3,950 research outputs found

    Undergraduate Catalog of Studies, 2023-2024

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    Design and Evaluation of a Hardware System for Online Signal Processing within Mobile Brain-Computer Interfaces

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    Brain-Computer Interfaces (BCIs) sind innovative Systeme, die eine direkte Kommunikation zwischen dem Gehirn und externen Geräten ermöglichen. Diese Schnittstellen haben sich zu einer transformativen Lösung nicht nur für Menschen mit neurologischen Verletzungen entwickelt, sondern auch für ein breiteres Spektrum von Menschen, das sowohl medizinische als auch nicht-medizinische Anwendungen umfasst. In der Vergangenheit hat die Herausforderung, dass neurologische Verletzungen nach einer anfänglichen Erholungsphase statisch bleiben, die Forscher dazu veranlasst, innovative Wege zu beschreiten. Seit den 1970er Jahren stehen BCIs an vorderster Front dieser Bemühungen. Mit den Fortschritten in der Forschung haben sich die BCI-Anwendungen erweitert und zeigen ein großes Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen, auch für weniger stark eingeschränkte (zum Beispiel im Kontext von Hörelektronik) sowie völlig gesunde Menschen (zum Beispiel in der Unterhaltungsindustrie). Die Zukunft der BCI-Forschung hängt jedoch auch von der Verfügbarkeit zuverlässiger BCI-Hardware ab, die den Einsatz in der realen Welt gewährleistet. Das im Rahmen dieser Arbeit konzipierte und implementierte CereBridge-System stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Brain-Computer-Interface-Technologie dar, da es die gesamte Hardware zur Erfassung und Verarbeitung von EEG-Signalen in ein mobiles System integriert. Die Architektur der Verarbeitungshardware basiert auf einem FPGA mit einem ARM Cortex-M3 innerhalb eines heterogenen ICs, was Flexibilität und Effizienz bei der EEG-Signalverarbeitung gewährleistet. Der modulare Aufbau des Systems, bestehend aus drei einzelnen Boards, gewährleistet die Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungen. Das komplette System wird an der Kopfhaut befestigt, kann autonom arbeiten, benötigt keine externe Interaktion und wiegt einschließlich der 16-Kanal-EEG-Sensoren nur ca. 56 g. Der Fokus liegt auf voller Mobilität. Das vorgeschlagene anpassbare Datenflusskonzept erleichtert die Untersuchung und nahtlose Integration von Algorithmen und erhöht die Flexibilität des Systems. Dies wird auch durch die Möglichkeit unterstrichen, verschiedene Algorithmen auf EEG-Daten anzuwenden, um unterschiedliche Anwendungsziele zu erreichen. High-Level Synthesis (HLS) wurde verwendet, um die Algorithmen auf das FPGA zu portieren, was den Algorithmenentwicklungsprozess beschleunigt und eine schnelle Implementierung von Algorithmusvarianten ermöglicht. Evaluierungen haben gezeigt, dass das CereBridge-System in der Lage ist, die gesamte Signalverarbeitungskette zu integrieren, die für verschiedene BCI-Anwendungen erforderlich ist. Darüber hinaus kann es mit einer Batterie von mehr als 31 Stunden Dauerbetrieb betrieben werden, was es zu einer praktikablen Lösung für mobile Langzeit-EEG-Aufzeichnungen und reale BCI-Studien macht. Im Vergleich zu bestehenden Forschungsplattformen bietet das CereBridge-System eine bisher unerreichte Leistungsfähigkeit und Ausstattung für ein mobiles BCI. Es erfüllt nicht nur die relevanten Anforderungen an ein mobiles BCI-System, sondern ebnet auch den Weg für eine schnelle Übertragung von Algorithmen aus dem Labor in reale Anwendungen. Im Wesentlichen liefert diese Arbeit einen umfassenden Entwurf für die Entwicklung und Implementierung eines hochmodernen mobilen EEG-basierten BCI-Systems und setzt damit einen neuen Standard für BCI-Hardware, die in der Praxis eingesetzt werden kann.Brain-Computer Interfaces (BCIs) are innovative systems that enable direct communication between the brain and external devices. These interfaces have emerged as a transformative solution not only for individuals with neurological injuries, but also for a broader range of individuals, encompassing both medical and non-medical applications. Historically, the challenge of neurological injury being static after an initial recovery phase has driven researchers to explore innovative avenues. Since the 1970s, BCIs have been at one forefront of these efforts. As research has progressed, BCI applications have expanded, showing potential in a wide range of applications, including those for less severely disabled (e.g. in the context of hearing aids) and completely healthy individuals (e.g. entertainment industry). However, the future of BCI research also depends on the availability of reliable BCI hardware to ensure real-world application. The CereBridge system designed and implemented in this work represents a significant leap forward in brain-computer interface technology by integrating all EEG signal acquisition and processing hardware into a mobile system. The processing hardware architecture is centered around an FPGA with an ARM Cortex-M3 within a heterogeneous IC, ensuring flexibility and efficiency in EEG signal processing. The modular design of the system, consisting of three individual boards, ensures adaptability to different requirements. With a focus on full mobility, the complete system is mounted on the scalp, can operate autonomously, requires no external interaction, and weighs approximately 56g, including 16 channel EEG sensors. The proposed customizable dataflow concept facilitates the exploration and seamless integration of algorithms, increasing the flexibility of the system. This is further underscored by the ability to apply different algorithms to recorded EEG data to meet different application goals. High-Level Synthesis (HLS) was used to port algorithms to the FPGA, accelerating the algorithm development process and facilitating rapid implementation of algorithm variants. Evaluations have shown that the CereBridge system is capable of integrating the complete signal processing chain required for various BCI applications. Furthermore, it can operate continuously for more than 31 hours with a 1800mAh battery, making it a viable solution for long-term mobile EEG recording and real-world BCI studies. Compared to existing research platforms, the CereBridge system offers unprecedented performance and features for a mobile BCI. It not only meets the relevant requirements for a mobile BCI system, but also paves the way for the rapid transition of algorithms from the laboratory to real-world applications. In essence, this work provides a comprehensive blueprint for the development and implementation of a state-of-the-art mobile EEG-based BCI system, setting a new benchmark in BCI hardware for real-world applicability

    Undergraduate Catalog of Studies, 2023-2024

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    Joint multi-objective MEH selection and traffic path computation in 5G-MEC systems

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    Multi-access Edge Computing (MEC) is an emerging technology that allows to reduce the service latency and traffic congestion and to enable cloud offloading and context awareness. MEC consists in deploying computing devices, called MEC Hosts (MEHs), close to the user. Given the mobility of the user, several problems rise. The first problem is to select a MEH to run the service requested by the user. Another problem is to select the path to steer the traffic from the user to the selected MEH. The paper jointly addresses these two problems. First, the paper proposes a procedure to create a graph that is able to capture both network-layer and application-layer performance. Then, the proposed graph is used to apply the Multi-objective Dijkstra Algorithm (MDA), a technique used for multi-objective optimization problems, in order to find solutions to the addressed problems by simultaneously considering different performance metrics and constraints. To evaluate the performance of MDA, the paper implements a testbed based on AdvantEDGE and Kubernetes to migrate a VideoLAN application between two MEHs. A controller has been realized to integrate MDA with the 5G-MEC system in the testbed. The results show that MDA is able to perform the migration with a limited impact on the network performance and user experience. The lack of migration would instead lead to a severe reduction of the user experience.publishedVersio

    UMSL Bulletin 2023-2024

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    The 2023-2024 Bulletin and Course Catalog for the University of Missouri St. Louis.https://irl.umsl.edu/bulletin/1088/thumbnail.jp

    Global Growth and Trends of In-Body Communication Research—Insight From Bibliometric Analysis

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    A bibliometric analysis was conducted to examine research on in-body communication. This study aimed to assess the research growth in different countries, identify influential authors for potential international collaboration, investigate research challenges, and explore future prospects for in-body communication. A total of 148 articles written in English from journals and conference proceedings were gathered from the Scopus database. These articles cover the period from 2006 until August 2023. VOS Viewer 1.6.19 and Tableau Cloud were used to analyze the data. The analysis reveals that research on in-body communication has shown fluctuations but overall tends to increase. The United States, Finland, and Japan were identified as the leading countries (top three) in terms of publication quantity, while researchers from Norway, Finland, and Morocco received the highest number of citations. The University of Oulu in Finland has emerged as a productive institution in this field. Collaborative research opportunities exist with the countries mentioned above or with authors who have expertise in this topic. The dominant research topic within this field pertains to ultra-wideband (UWB) technology. One of the future challenges in this field is the exploration of optical wireless communication (OWC) as a potential communication medium for in-body devices, such as electronic devices implanted in the human body. This includes improving performance to meet the requirements for in-body communication devices. Additionally, this paper provides further insights into the progress of research on OWC for in-body communication conducted in our laboratory

    Modern computing: Vision and challenges

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    Over the past six decades, the computing systems field has experienced significant transformations, profoundly impacting society with transformational developments, such as the Internet and the commodification of computing. Underpinned by technological advancements, computer systems, far from being static, have been continuously evolving and adapting to cover multifaceted societal niches. This has led to new paradigms such as cloud, fog, edge computing, and the Internet of Things (IoT), which offer fresh economic and creative opportunities. Nevertheless, this rapid change poses complex research challenges, especially in maximizing potential and enhancing functionality. As such, to maintain an economical level of performance that meets ever-tighter requirements, one must understand the drivers of new model emergence and expansion, and how contemporary challenges differ from past ones. To that end, this article investigates and assesses the factors influencing the evolution of computing systems, covering established systems and architectures as well as newer developments, such as serverless computing, quantum computing, and on-device AI on edge devices. Trends emerge when one traces technological trajectory, which includes the rapid obsolescence of frameworks due to business and technical constraints, a move towards specialized systems and models, and varying approaches to centralized and decentralized control. This comprehensive review of modern computing systems looks ahead to the future of research in the field, highlighting key challenges and emerging trends, and underscoring their importance in cost-effectively driving technological progress

    Neue Erzählformen in dynamischen Bildtechnologien - Formprobleme zwischen Populärkommunikation und autonomer Kunst

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    Jeder Fortschritt, jede Neuerung größeren Ausmaßes in verschiedenen Medien provoziert nach einer kurzen Phase spielerischen Experiments eine erneute Konsolidierung wie deren ästhetische Reflexion: Diese Dualität kennen wir spätestens seit den Tagen industrieller Kommunikation als eine Trennung zwischen Massenkommunikation und Kunst. Dies lässt sich gleichermaßen bei der Entwicklung des zentralperspektivischen Bildes, der frühen Fotografie oder ganz besonders der Kinematografie beobachten. Nach einer ersten Phase des Kinos der Attraktionen entwickelte sich eine neue und einzigartige Formensprache des Classical Style als konventionalisierte Gestaltungsregel des Films, die zugleich und teilweise in scharfer Opposition verschiedene Gegenbewegungen auslöste oder als deren explizite Reflexion durch individuelle künstlerische Formensprachen überformt wurde. Aktuell stehen wir vor einer ähnlichen Situation, der Erfindung und Verbreitung dreidimensionaler dynamischer Techniken mit Datenbrille und anderen Technologien, die neue Formen der Virtual Production und damit des Erzählens ermöglichen - sogenanntes 'spatial' oder 'environmental storytelling'. Der Band widmet sich diesem neuen Erzählen auf drei Ebenen: Raumbild und -ton (Film), Bewegung im Raum (Computerspiel und VR) und Raum als Kontext (AR)
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