457 research outputs found

    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

    UMSL Bulletin 2022-2023

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    The 2022-2023 Bulletin and Course Catalog for the University of Missouri St. Louis.https://irl.umsl.edu/bulletin/1087/thumbnail.jp

    Analysis, Design and Fabrication of Micromixers, Volume II

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    Micromixers are an important component in micrototal analysis systems and lab-on-a-chip platforms which are widely used for sample preparation and analysis, drug delivery, and biological and chemical synthesis. The Special Issue "Analysis, Design and Fabrication of Micromixers II" published in Micromachines covers new mechanisms, numerical and/or experimental mixing analysis, design, and fabrication of various micromixers. This reprint includes an editorial, two review papers, and eleven research papers reporting on five active and six passive micromixers. Three of the active micromixers have electrokinetic driving force, but the other two are activated by mechanical mechanism and acoustic streaming. Three studies employs non-Newtonian working fluids, one of which deals with nano-non-Newtonian fluids. Most of the cases investigated micromixer design

    Undergraduate and Graduate Course Descriptions, 2023 Spring

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    Wright State University undergraduate and graduate course descriptions from Spring 2023

    Design and Development of Biofeedback Stick Technology (BfT) to Improve the Quality of Life of Walking Stick Users

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    Biomedical engineering has seen a rapid growth in recent times, where the aim to facilitate and equip humans with the latest technology has become widespread globally. From high-tech equipment ranging from CT scanners, MRI equipment, and laser treatments, to the design, creation, and implementation of artificial body parts, the field of biomedical engineering has significantly contributed to mankind. Biomedical engineering has facilitated many of the latest developments surrounding human mobility, with advancement in mobility aids improving human movement for people with compromised mobility either caused by an injury or health condition. A review of the literature indicated that mobility aids, especially walking sticks, and appropriate training for their use, are generally prescribed by allied health professionals (AHP) to walking stick users for rehabilitation and activities of daily living (ADL). However, feedback from AHP is limited to the clinical environment, leaving walking stick users vulnerable to falls and injuries due to incorrect usage. Hence, to mitigate the risk of falls and injuries, and to facilitate a routine appraisal of individual patient’s usage, a simple, portable, robust, and reliable tool was developed which provides the walking stick users with real-time feedback upon incorrect usage during their activities of daily living (ADL). This thesis aimed to design and develop a smart walking stick technology: Biofeedback stick technology (BfT). The design incorporates the approach of patient and public involvement (PPI) in the development of BfT to ensure that BfT was developed as per the requirements of walking stick users and AHP recommendations. The newly developed system was tested quantitatively for; validity, reliability, and reproducibility against gold standard equipment such as the 3D motion capture system, force plates, optical measurement system for orientation, weight bearing, and step count. The system was also tested qualitatively for its usability by conducting semi-informal interviews with AHPs and walking stick users. The results of these studies showed that the newly developed system has good accuracy, reported above 95% with a maximum inaccuracy of 1°. The data reported indicates good reproducibility. The angles, weight, and steps recorded by the system during experiments are within the values published in the literature. From these studies, it was concluded that, BfT has the potential to improve the lives of walking stick users and that, with few additional improvements, appropriate approval from relevant regulatory bodies, and robust clinical testing, the technology has a huge potential to carve its way to a commercial market

    General Course Catalog [2022/23 academic year]

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    General Course Catalog, 2022/23 academic yearhttps://repository.stcloudstate.edu/undergencat/1134/thumbnail.jp

    AI/ML Algorithms and Applications in VLSI Design and Technology

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    An evident challenge ahead for the integrated circuit (IC) industry in the nanometer regime is the investigation and development of methods that can reduce the design complexity ensuing from growing process variations and curtail the turnaround time of chip manufacturing. Conventional methodologies employed for such tasks are largely manual; thus, time-consuming and resource-intensive. In contrast, the unique learning strategies of artificial intelligence (AI) provide numerous exciting automated approaches for handling complex and data-intensive tasks in very-large-scale integration (VLSI) design and testing. Employing AI and machine learning (ML) algorithms in VLSI design and manufacturing reduces the time and effort for understanding and processing the data within and across different abstraction levels via automated learning algorithms. It, in turn, improves the IC yield and reduces the manufacturing turnaround time. This paper thoroughly reviews the AI/ML automated approaches introduced in the past towards VLSI design and manufacturing. Moreover, we discuss the scope of AI/ML applications in the future at various abstraction levels to revolutionize the field of VLSI design, aiming for high-speed, highly intelligent, and efficient implementations

    Degradation Models and Optimizations for CMOS Circuits

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    Die Gewährleistung der Zuverlässigkeit von CMOS-Schaltungen ist derzeit eines der größten Herausforderungen beim Chip- und Schaltungsentwurf. Mit dem Ende der Dennard-Skalierung erhöht jede neue Generation der Halbleitertechnologie die elektrischen Felder innerhalb der Transistoren. Dieses stärkere elektrische Feld stimuliert die Degradationsphänomene (Alterung der Transistoren, Selbsterhitzung, Rauschen, usw.), was zu einer immer stärkeren Degradation (Verschlechterung) der Transistoren führt. Daher erleiden die Transistoren in jeder neuen Technologiegeneration immer stärkere Verschlechterungen ihrer elektrischen Parameter. Um die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Schaltung zu wahren, wird es daher unerlässlich, die Auswirkungen der geschwächten Transistoren auf die Schaltung präzise zu bestimmen. Die beiden wichtigsten Auswirkungen der Verschlechterungen sind ein verlangsamtes Schalten, sowie eine erhöhte Leistungsaufnahme der Schaltung. Bleiben diese Auswirkungen unberücksichtigt, kann die verlangsamte Schaltgeschwindigkeit zu Timing-Verletzungen führen (d.h. die Schaltung kann die Berechnung nicht rechtzeitig vor Beginn der nächsten Operation abschließen) und die Funktionalität der Schaltung beeinträchtigen (fehlerhafte Ausgabe, verfälschte Daten, usw.). Um diesen Verschlechterungen der Transistorparameter im Laufe der Zeit Rechnung zu tragen, werden Sicherheitstoleranzen eingeführt. So wird beispielsweise die Taktperiode der Schaltung künstlich verlängert, um ein langsameres Schaltverhalten zu tolerieren und somit Fehler zu vermeiden. Dies geht jedoch auf Kosten der Performanz, da eine längere Taktperiode eine niedrigere Taktfrequenz bedeutet. Die Ermittlung der richtigen Sicherheitstoleranz ist entscheidend. Wird die Sicherheitstoleranz zu klein bestimmt, führt dies in der Schaltung zu Fehlern, eine zu große Toleranz führt zu unnötigen Performanzseinbußen. Derzeit verlässt sich die Industrie bei der Zuverlässigkeitsbestimmung auf den schlimmstmöglichen Fall (maximal gealterter Schaltkreis, maximale Betriebstemperatur bei minimaler Spannung, ungünstigste Fertigung, etc.). Diese Annahme des schlimmsten Falls garantiert, dass der Chip (oder integrierte Schaltung) unter allen auftretenden Betriebsbedingungen funktionsfähig bleibt. Darüber hinaus ermöglicht die Betrachtung des schlimmsten Falles viele Vereinfachungen. Zum Beispiel muss die eigentliche Betriebstemperatur nicht bestimmt werden, sondern es kann einfach die schlimmstmögliche (sehr hohe) Betriebstemperatur angenommen werden. Leider lässt sich diese etablierte Praxis der Berücksichtigung des schlimmsten Falls (experimentell oder simulationsbasiert) nicht mehr aufrechterhalten. Diese Berücksichtigung bedingt solch harsche Betriebsbedingungen (maximale Temperatur, etc.) und Anforderungen (z.B. 25 Jahre Betrieb), dass die Transistoren unter den immer stärkeren elektrischen Felder enorme Verschlechterungen erleiden. Denn durch die Kombination an hoher Temperatur, Spannung und den steigenden elektrischen Feldern bei jeder Generation, nehmen die Degradationphänomene stetig zu. Das bedeutet, dass die unter dem schlimmsten Fall bestimmte Sicherheitstoleranz enorm pessimistisch ist und somit deutlich zu hoch ausfällt. Dieses Maß an Pessimismus führt zu erheblichen Performanzseinbußen, die unnötig und demnach vermeidbar sind. Während beispielsweise militärische Schaltungen 25 Jahre lang unter harschen Bedingungen arbeiten müssen, wird Unterhaltungselektronik bei niedrigeren Temperaturen betrieben und muss ihre Funktionalität nur für die Dauer der zweijährigen Garantie aufrechterhalten. Für letzteres können die Sicherheitstoleranzen also deutlich kleiner ausfallen, um die Performanz deutlich zu erhöhen, die zuvor im Namen der Zuverlässigkeit aufgegeben wurde. Diese Arbeit zielt darauf ab, maßgeschneiderte Sicherheitstoleranzen für die einzelnen Anwendungsszenarien einer Schaltung bereitzustellen. Für fordernde Umgebungen wie Weltraumanwendungen (wo eine Reparatur unmöglich ist) ist weiterhin der schlimmstmögliche Fall relevant. In den meisten Anwendungen, herrschen weniger harsche Betriebssbedingungen (z.B. sorgen Kühlsysteme für niedrigere Temperaturen). Hier können Sicherheitstoleranzen maßgeschneidert und anwendungsspezifisch bestimmt werden, sodass Verschlechterungen exakt toleriert werden können und somit die Zuverlässigkeit zu minimalen Kosten (Performanz, etc.) gewahrt wird. Leider sind die derzeitigen Standardentwurfswerkzeuge für diese anwendungsspezifische Bestimmung der Sicherheitstoleranz nicht gut gerüstet. Diese Arbeit zielt darauf ab, Standardentwurfswerkzeuge in die Lage zu versetzen, diesen Bedarf an Zuverlässigkeitsbestimmungen für beliebige Schaltungen unter beliebigen Betriebsbedingungen zu erfüllen. Zu diesem Zweck stellen wir unsere Forschungsbeiträge als vier Schritte auf dem Weg zu anwendungsspezifischen Sicherheitstoleranzen vor: Schritt 1 verbessert die Modellierung der Degradationsphänomene (Transistor-Alterung, -Selbsterhitzung, -Rauschen, etc.). Das Ziel von Schritt 1 ist es, ein umfassendes, einheitliches Modell für die Degradationsphänomene zu erstellen. Durch die Verwendung von materialwissenschaftlichen Defektmodellierungen werden die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse der Degradationsphänomena modelliert, um ihre Wechselwirkungen zu berücksichtigen (z.B. Phänomen A kann Phänomen B beschleunigen) und ein einheitliches Modell für die simultane Modellierung verschiedener Phänomene zu erzeugen. Weiterhin werden die jüngst entdeckten Phänomene ebenfalls modelliert und berücksichtigt. In Summe, erlaubt dies eine genaue Degradationsmodellierung von Transistoren unter gleichzeitiger Berücksichtigung aller essenziellen Phänomene. Schritt 2 beschleunigt diese Degradationsmodelle von mehreren Minuten pro Transistor (Modelle der Physiker zielen auf Genauigkeit statt Performanz) auf wenige Millisekunden pro Transistor. Die Forschungsbeiträge dieser Dissertation beschleunigen die Modelle um ein Vielfaches, indem sie zuerst die Berechnungen so weit wie möglich vereinfachen (z.B. sind nur die Spitzenwerte der Degradation erforderlich und nicht alle Werte über einem zeitlichen Verlauf) und anschließend die Parallelität heutiger Computerhardware nutzen. Beide Ansätze erhöhen die Auswertungsgeschwindigkeit, ohne die Genauigkeit der Berechnung zu beeinflussen. In Schritt 3 werden diese beschleunigte Degradationsmodelle in die Standardwerkzeuge integriert. Die Standardwerkzeuge berücksichtigen derzeit nur die bestmöglichen, typischen und schlechtestmöglichen Standardzellen (digital) oder Transistoren (analog). Diese drei Typen von Zellen/Transistoren werden von der Foundry (Halbleiterhersteller) aufwendig experimentell bestimmt. Da nur diese drei Typen bestimmt werden, nehmen die Werkzeuge keine Zuverlässigkeitsbestimmung für eine spezifische Anwendung (Temperatur, Spannung, Aktivität) vor. Simulationen mit Degradationsmodellen ermöglichen eine Bestimmung für spezifische Anwendungen, jedoch muss diese Fähigkeit erst integriert werden. Diese Integration ist eines der Beiträge dieser Dissertation. Schritt 4 beschleunigt die Standardwerkzeuge. Digitale Schaltungsentwürfe, die nicht auf Standardzellen basieren, sowie komplexe analoge Schaltungen können derzeit nicht mit analogen Schaltungssimulatoren ausgewertet werden. Ihre Performanz reicht für solch umfangreiche Simulationen nicht aus. Diese Dissertation stellt Techniken vor, um diese Werkzeuge zu beschleunigen und somit diese umfangreichen Schaltungen simulieren zu können. Diese Forschungsbeiträge, die sich jeweils über mehrere Veröffentlichungen erstrecken, ermöglichen es Standardwerkzeugen, die Sicherheitstoleranz für kundenspezifische Anwendungsszenarien zu bestimmen. Für eine gegebene Schaltungslebensdauer, Temperatur, Spannung und Aktivität (Schaltverhalten durch Software-Applikationen) können die Auswirkungen der Transistordegradation ausgewertet werden und somit die erforderliche (weder unter- noch überschätzte) Sicherheitstoleranz bestimmt werden. Diese anwendungsspezifische Sicherheitstoleranz, garantiert die Zuverlässigkeit und Funktionalität der Schaltung für genau diese Anwendung bei minimalen Performanzeinbußen

    Chapter 34 - Biocompatibility of nanocellulose: Emerging biomedical applications

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    Nanocellulose already proved to be a highly relevant material for biomedical applications, ensued by its outstanding mechanical properties and, more importantly, its biocompatibility. Nevertheless, despite their previous intensive research, a notable number of emerging applications are still being developed. Interestingly, this drive is not solely based on the nanocellulose features, but also heavily dependent on sustainability. The three core nanocelluloses encompass cellulose nanocrystals (CNCs), cellulose nanofibrils (CNFs), and bacterial nanocellulose (BNC). All these different types of nanocellulose display highly interesting biomedical properties per se, after modification and when used in composite formulations. Novel applications that use nanocellulose includewell-known areas, namely, wound dressings, implants, indwelling medical devices, scaffolds, and novel printed scaffolds. Their cytotoxicity and biocompatibility using recent methodologies are thoroughly analyzed to reinforce their near future applicability. By analyzing the pristine core nanocellulose, none display cytotoxicity. However, CNF has the highest potential to fail long-term biocompatibility since it tends to trigger inflammation. On the other hand, neverdried BNC displays a remarkable biocompatibility. Despite this, all nanocelluloses clearly represent a flag bearer of future superior biomaterials, being elite materials in the urgent replacement of our petrochemical dependence
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