emular esse comportamento, as técnicas de identificação clássicas usam, tipicamente e por simplicidade matemática, modelos lineares. Devido à sua propriedade de aproximação universal, modelos inspirados por princípios biológicos (redes neuronais artificiais) e motivados linguisticamente (sistemas difusos) tem sido cada vez mais usados como alternativos aos modelos matemáticos clássicos. Num contexto de identificação de sistemas, o projeto de modelos como os acima descritos é um processo iterativo, constituído por vários passos. Dentro destes, encontra-se a necessidade de identificar a estrutura do modelo a usar, e a estimação dos seus parâmetros. Esta Tese discutirá a aplicação de algoritmos baseados em derivadas para a fase de estimação de parâmetros, e o uso de algoritmos baseados na teoria da evolução de espécies, algoritmos evolutivos, para a seleção de estrutura do modelo. Isto será realizado no contexto do projeto de modelos neuro-difusos, isto é, modelos que simultaneamente exibem a propriedade de transparência normalmente associada a sistemas difusos mas que utilizam, para o seu projeto algoritmos introduzidos no contexto de redes neuronais. Os modelos utilizados neste trabalho são redes B-Spline, de Função de Base Radial, e sistemas difusos dos tipos Mamdani e Takagi-Sugeno. Neste trabalho começa-se por explorar, para desenho de redes B-Spline, a introdução de conhecimento à-priori existente sobre um processo. Neste sentido, aplica-se uma nova abordagem na qual a técnica para a estimação dos parâmetros é alterada a fim de assegurar restrições de igualdade da função e das suas derivadas. Mostra-se ainda que estratégias de determinação de estrutura do modelo, baseadas em computação evolutiva ou em heurísticas determinísticas podem ser facilmente adaptadas a este tipo de modelos restringidos. É proposta uma nova técnica evolutiva, resultante da combinação de algoritmos recentemente introduzidos (algoritmos bacterianos, baseados no fenómeno natural de evolução microbiana) e programação genética. Nesta nova abordagem, designada por programação bacteriana, os operadores genéticos são substituídos pelos operadores bacterianos. Deste modo, enquanto a mutação bacteriana trabalha num indivíduo, e tenta otimizar a bactéria que o codifica, a transferência de gene é aplicada a toda a população de bactérias, evitando-se soluções de mínimos locais. Esta heurística foi aplicada para o desenho de redes B-Spline. O desempenho desta abordagem é ilustrada e comparada com alternativas existentes. Para a determinação dos parâmetros de um modelo são normalmente usadas técnicas de otimização locais, baseadas em derivadas. Como o modelo em questão é não-linear, o desempenho deste género de técnicas é influenciado pelos pontos de partida. Para resolver este problema, é proposto um novo método no qual é usado o algoritmo evolutivo referido anteriormente para determinar pontos de partida mais apropriados para o algoritmo baseado em derivadas. Deste modo, é aumentada a possibilidade de se encontrar um mínimo global. A complexidade dos modelos neuro-difusos (e difusos) aumenta exponencialmente com a dimensão do problema. De modo a minorar este problema, é proposta uma nova abordagem de particionamento do espaço de entrada, que é uma extensão das estratégias de decomposição de entrada normalmente usadas para este tipo de modelos. Simulações mostram que, usando esta abordagem, se pode manter a capacidade de generalização com modelos de menor complexidade. Os modelos B-Spline são funcionalmente equivalentes a modelos difusos, desde que certas condições sejam satisfeitas. Para os casos em que tal não acontece (modelos difusos Mamdani genéricos), procedeu-se à adaptação das técnicas anteriormente empregues para as redes B-Spline. Por um lado, o algoritmo Levenberg-Marquardt é adaptado e a fim de poder ser aplicado ao particionamento do espaço de entrada de sistema difuso. Por outro lado, os algoritmos evolutivos de base bacteriana são adaptados para sistemas difusos, e combinados com o algoritmo de Levenberg-Marquardt, onde se explora a fusão das características de cada metodologia. Esta hibridização dos dois algoritmos, denominada de algoritmo bacteriano memético, demonstrou, em vários problemas de teste, apresentar melhores resultados que alternativas conhecidas. Os parâmetros dos modelos neuronais utilizados e dos difusos acima descritos (satisfazendo no entanto alguns critérios) podem ser separados, de acordo com a sua influência na saída, em parâmetros lineares e não-lineares. Utilizando as consequências desta propriedade nos algoritmos de estimação de parâmetros, esta Tese propõe também uma nova metodologia para estimação de parâmetros, baseada na minimização do integral do erro, em alternativa à normalmente utilizada minimização da soma do quadrado dos erros. Esta técnica, além de possibilitar (em certos casos) um projeto totalmente analítico, obtém melhores resultados de generalização, dado usar uma superfície de desempenho mais similar aquela que se obteria se se utilizasse a função geradora dos dados