Robotic design and modelling of medical lower extremity exoskeletons

This study aims to explain the development of the robotic Lower Extremity Exoskeleton (LEE) systems between 1960 and 2019 in chronological order. The scans performed in the exoskeleton system’s design have shown that a modeling program, such as AnyBody, and OpenSim, should be used first to observe the design and software animation, followed by the mechanical development of the system using sensors and motors. Also, the use of OpenSim and AnyBody musculoskeletal system software has been proven to play an essential role in designing the human-exoskeleton by eliminating the high costs and risks of the mechanical designs. Furthermore, these modeling systems can enable rapid optimization of the LEE design by detecting the forces and torques falling on the human muscles

Bio-Inspired Stereo Vision Calibration for Dynamic Vision Sensors

Many advances have been made in the eld of computer vision. Several recent research trends have focused on mimicking human vision by using a stereo vision system. In multi-camera systems, a calibration process is usually implemented to improve the results accuracy. However, these systems generate a large amount of data to be processed; therefore, a powerful computer is required and, in many cases, this cannot be done in real time. Neuromorphic Engineering attempts to create bio-inspired systems that mimic the information processing that takes place in the human brain. This information is encoded using pulses (or spikes) and the generated systems are much simpler (in computational operations and resources), which allows them to perform similar tasks with much lower power consumption, thus these processes can be developed over specialized hardware with real-time processing. In this work, a bio-inspired stereovision system is presented, where a calibration mechanism for this system is implemented and evaluated using several tests. The result is a novel calibration technique for a neuromorphic stereo vision system, implemented over specialized hardware (FPGA - Field-Programmable Gate Array), which allows obtaining reduced latencies on hardware implementation for stand-alone systems, and working in real time.Ministerio de Economía y Competitividad TEC2016-77785-PMinisterio de Economía y Competitividad TIN2016-80644-

Autonomous robot systems and competitions: proceedings of the 12th International Conference

This is the 2012’s edition of the scientific meeting of the Portuguese Robotics Open (ROBOTICA’ 2012). It aims to disseminate scientific contributions and to promote discussion of theories, methods and experiences in areas of relevance to Autonomous Robotics and Robotic Competitions. All accepted contributions are included in this proceedings book. The conference program has also included an invited talk by Dr.ir. Raymond H. Cuijpers, from the Department of Human Technology Interaction of Eindhoven University of Technology, Netherlands.The conference is kindly sponsored by the IEEE Portugal Section / IEEE RAS ChapterSPR-Sociedade Portuguesa de Robótic

Selected Papers from IEEE ICASI 2019

The 5th IEEE International Conference on Applied System Innovation 2019 (IEEE ICASI 2019, https://2019.icasi-conf.net/), which was held in Fukuoka, Japan, on 11–15 April, 2019, provided a unified communication platform for a wide range of topics. This Special Issue entitled “Selected Papers from IEEE ICASI 2019” collected nine excellent papers presented on the applied sciences topic during the conference. Mechanical engineering and design innovations are academic and practical engineering fields that involve systematic technological materialization through scientific principles and engineering designs. Technological innovation by mechanical engineering includes information technology (IT)-based intelligent mechanical systems, mechanics and design innovations, and applied materials in nanoscience and nanotechnology. These new technologies that implant intelligence in machine systems represent an interdisciplinary area that combines conventional mechanical technology and new IT. The main goal of this Special Issue is to provide new scientific knowledge relevant to IT-based intelligent mechanical systems, mechanics and design innovations, and applied materials in nanoscience and nanotechnology

Recent Advances in Multi Robot Systems

To design a team of robots which is able to perform given tasks is a great concern of many members of robotics community. There are many problems left to be solved in order to have the fully functional robot team. Robotics community is trying hard to solve such problems (navigation, task allocation, communication, adaptation, control, ...). This book represents the contributions of the top researchers in this field and will serve as a valuable tool for professionals in this interdisciplinary field. It is focused on the challenging issues of team architectures, vehicle learning and adaptation, heterogeneous group control and cooperation, task selection, dynamic autonomy, mixed initiative, and human and robot team interaction. The book consists of 16 chapters introducing both basic research and advanced developments. Topics covered include kinematics, dynamic analysis, accuracy, optimization design, modelling, simulation and control of multi robot systems

Insect olfaction as an information filter for chemo-analytical applications

Die Geruchswahrnehmung von Insekten ist an die spezifischen Anforderungen der Ökosysteme angepasst, in denen sie leben. Von Insekten wahrgenommene Volatile können Informationen über den Ort eines geeigneten Ovipositionsplatzes oder den physiologischen Zustand einer Wirtspflanze geben. Da der Geruchssinn der Insekten sich seit Millionen von Jahren an die Wahrnehmung bestimmter Volatile angepasst hat, können die wahrgenommenen Volatile als Markerstoffe angesehen werden, die zuverlässig einen Ökosystemzustand angeben können. Die Identifikation dieser Markerzustände und die Evaluation ihrer Nützlichkeit für spurenanalytische Anwendungen ist das Ziel dieser Arbeit. Es wurden drei Themen ausgewählt um die Verwendungsmöglichkeit des Insektengeruchssinns für Sensoranwendungen zu überprüfen: Fleischfrische, Todeszeitbestimmung (post mortem Intervall, PMI) und frühzeitige Feuererkennung. Spurenanalytik (GC-MS), Elektrophysiologie (EAG, GC-MS/EAD), Verhaltensversuche und Feldtests wurden angewandt, um die chemoökologische Interaktion der Schmeißfliege Calliphora vicina und der „Feuerkäfer“ Melanophila cuspidata, Merimna atrata and Acanthocnemus nigricans mit ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen. Die Resultate aus diesen Methoden erlaubten die Selektion von Volatilen, die drei Kriteria erfüllen: hohe Quantität, zuverlässige Emission und die ausschliessliche Emission von der untersuchten und keiner anderen Quelle. Diese drei Auswahlkriterien wurden aufgestellt um zu gewährleisten, dass die ausgewählten Markervolatile nicht nur zuverlässig mit dem physiologischen Status der Substrate (Alter von verderbendem Fleisch, PMI, Temperatur von erhitzten Spänen) korrelieren, sondern auch den Ansprüchen technischen Sensorsysteme genügen. Im Falle des alternden Fleisches unter warmen und trockenen Bedingungen ist Nonanal ein Zeiger für die korrekte Reifung des Fleisches zu Schinken. Dimethyl Trisulfid, Phenol und Indol zeigen das Verderben des Fleisches unter warmen und feuchten Bedingungen an. Bei niedrigen Temperaturen sind zunehmende 2,3 Butandiol Emission und abnehmende Nonanal Emission ein Zeiger für zunehmendes Verderben des Fleisches, sowohl unter trockenen als auch feuchten Bedingungen. Allerdings wurde 2,3 Butandiol nicht von C. vicina wahrgenommen, da die Fliege während der Vegetationszeit aktiv ist und unter diesen Bedingungen Dimethyl Trisulfid, Phenol und Indol emittiert werden. Nonanal, Hexanal, Dimethyl Disulfid, Dimethyl Trisulfid, Butan-1-ol und Phenol wurden als nützliche Volatile zur Eingrenzung der Leichenliegezeit ausgewählt. Die genannten Aldehyde sind typisch für die frühen Stadien der Verwesung, gefolgt von Butan-1-ol und den Schwefelsulfiden. Phenol wird hauptsächlich in den späteren Verwesungsstadien emittiert. Allerdings werden Phenol und 1-Butanol nicht von der Fliege wahrgenommen, da diese ein Generalist ist und nicht zwischen dem geblähten und aktivem Stadium der Verwesung unterscheiden muss. Daher wird zusätzlich die Geruchswahrnehmung des Speckkäfers Dermestes maculans betrachtet. Die Untersuchung anderer necrophager Insekten können weitere Einblicke in die Zeitabhängigkeit der Volatilemissionen während der Vertebratenverwesung geben. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse erlauben eine Korrelation zwischen Emissionen und Leichenliegezeit und können eine Grundlage für eine volatilenbasierte post mortem Zeitbestimmung für Polizeikräfte sein. Terpene, aliphatische Aldehyde, Furfural und Methoxyphenole werden von erhitztem Holz emittiert. Komponenten aus all diesen Stoffklassen werden von M. cuspidata und M. atrata wahrgenommen, da diese Käfer den Erhitzungszustand von Baumstämmen nach einem Feuer erkennen können, um einen geeigneten Ovipositionsplatz zu finden. A. nigricans nimmt vor allem Methoxyphenole wahr, wohingegen M. atrata und M. acuminata Furfural zur Orientierung verwenden. Diese Unterschiede komplementieren das bekannte Verhalten dieser Käfer in ihrer natürlichen Umgebung, da A. nigricans auf verkohlten Stämmen, die große Mengen von Methoxyphenolen emittieren, seine Eier ablegt, und M. atrata und M. cuspidata auf Stämmen ihre Eier ablegen, die vom Feuer zwar äußerlich verkohlt, aber innerlich nur erhitzt wurden und daher Furfural emittieren. Halbleitergassensoren, die Furfural mit einer ausreichenden Selektivität vermessen können, können Holzbrände schon während ansteigender Temperatur und damit vor der Entzündung detektieren. Derartige Sensoren können sowohl als neuartige Frühwarnsysteme für die holzverarbeitende Industrie als auch für Waldbrandwarnsysteme oder den Haushalt dienen

The Manta Project: Conception, Implementation, and Reflections on a Cable Array Robot and its Interfaces

We have created and flown a cable array robot based flying sculpture. This sculp ture, in its various versions, flew in both Rochester, New York and London, England. This thesis both explores the construction of the flying sculpture and presents a pub lished paper wherein an Human-Robotic Interaction design space is proposed to facilitate discussion of robotic interfaces

Energy End-Use Technologies for the 21st Century. A Report of the World Energy Council

This report makes clear the opportunities and places technology development firmly centre stage in meeting and overcoming the challenges confronting the energy industry and policy makers. Energy End-Use Technologies for the 21st Century makes it crystal clear that technologies deployed in 20 to 50 years will be the result of policy and funding decisions taken now and that we cannot afford to duck these decisions if we are to meet the World Energy Council’s goals of energy availability, accessibility and acceptability

Sonar systems for object recognition

The deep sea exploration and exploitation is one of the biggest challenges of the next century. Military, oil & gas, o shore wind farming, underwater mining, oceanography are some of the actors interested in this eld. The engineering and technical challenges to perform any tasks underwater are great but the most crucial element in any underwater systems has to be the sensors. In air numerous sensor systems have been developed: optic cameras, laser scanner or radar systems. Unfortunately electro magnetic waves propagate poorly in water, therefore acoustic sensors are a much preferred tool then optical ones. This thesis is dedicated to the study of the present and the future of acoustic sensors for detection, identi cation or survey. We will explore several sonar con gurations and designs and their corresponding models for target scattering. We will show that object echoes can contain essential information concerning its structure and/or composition

Distributed environmental monitoring

With increasingly ubiquitous use of web-based technologies in society today, autonomous sensor networks represent the future in large-scale information acquisition for applications ranging from environmental monitoring to in vivo sensing. This chapter presents a range of on-going projects with an emphasis on environmental sensing; relevant literature pertaining to sensor networks is reviewed, validated sensing applications are described and the contribution of high-resolution temporal data to better decision-making is discussed