Single use digitization and information management: enabling agile and sustainable systems

Please click Additional Files below to see the full abstract

Estimation of fish catch potential using assimilation of synthetic measurements with an individual-based model

A large fraction of costs in wild fisheries are fuel related, and while much of the costs are related to gear used and stock targeted, search for fishing grounds also contributes to fuel costs. Lack of knowledge on the spatial abundance of stocks during the fishing season is a limiting factor for fishing vessels when searching for suitable fishing grounds, and with better planning and routing, costs can be reduced. Strategic and tactical decision-making can be improved through operational decision support tools informed by real-time data and knowledge generated from research. In this article, we present a model-based estimation approach for predicting catch potential of ocean areas. An individual-based model of herring migrations is combined with an estimation approach known as Data Assimilation, which corrects model states using incoming data sources. The data used to correct the model are synthetic measurements generated from neural network output. Input to the neural network was vessel activity data of over 100 fishing vessels from 2015-2018, targeting mainly herring. The output is the predicted normalized density of herring in discrete grid cells. Model predictions are improved through assimilation of synthetic measurements with model states. Characterizing patterns from model output provides novel information on catch potential which can inform fishing activity.publishedVersio

Tuning and Development of an Individual-Based Model of the Herring Spawning Migration

Norwegian spring spawning herring is a migratory pelagic fish stock that seasonally navigates between distant locations in the Norwegian Sea. The spawning migration takes place between late winter and early spring. In this article, we present an individual-based model that simulated the spawning migration, which was tuned and validated against observation data. Individuals were modelled on a continuous grid coupled to a physical oceanographic model. We explore the development of individual model states in relation to local environmental conditions and predict the distribution and abundance of individuals in the Norwegian Sea for selected years (2015–2020). Individuals moved position mainly according to the prevailing coastal current. A tuning procedure was used to minimize the deviations between model and survey estimates at specific time stamps. Furthermore, 4 separate scenarios were simulated to ascertain the sensitivity of the model to initial conditions. Subsequently, one scenario was evaluated and compared with catch data in 5 day periods within the model time frame. Agreement between model and catch data varies throughout the season and between years. Regardless, emergent properties of the migration are identifiable that match observations, particularly migration trajectories that run perpendicular to deep bathymetry and counter the prevailing current. The model developed is efficient to implement and can be extended to generate multiple realizations of the migration path. This model, in combination with various sources of fisheries-dependent data, can be applied to improve real-time estimates of fish distributions.publishedVersio

Effects of environmental colour on mood: a wearable life colour capture device

Colour is everywhere in our daily lives and impacts things like our mood, yet we rarely take notice of it. One method of capturing and analysing the predominant colours that we encounter is through visual lifelogging devices such as the SenseCam. However an issue related to these devices is the privacy concerns of capturing image level detail. Therefore in this work we demonstrate a hardware prototype wearable camera that captures only one pixel - of the dominant colour prevelant in front of the user, thus circumnavigating the privacy concerns raised in relation to lifelogging. To simulate whether the capture of dominant colour would be sufficient we report on a simulation carried out on 1.2 million SenseCam images captured by a group of 20 individuals. We compare the dominant colours that different groups of people are exposed to and show that useful inferences can be made from this data. We believe our prototype may be valuable in future experiments to capture colour correlated associated with an individual's mood

Multi-sensor classification of tennis strokes

In this work, we investigate tennis stroke recognition using a single inertial measuring unit attached to a player’s forearm during a competitive match. This paper evaluates the best approach for stroke detection using either accelerometers, gyroscopes or magnetometers, which are embedded into the inertial measuring unit. This work concludes what is the optimal training data set for stroke classification and proves that classifiers can perform well when tested on players who were not used to train the classifier. This work provides a significant step forward for our overall goal, which is to develop next generation sports coaching tools using both inertial and visual sensors in an instrumented indoor sporting environment

Solvent vapor annealing of block copolymers in confined topographies: commensurability considerations for nanolithography

The directed self-assembly of block copolymer (BCP) materials in topographically patterned substrates (i.e., graphoepitaxy) is a potential methodology for the continued scaling of nanoelectronic device technologies. In this Communication, an unusual feature size variation in BCP nanodomains under confi nement with graphoepitaxially aligned cylinder-forming poly(styrene)- block -poly(4-vinylpyridine) (PS- b -P4VP) BCP is reported. Graphoepitaxy of PS- b -P4VP BCP line patterns (C II ) is accomplished via topography in hydrogen silsequioxane (HSQ) modified substrates and solvent vapor annealing (SVA). Interestingly, reduced domain sizes in features close to the HSQ guiding features are observed. The feature size reduction is evident after inclusion of alumina into the P4VP domains followed by pattern transfer to the silicon substrate. It is suggested that this nanodomain size perturbation is due to solvent swelling effects during SVA. It is proposed that using a commensurability value close to the solvent vapor annealed periodicity will alleviate this issue leading to uniform nanofins

Influence of calcium fortification on physicochemical properties of whey protein concentrate solutions enriched in α-lactalbumin

In this study, three whey protein concentrate systems enriched in α-lactalbumin, produced using membrane filtration (LAC-M), selective precipitation (LAC-P) and ion-exchange chromatography (LAC-IE), were fortified with calcium chloride (CaCl2) at 0–5 mM and changes in physicochemical properties studied. Binding of calcium (Ca2+) occurred for LAC-P in the range 0.00–2.00 mM, with an affinity constant (Kd) of 1.63 × 10−7, resulting in a proportion of total protein-bound calcium of 81.8% at 2 mM CaCl2. At 5 mM CaCl2, LAC-P had volume mean diameter (VMD) of 638 nm, while LAC-M and LAC-IE had VMD of 204 and 3.87 nm, respectively. Changes in physicochemical properties were dependent on the approach used to enrich α-lactalbumin and concentrations of other macromolecules (e.g., phospholipid). The results obtained in this study provide fundamental insights into the influence of fortification with soluble calcium salts on the physicochemical stability of next-generation whey protein ingredients enriched in α-lactalbumin

3D-imaging of Printed Nanostructured Networks using High-resolution FIB-SEM Nanotomography

Networks of solution-processed nanomaterials are important for multiple applications in electronics, sensing and energy storage/generation. While it is known that network morphology plays a dominant role in determining the physical properties of printed networks, it remains difficult to quantify network structure. Here, we utilise FIB-SEM nanotomography to characterise the morphology of nanostructured networks. Nanometer-resolution 3D-images were obtained from printed networks of graphene nanosheets of various sizes, as well as networks of WS2 nanosheets, silver nanosheets and silver nanowires. Important morphological characteristics, including network porosity, tortuosity, pore dimensions and nanosheet orientation were extracted and linked to network resistivity. By extending this technique to interrogate the structure and interfaces within vertical printed heterostacks, we demonstrate the potential of this technique for device characterisation and optimisation.Comment: 6 figure

Populációk térbeli fenotípusos és neutrális genetikai változatosságának vizsgálata óceáni szigeteken és szárazföldön

Az élőhelyek fragmentációjának, végsőképpen elszigetelődésének globális méreteire tekintettel szükségessé vált olyan prediktív ökológiai modellek kidolgozása, amelyek időben előre jelezhetik az izolációval járó kockázatokat. Ehhez mindenek előtt az elszigetelődés fogalmának tisztázása szükséges. Az óceáni szigetvilágra kidolgozott szigetjelenség aspektusai (egyensúlyi dinamika, izolált populációkat érintő új ökológiai-evolúciós nyomások) a szárazföldön is azonosíthatók. Azonban a szárazföldi populációk közötti génáramlást gyakran megkönnyíti az élőhelyek térbeli és időbeli érintkezése, mely esetben a térbeli variabilitás fő várható oka a földrajzi távolság általi elszigetelődés. Az óceáni szigetek és szárazföldi populációk térbeli változatosságának összehasonlítása tágabb fogalmi keretet nyújthat a földrajzi elszigetelődés mechanizmusainak vizsgálatára. Ugyanakkor a populációk térbeli változatosságát kiváltó okok nem mindig földrajzi jellegűek, hiszen gyakran még a szigetvilág egyediségét is az ökológiai, és nem a földrajzi távolság határozza meg. Tanulmányunkban megvizsgáltuk a földrajzi és ökológiai távolság hatását a növény- és állatpopulációk térbeli fenotípusos és neutrális genetikai változatosságára, összehasonlításban óceáni szigeteken és a szárazföldön. A vizsgálathoz 129 olyan publikáció adatait digitalizáltuk, amely egyazon faj legalább két-két populációját tanulmányozta szigeteken, illetve a szárazföldön (összesen 1193 szigeti és 1021 szárazföldi populáció 13037 adatát használva fel). A Bayes-i inferenciára épülő modellekben a függő változó a populáció-párok arányának logaritmusa volt, a fix hatás a földrajzi helyzet (sziget vagy szárazföld), földrajzi távolság, ökológiai (klimatikus) távolság és a taxonómiai besorolás (növény vagy állat), a random hatás a tanulmány, faj, filogenetika, taxonómiai csoportok voltak. A genetikai modellek heterozigótaság, lókuszonkénti allélszám, genetikai polimorfizmus, genotípus változatosság stb. értékeket, míg a tágabb értelemben vett fenotípusokra vonatkozó modellek jellegeket (méret, súly), életmenet-összetevőket (túlélés, szaporodás), fiziológiai stb. méréseket foglaltak össze. A genetikai sokféleséget nem befolyásolta jelentősen a populációk földrajzi és ökológiai távolsága, földrajzi helyzete vagy taxonómiai besorolása, habár a földrajzi távolság valamivel gyakrabban növelte a populációk közötti különbségeket. A szigeteken már minimális földrajzi távolság mellett is magas volt a populációk térbeli fenotípusos variabilitása (jóval magasabb, mint a szárazföldön), míg a szárazföldi populációk között csupán a földrajzi távolság növekedése emelte némileg a különbségeket. Tehát az óceáni szigeteken erőteljesebben megmutatkozott, hogy a fenotípusos variabilitás és a neutrális genetikai diverzitás eltérő folyamatok eredménye. A szigeteken a neutrális genetikai diverzitási mintázatoknál kifejezettebb volt a fenotípusok változatossága, jelezve a szigetek kapcsán jól ismert erőteljes evolúciós folyamatokat. Eközben a szárazföldi populációk valószínűleg kedvezőbb térbeli és időbeli kapcsolatai a fenotípusos változatosságot alacsonyabb szinten tartották. Összefoglalásként elmondható, hogy a populációk térbeli fenotípusos variabilitása elsősorban az élőhely-rendszerek alacsony átjárhatóságának köszönhető, míg a neutrális genetikai diverzitási mintázatokra a földrajzi, és különösen a klimatikus távolság lassabban vagy ritkábban fejti ki a hatását