275 research outputs found

    Brain Computations and Connectivity [2nd edition]

    Get PDF
    This is an open access title available under the terms of a CC BY-NC-ND 4.0 International licence. It is free to read on the Oxford Academic platform and offered as a free PDF download from OUP and selected open access locations. Brain Computations and Connectivity is about how the brain works. In order to understand this, it is essential to know what is computed by different brain systems; and how the computations are performed. The aim of this book is to elucidate what is computed in different brain systems; and to describe current biologically plausible computational approaches and models of how each of these brain systems computes. Understanding the brain in this way has enormous potential for understanding ourselves better in health and in disease. Potential applications of this understanding are to the treatment of the brain in disease; and to artificial intelligence which will benefit from knowledge of how the brain performs many of its extraordinarily impressive functions. This book is pioneering in taking this approach to brain function: to consider what is computed by many of our brain systems; and how it is computed, and updates by much new evidence including the connectivity of the human brain the earlier book: Rolls (2021) Brain Computations: What and How, Oxford University Press. Brain Computations and Connectivity will be of interest to all scientists interested in brain function and how the brain works, whether they are from neuroscience, or from medical sciences including neurology and psychiatry, or from the area of computational science including machine learning and artificial intelligence, or from areas such as theoretical physics

    Modelling, Monitoring, Control and Optimization for Complex Industrial Processes

    Get PDF
    This reprint includes 22 research papers and an editorial, collected from the Special Issue "Modelling, Monitoring, Control and Optimization for Complex Industrial Processes", highlighting recent research advances and emerging research directions in complex industrial processes. This reprint aims to promote the research field and benefit the readers from both academic communities and industrial sectors

    Experimental and Data-driven Workflows for Microstructure-based Damage Prediction

    Get PDF
    Materialermüdung ist die häufigste Ursache für mechanisches Versagen. Die Degradationsmechanismen, welche die Lebensdauer von Bauteilen bei vergleichsweise ausgeprägten zyklischen Belastungen bestimmen, sind gut bekannt. Bei Belastungen im makroskopisch elastischen Bereich hingegen, der (sehr) hochzyklischen Ermüdung, bestimmen die innere Struktur eines Werkstoffs und die Wechselwirkung kristallografischer Defekte die Lebensdauer. Unter diesen Umständen sind die inneren Degradationsphänomene auf der mikroskopischen Skala weitgehend reversibel und führen nicht zur Bildung kritischer Schädigungen, die kontinuierlich wachsen können. Allerdings sind einige Kornensembles in polykristallinen Metallen, je nach den lokalen mikrostrukturellen Gegebenheiten, anfällig für Schädigungsinitiierung, Rissbildung und -wachstum und wirken daher als Schwachstellen. Daher weisen Bauteile, die solchen Belastungen ausgesetzt sind, oft eine ausgeprägte Lebensdauerstreuung auf. Die Tatsache, dass ein umfassendes mechanistisches Verständnis für diese Degradationsprozesse in verschiedenen Werkstoffen nicht vorliegt, hat zur Folge, dass die derzeitigen Modellierungsbemühungen die mittlere Lebensdauer und ihre Varianz in der Regel nur mit unbefriedigender Genauigkeit vorhersagen. Dies wiederum erschwert die Bauteilauslegung und macht die Nutzung von Sicherheitsfaktoren während des Dimensionierungsprozesses erforderlich. Abhilfe kann geschaffen werden, indem umfangreiche Daten zu Einflussfaktoren und deren Wirkung auf die Bildung initialer Ermüdungsschädigungen erhoben werden. Die Datenknappheit wirkt sich nach wie vor negativ auf Datenwissenschaftler und Modellierungsexperten aus, die versuchen, trotz geringer Stichprobengröße und unvollständigen Merkmalsräumen, mikrostrukturelle Abhängigkeiten abzuleiten, datengetriebene Vorhersagemodelle zu trainieren oder physikalische, regelbasierte Modelle zu parametrisieren. Die Tatsache, dass nur wenige kritische Schädigungen bezogen auf das gesamte Probenvolumen auftreten und die hochzyklische Ermüdung eine Vielzahl unterschiedlicher Abhängigkeiten aufweist, impliziert einige Anforderungen an die Datenerfassung und -verarbeitung. Am wichtigsten ist, dass die Messtechniken so empfindlich sind, dass nuancierte Schwankungen im Probenzustand erfasst werden können, dass die gesamte Routine effizient ist und dass die korrelative Mikroskopie räumliche Informationen aus verschiedenen Messungen miteinander verbindet. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, einen Workflow zu etablieren, der den Datenmangel behebt, so dass die zukünftige virtuelle Auslegung von Komponenten effizienter, zuverlässiger und nachhaltiger gestaltet werden kann. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit ein kombinierter experimenteller und datenverarbeitender Workflow vorgeschlagen, um multimodale Datensätze zu Ermüdungsschädigungen zu erzeugen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Auftreten von lokalen Gleitbändern, der Rissinitiierung und dem Wachstum mikrostrukturell kurzer Risse. Der Workflow vereint die Ermüdungsprüfung von mesoskaligen Proben, um die Empfindlichkeit der Schädigungsdetektion zu erhöhen, die ergänzende Charakterisierung, die multimodale Registrierung und Datenfusion der heterogenen Daten, sowie die bildverarbeitungsbasierte Schädigungslokalisierung und -bewertung. Mesoskalige Biegeresonanzprüfung ermöglicht das Erreichen des hochzyklischen Ermüdungszustands in vergleichsweise kurzen Zeitspannen bei gleichzeitig verbessertem Auflösungsvermögen der Schädigungsentwicklung. Je nach Komplexität der einzelnen Bildverarbeitungsaufgaben und Datenverfügbarkeit werden entweder regelbasierte Bildverarbeitungsverfahren oder Repräsentationslernen gezielt eingesetzt. So sorgt beispielsweise die semantische Segmentierung von Schädigungsstellen dafür, dass wichtige Ermüdungsmerkmale aus mikroskopischen Abbildungen extrahiert werden können. Entlang des Workflows wird auf einen hohen Automatisierungsgrad Wert gelegt. Wann immer möglich, wurde die Generalisierbarkeit einzelner Workflow-Elemente untersucht. Dieser Workflow wird auf einen ferritischen Stahl (EN 1.4003) angewendet. Der resultierende Datensatz verknüpft unter anderem große verzerrungskorrigierte Mikrostrukturdaten mit der Schädigungslokalisierung und deren zyklischer Entwicklung. Im Zuge der Arbeit wird der Datensatz wird im Hinblick auf seinen Informationsgehalt untersucht, indem detaillierte, analytische Studien zur einzelnen Schädigungsbildung durchgeführt werden. Auf diese Weise konnten unter anderem neuartige, quantitative Erkenntnisse über mikrostrukturinduzierte plastische Verformungs- und Rissstopmechanismen gewonnen werden. Darüber hinaus werden aus dem Datensatz abgeleitete kornweise Merkmalsvektoren und binäre Schädigungskategorien verwendet, um einen Random-Forest-Klassifikator zu trainieren und dessen Vorhersagegüte zu bewerten. Der vorgeschlagene Workflow hat das Potenzial, die Grundlage für künftiges Data Mining und datengetriebene Modellierung mikrostrukturempfindlicher Ermüdung zu legen. Er erlaubt die effiziente Erhebung statistisch repräsentativer Datensätze mit gleichzeitig hohem Informationsgehalt und kann auf eine Vielzahl von Werkstoffen ausgeweitet werden

    Advanced Fault Diagnosis and Health Monitoring Techniques for Complex Engineering Systems

    Get PDF
    Over the last few decades, the field of fault diagnostics and structural health management has been experiencing rapid developments. The reliability, availability, and safety of engineering systems can be significantly improved by implementing multifaceted strategies of in situ diagnostics and prognostics. With the development of intelligence algorithms, smart sensors, and advanced data collection and modeling techniques, this challenging research area has been receiving ever-increasing attention in both fundamental research and engineering applications. This has been strongly supported by the extensive applications ranging from aerospace, automotive, transport, manufacturing, and processing industries to defense and infrastructure industries

    Tensor Regression

    Full text link
    Regression analysis is a key area of interest in the field of data analysis and machine learning which is devoted to exploring the dependencies between variables, often using vectors. The emergence of high dimensional data in technologies such as neuroimaging, computer vision, climatology and social networks, has brought challenges to traditional data representation methods. Tensors, as high dimensional extensions of vectors, are considered as natural representations of high dimensional data. In this book, the authors provide a systematic study and analysis of tensor-based regression models and their applications in recent years. It groups and illustrates the existing tensor-based regression methods and covers the basics, core ideas, and theoretical characteristics of most tensor-based regression methods. In addition, readers can learn how to use existing tensor-based regression methods to solve specific regression tasks with multiway data, what datasets can be selected, and what software packages are available to start related work as soon as possible. Tensor Regression is the first thorough overview of the fundamentals, motivations, popular algorithms, strategies for efficient implementation, related applications, available datasets, and software resources for tensor-based regression analysis. It is essential reading for all students, researchers and practitioners of working on high dimensional data.Comment: 187 pages, 32 figures, 10 table

    Multi-scale thermo-viscoelastic modelling of powder-based processes

    Get PDF

    Brain-Computer Interface

    Get PDF
    Brain-computer interfacing (BCI) with the use of advanced artificial intelligence identification is a rapidly growing new technology that allows a silently commanding brain to manipulate devices ranging from smartphones to advanced articulated robotic arms when physical control is not possible. BCI can be viewed as a collaboration between the brain and a device via the direct passage of electrical signals from neurons to an external system. The book provides a comprehensive summary of conventional and novel methods for processing brain signals. The chapters cover a range of topics including noninvasive and invasive signal acquisition, signal processing methods, deep learning approaches, and implementation of BCI in experimental problems
    corecore