Solving Non-Quadratic Matrices In Assignment Problems With An Improved Version Of Vogel's Approximation Method

—The efficient allocation of tasks to vehicles in a fleet of self-driving vehicles (SDV) becomes challenging for largescale systems (e. g. more than hundred vehicles). Operations research provides different methods that can be applied to solve such assignment problems. Integer Linear Programming (ILP), the Hungarian Method (HM) or Vogel’s Approximation Method (VAM) are frequently used in related literature (Paul 2018; Dinagar and Keerthivasan 2018; Nahar et al. 2018; Ahmed et al. 2016; Korukoglu and Ballı 2011; Balakrishnan 1990). The under- ˘lying paper proposes an adapted version of VAM which reaches better solutions for non-quadratic matrices, namely Vogel’s Approximation Method for non-quadratic Matrices (VAM-nq). Subsequently, VAM-nq is compared with ILP, HM and VAM by solving matrices of different sizes in computational experiments in order to determine the proximity to the optimal solution and the computation time. The experimental results demonstrated that both VAM and VAM-nq are five to ten times faster in computing results than HM and ILP across all tested matrix sizes. However, we proved that VAM is not able to generate optimal solutions in large quadratic matrices constantly (starting at approx. 15 × 15) or small non-quadratic matrices (starting at approx. 5 × 6). In fact, we show that VAM produces insufficient results especially for non-quadratic matrices. The result deviate further from the optimum if the matrix size increases. Our proposed VAM-nq is able to provide similar results as the original VAM for quadratic matrices, but delivers much better results in non-quadratic instances often reaching an optimum solution. This is especially important for practical use cases since quadratic matrices are rather rare

Long-lived emission from Eu3+:PbF2 nanocrystals distributed into sol-gel silica glass

This paper reports an optical investigation of Eu3+:PbF2 nanocrystals distributed into silica glasses fabricated by sol–gel methods. The sample microstructure was investigated using scanning transmission electron microscopy. The β-cubic PbF2 crystalline phase was identified using X-ray diffraction analysis. The observed emission bands correspond to 5D0 → 7FJ (J = 0–4) transitions of Eu3+. The spectroscopic parameters for Eu3+ ions were determined based on excitation and emission measurements as well as luminescence decay analysis. Emission originating from 5D0 state of Eu3+ ions in sample containing PbF2 nanocrystals is long-lived in comparison to precursor sol–gel silica glasses

Maldi – method for use in structural analysis of polymers

Polymers as one of the fastest growing groups of widespread use of synthetic materials are characterized by a great diversity of structures. Structural characterization of polymers generally includes: an assessment of the average molecular weight (Mn) and the molar mass distribution (PD) to determine the structure of repeating units (mers) sequence analysis of the copolymer, identification of the end groups, the detection and identification of contaminants and substances present in the composition of the polymer asa dopant. Modern mass spectrometry (MS) offers the opportunity to study the smallest structural details of macromolecular materials [1–10]. Because of the variety of potential structures of polymer analysis process is to answer a few questions by a certain pattern. The first step is to determine the chemical structure of the polymer backbone. The second step is to identify whether the chains have branching points and define the degree of branching. The third important step is to correct end groups identification, also for the detection of cyclic oligomers that can be present. The structural studies can be made by mass spectrometer using reflectron mode. In the essence, the method involves three steps. The first analysis is performed with standard mass spectrum of the sample. Then the precursor ion (parent ion) is selected, which is subjected to further analysis by MS changed voltages and reflectron mode. This paper aims to present the issues related to the detailed analysis and characterization of polymeric materials produced on a large scale. Before, for materials such as poly(propylene), poly(ethylene), poly(styrene), polycarbonate, etc., increasing demands on the mechanical and technological parameters were placed. Maintaining a high level of products is associated with a very rigorous process control of the manufacturing, processing and transportation at every stage. The optimal tool for the structural characteristics of these polymeric materials is the defense technique MALDI-TOF MS (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time- -Of-Flight Mass Spectrometer) due to its versatility, speed and extremely high precision. Below, we present some aspects of MALDI MS analysis of polymeric materials and composites. Note, that the following literature review focuses on the recent developments in the field of preparation of the samples, to achieve high mass resolution, the identification of polymers and copolymers, the accuracy of the molar mass determination and the identification of functional end groups, sequence analysis of the copolymer

3D print : the effect of layering density on mechanical parameters

Praca opisuje sposób przygotowania i modyfikacji filamentu wykorzystywanego w druku przestrzennym, a następnie sposób badania detali przygotowanych z wykorzystaniem technologii przyrostowej. Celem badania było wyznaczenie zależności pomiędzy zachowaniem się próbek podczas badania wytrzymałości na rozciąganie, a sposobem druku (gęstością ułożenia warstw).The work describes the method of preparation and modification of a filament used in spatial printing, and then a way to test the printed samples. The aim of the study was to determine the relationship between the behavior of the samples during the tensile strength test and the method of printing (density of the layering)

First attempts to 3D printing spine implants : human spine biomechanics

The purpose of this paper was to obtain and compare information about spine metrics properties and indicate of polymer materials for the manufacture of spinal implants using 3D printing. The resulting properties will allow to select the material which have similar spine metrics properties or better. The literature review will be helpful to develop methodology of 3D printing in producing implants of the vertebrae and intervertebral discs (Val). The project consists three main phases: creation a creation model which is based on generating of a 3D model (Val) discs of tomographic images spine using software specially developed for medical image processing and CAD software (Val) discs, creation of a prototype implant and performance strength tests on the obtained implant

Modern materials for rapid prototyping

Niektóre spośród projektów naukowych wymagają nieszablonowego podejścia do problemu oraz nietypowego sprzętu laboratoryjnego. Stworzenie nowych prototypowych urządzeń coraz częściej staje się warunkiem koniecznym dla przeprowadzenia badań. Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii projektowania i druku 3D możliwe jest rozbudowanie zaplecza technologicznego placówek badawczych. Podczas prac skupiono się na skonstruowaniu komory ciśnieniowej, która ma wiele zastosowań. Wspomniana komora (Rys. 1) została zaprojektowana przy pomocy oprogramowania CAD Autodesk Inventor Professional 2015. Komora składa się jedynie z kilku elementów, co ułatwia jej późniejsze złożenie przy pomocy prostych powszechnie dostępnych narzędzi. Komora ciśnieniowa jest zbudowana z poliwęglanu zmodyfikowanego różnymi dodatkami zmieniającymi właściwości filamentu. Jedną z możliwych modyfikacji jest dodatek nanokrzemionki, który posiada właściwości antybakteryjne. Umożliwia to wykonanie komory próżniowej wykorzystywanej np.: do sterylizacji narzędzi chirurgicznych. Wszystkie próbki użyte w tym projekcie przeszły testy szczelności wykonane metodą PALS (z ang. Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy).Some of the scientific projects require outside the box approach to the problem and non-standard laboratory equipment. Creating a new prototype devices are increasingly becoming a prerequisite to conduct the research. Thanks to the rapid development of technology, design and 3D printing, make it possible to develop the technological facilities of research institutes. During the studies the main focus was on building the pressure chamber, which has various applications. Mentioned pressure chamber (Figure 1) was designed by the use of Autodesk Inventor Professional 2015 CAD software. The chamber consists of only few elements which facilitates the future assembling by using simple and commonly available tools. The pressure chamber is made of polycarbonate modified by various additives which change properties of filament. One of the possible modifications is nanosilicon additive which have antibacterial properties. It allows to use vacuum chamber for sterilization e.g. surgical instruments. All samples used in this project passed the tightness test associated with Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy (PALS)

Effect of organic additives on physicochemical properties of polymer thermal grease in electronics application

Dynamiczny rozwój technologii opartych na układach cyfrowych wprowadził elektroniczne układy do niemal każdej dyscypliny ludzkiego życia. Rosnące zapotrzebowanie na miniaturyzację, nowe funkcje oraz wzrost wydajności urządzeń doprowadził do wzrostu ilości wydzielanego ciepła. Zaawansowane systemy zarządzania energią układów elektronicznych oraz wykorzystanie możliwie najlepszych materiałów odprowadzających ciepło może nie przynieść wymiernych efektów, tak długo jak powierzchnia styku pomiędzy tymi dwoma elementami nie będzie idealna. Uzyskanie takiego efektu wiąże się bardzo często z ograniczeniami technologicznymi, jak i chęcią zachowania modyfikowalnego charakteru urządzenia, dlatego też najlepszym sposobem na wyeliminowanie pustych przestrzeni między radiatorem, a układem generującym ciepło jest zastosowanie odpowiedniego plastomeru termoprzewodzącego. Wykorzystanie tej metody daje możliwość indywidualnego doboru chłodzenia w zależności od potrzeb, jak i umożliwia samodzielny montaż podzespołów bez konieczności posiadania wyspecjalizowanych narzędzi. Termoprzewodzące plastomery nie są jednak rozwiązaniem idealnym, ponieważ wraz z upływem czasu tracą swoją zdolność do transferu cieplnego, co wymusza okresową wymianę spoiwa. Niniejsza praca ma na celu określenie wpływu dodatków na parametry fizykochemiczne plastomerów termoprzewodzących wykorzystywanych aktualnie w przemyśle elektronicznym.Dynamical development of digital circuits based technology introduced electronics to almost every discipline of human life. Growing demand for miniaturization, new functions and increasing performance lead to increased amount of heat generated. Advanced power management systems for electronic circuits and possible best heat dissipation materials may not produce measurable results as long as the contact surface between the two elements is not ideal. Obtaining two perfectly flat surfaces is often associated with technological constraints and the desire to maintain the modular nature of the device, therefore the best way to eliminate the void between the heat sink and the heat generating system is to use a suitable thermoplastic plastomer. The usage of thermal compound gives possibility of individual cooling selection depended (based) on the needs and also allow user to assembly components without need for specialized tools. Thermoconductive plastomers are not ideal, as they lose their heat transfer capacity over time, which forces the binder to be replaced periodically. This work aims at determining the influence of additives on the physicochemical parameters of thermoplastic plastomers currently used in the electronics industry

Creating of finger orthosis using FDM 3D printing techniques

Celem prowadzonych badań było stworzenie w pełni spersonalizowanej ortezy wybranego palca kończyny górnej człowieka. Obecnie na rynku istnieje wiele odmian ortez palca kończyny górnej wykorzystywanych nie tylko przy złamaniach, ale również w przypadku innych urazów. Jednakże żadna z nich nie jest w pełni dopasowana do konkretnego palca ręki ani personalizowana osobniczo. Stosowane jak dotąd ortezy wykonywane są wg typoszeregu. W poniższym artykule przedstawiono próbę stworzenia spersonalizowanego osobniczo modelu stabilizatora palca. Realizacja projektu zakłada działanie kilkuetapowe. Pierwszy etap zakładał dokonanie odpowiedniego wymiarowania. Następnie zaprojektowano i wykonano cyfrowy model. Orteza została wykonana z materiału bakteriostatycznego z wykorzystaniem drukarki 3D działającej w technice FDM ze względu na najlepsze właściwości mechaniczne przy zachowaniu wystarczającej precyzji odwzorowania. Jako najodpowiedniejszy materiał do wykonania detalu został wytypowany i zsyntezowany poliwęglan modyfikowany tlenkiem krzemu ze względu na odpowiednie właściwości wytrzymałościowe i bakteriostatyczne. Artykuł ma charakter rozwojowy i może w przyszłości posłużyć jako baza do projektowania innych modeli stabilizatorów palca w zależności od rodzaju urazu. Może posłużyć również jako baza naukowa do opracowania nowych wielkoskalowych typoszeregów lepiej dopasowanych do stabilizacji palca kończyny górnej.The aim of presented study was to create a fully customized orthotics that can be used for the upper limb selected finger stabilization. Currently on the market there are many varieties of finger orthoses used not only in case of fractures, but also for other injuries. However, none of them is fully adapted to the particular hand or finger and personalized person to person. Commercially used orthotics so far are made according to the series. The following article presents an attempt to create a customized model of finger stabilizer. Implementation of the project consisted several stages. The first stage envisaged making an appropriate dimensioning. Then designed and created a digital model of the orthosis. The brace was made of a bacteriostatic material by the use of FDM 3D printer due to the best mechanical properties while maintaining sufficient precision mapping. As the most suitable material for making the detail has been selected and synthesized polycarbonate modified with nano silicon oxide particles due to the suitable resistance and bacteriostatic. The article can be developed in the future and can be used as a basis for designing other models of finger stabilizers depending on the type of injury. It can also serve as a scientific base for the development of new large-scale commercial series of better suited orthotics to stabilize the toe of the upper limb

Star-shaped poly(propylene oxide) as an x-ray sensitive material

Aparatura wykorzystywana w teleradioterapii oraz obrazowaniu, wraz z postępem technologicznym, staje się coraz bardziej precyzyjna, jednak niezależnie od stopnia zaawansowania aparatury pomiarowej, przed napromieniowaniem obszarów nowotworowych pacjenta dokonuje się szeregu symulacji rozkładu dawki promieniowania. Nowe generacje dozymetrów żelowych pozwalają na coraz dokładniejszą ocenę zaabsorbowanych dawek oraz przestrzennego rozkładu promieniowania, co jest bardzo ważnym etapem w radioterapii, gdyż pozwala na efektywniejsze naświetlenie obszarów nowotworowych promieniowaniem jonizującym, minimalizując jednocześnie obszar naświetlania zdrowych tkanek. Celem pracy było otrzymanie poli(tlenku propylenu) jako dozymetru żelowego, jego charakterystyka pod kątem procesów sieciowania oraz degradacji i analiza jakościowa powstałych produktów reakcji chemicznych wywołanych promieniowaniem jonizującym. Do badań wykorzystano gwiaździsty poli(tlenek propylenu) przed oraz po napromieniowaniu. Próbką referencyjną był poli(tlenek propylenu) nie poddany ekspozycji na żaden rodzaj promieniowania w tym promieniowania rentgenowskiego. W celu określenia stopnia usieciowania, degradacji polimeru wykorzystano technikę chromatografii żelowej, na podstawie której określono średnie masy cząsteczkowe. Do jakościowej analizy produktów wytworzonych w skutek napromieniowania wykorzystano technikę FTIR/ATR. Określenie grup funkcyjnych badanego polimeru pozwoliło na ocenę zmian chemicznych jakie wystąpiły poprzez napromieniowanie.Equipment used in teleradiotherapy and imaging along with technological progress becomes more and more precise, however, irrespective of the degree of advancement of the measuring apparatus, before the radiation of the tumor areas of the patient, a series of simulations of the radiation dose distribution is performed. New generations of gel dosimeters allow more accurate assessment of dose absorbed, and the spatial distribution of radiation, which is a very important stage in radiotherapy because it allows effective exposure of the tumor areas with ionizing radiation while minimizing the irradiation of healthy tissue area. The aim of the study was to obtain polypropylene oxide as a gel dosimeter and to characterize crosslinking and degradation processes, qualitative analysis of chemical reaction products generated by ionizing radiation. The study used a poly (propylene oxide) before and after irradiation. The reference sample was poly (propylene), not exposed to any type of radiation, including X-rays. To determine the degree of crosslinking, degradation of the polymer in the technique of gel permeation chromatography was used, based on which the average molecular weights were determined. FTIR / ATR technique was used for the qualitative analysis of irradiated products. Determination of the functional groups of the examined polymer allowed the assessment of the chemical changes that had occurred by irradiation

Modern materials for rapid prototyping

Nowotwór krtani jest najczęstszym, po nowotworze płuc, rodzajem nowotworu dróg oddechowych na świecie. Zajmuje siódme miejsce pod względem częstości występowania wśród mężczyzn w Polsce. Głównymi czynnikami etiologicznymi powodującymi chorobę nowotworową są palenie papierosów oraz spożywanie wysokoprocentowego alkoholu. Ponadto szczególnie narażone na zachorowanie są osoby mające kontakt z chemikaliami i oparami związków mutagennych. Podstawowe leczenie bazuje na radioterapii oraz chemioterapii pacjenta. Przeprowadzana jest również laryngektomia częściowa lub, w przypadku zaawansowanej postaci choroby, całkowita. Obecnie na świecie przeprowadza się przeszczepy krtani od zmarłych dawców, jednakże wiąże się to z dużym ryzkiem odrzucenia przeszczepu przez pacjenta. Znacznie większą szansę powodzenia mają operacje odbudowy krtani z wykorzystaniem autoprzeszczepu. W tym celu od pacjenta wycina się zdrowy fragment tkanek, z których modeluje się nową krtań. Największy problem w tego typu operacjach stanowi rekonstrukcja chrząstek krtani: chrząstek pierścieniowatej i tarczowatej. Przedstawiona praca zawiera informację na temat doboru materiału polimerowego, który może posłużyć do budowy chrząstek krtani. Ponadto w pracy przedstawiono próbę wykonania modelu krtani z wykorzystaniem technik modelowania przestrzennego.This study is an attempt to create a project of novel polymeric synthetic material which may be biocompatible with human organism and may replace malignant larynx cartilages. Laryngeal and lung cancers are the most frequent types of tumor of the respiratory tract. Laryngeal cancer takes seventh place regarding the incidence among men in Poland. The main etiologic factors causing cancer are smoking of cigarettes and consumption of alcohols. What is more, people who have contact with vapours of chemicals are in high-risk group. Basic treatment of laryngeal cancer is based on the radiation and chemotherapy. Severely affected patients may require complete or partial laryngectomy. Larynx transplantation based on organ donors, is related to high-risk organ failure. Nowadays surgeons try to recreate larynx using technique of autotransplantation. The biggest challenge for them is the reconstruction of cartilages: thyroid and cricoid. Study contains information about the selection of polymeric material, which could be used in construction of laryngeal cartilages as well as, an attempt of construction of larynx model based on three-dimensional modeling techniques