Low Reynolds number swimming in complex environments

The study of swimming micro-organisms has been of interest not just to biologists, but also to fluid dynamicists for over a century. As they are rarely in isolation, much interest has been focused on the study of the swimmers’ interaction with their environment. By virtue of the typically small sizes of these organisms and their swimming protocols, the characteristic Reynolds number of the motion of the fluid around them is small. Hence they reside in a Stokes flow regime where viscous forces dominate inertial effects and where far-field interactions (e.g. with nearby walls) can have a significant effect on the swimmer’s dynamical evolution. This thesis provides a detailed investigation of idealised models of low Reynolds number swimmers in a variety of wall-bounded fluid domains. Our approach employs a combination of analytical and numerical techniques. A simple two-dimensional point singularity is used to model a swimmer. We first study its dynamics when placed in the half-plane above an infinite no-slip wall and find it to be in qualitative agreement with numerical and experimental studies. The success of the model in this case encourages its use to study the swimmer’s dynamics in more complicated domains. Specifically, we next explore the dynamics of the same swimmer above an infinite straight wall with a single gap, or orifice. Using techniques of complex analysis and conformal mapping theory, a dynamical system governing the swimmer’s motion is explicitly derived. This analysis is then extended to the case in which the swimmer evolves near an infinite straight wall with two gaps. We are also interested in how the presence of background flows can affect the swimmer’s dynamics in these confined geometries. We therefore employ the same techniques of complex analysis and conformal mappings to find analytical expressions for pressure-driven flows near a wall with either one or two gaps. We then extend this to find new solutions for the shear flows and stagnation point flows in the same geometry. The effect of a background shear flow on the swimmer’s dynamics is then explored. Finally, while there have been a number of studies of Stokes flows within domains which are simply connected, the doubly connected analogues are rather rare. By building upon the analytical techniques presented in this thesis, we present numerical solutions to such problems, including that of theWeis-Fogh mechanism in the low Reynolds number regime

SKOMPUTERYZOWANA LINGWISTYKA I PSYCHOLOGIA POKONUJĄC OGRANICZENIA POLIGRAFU

We developed an auxiliary tool, named “Software Human Reliability Estimator” (SHRE), which in certain cases can replace the polygraph. The polygraph is not always effective in measuring the reliability of a witness. For instance, the polygraph is ineffective when the witness believes that the testimony is the truth even when in reality it is not. In such cases, an alternative objective test is required. Another disadvantage of the polygraph test lies in the lack of discreetness owing to the requirement that the witness must agree to undergo a polygraph test. In addition, the polygraph test cannot be performed in real time because of its cumbersome and bulky nature. These drawbacks have motivated the search for alternatives to the polygraph. Herein, we suggest a methodology accompanied by a corresponding software package that overcomes the mentioned shortcomings of the polygraph. The methodology is based on a computer-assisted cognitive behavioral therapy methodology (CBT) (Burns 1999). CBT was originally developed for psychological treatment and can be used to characterize personalities. This methodology can also be used to find the individual’s personality disturbances and to evaluate the reliability of a witness. The CBT methodology assumes that the cognitive thoughts of a human are expressed in his language. In the literature, about ten categories of thoughts are determined, and so called distorted thoughts, indicate a behavioral deviation. Based on the above assumption, it is possible to map thoughts, including distorted thoughts and analyze them methodically with the help of linguistic tools. These tools should be able to scan the mapping and discover distorted thoughts as classified by the CBT method. We will use extreme situations as examples to illustrate distorted thoughts. The mentioned situations will refer to time description (always, never), location (everywhere, nowhere), quantity (everything, nothing, nobody), possibility (must, forced, incapable) etc. These types of expressions leave no doubt as to their meanings. The linguistic analysis is performed at two levels: semantic and syntactic. The first stage is the semantic analysis. Here, the vocabulary of the sentence is analyzed. The known linguistic term, quantitative-semantics, is given a special significance since it enables a pre-ranking of the nouns, adjectives, adverbs beyond their regular usage. Quantitative semantics analysis searches especially for superlatives such as “never”, which indicate an extreme case. This analysis is supported in the first stage by using an expression named “distinguished”. In order to find distinguished expressions it is recommended to use in the second stage of the analysis a methodology borrowed from formal-languages, a field in computer sciences. This analysis is supposed to strengthen or eliminate the indications found in the first analysis stage, the semantic analysis.Artykuł opisuje urządzenie, które w niektórych przypadkach zastępuje poligraf. Poligraf niekiedy jest mało efektywny w mierzeniu wiarygodności świadka, np. poligraf nie jest skuteczny, gdy świadek wierzy w swoje zeznanie, nawet jeśli w rzeczywistości nie jest ono prawdziwe. W takich przypadkach pomocny jest alternatywny test wiarygodności. Inną słabą stroną poligrafu jest to, że nie można wykonać testu bez zgody świadka. Poza tym z powodu jego uciążliwości, test na poligrafie nie może być wykonany in vivo. Te wady inspirowały do poszukiwania alternatyw dla poligrafu. W niniejszym artykule sugerujemy metodologię i towarzyszące jej oprogramowanie, które przezwyciężają wymienione niedogodności poligrafu. Metodologia jest oparta na kognitywnej metodzie terapii behawioralnej dla komputera (CBT) (Burns, 1999). CBT była przede wszystkim przeznaczona do terapii psychologicznej, ale może też być używana do charakteryzowania osobowości. Ta metodologia może być również stosowana do określania zaburzeń osobowości świadka i oszacowania stopnia jego wiarygodności. Lingwistyczna analiza jest wykonywana na dwóch poziomach: semantycznym i syntaktycznym. Pierwszy etap stanowi analiza lingwistyczna, która bada słownictwo. Nowe podejście lingwistyczne polega na analizie semantyki ilościowej, która określa pewien typ skalowania, przede wszystkim przymiotników i przysłówków w potocznym użyciu. Analiza semantyki ilościowej poszukuje głównie superlatywów (np. ‘nigdy’), które wskazują skrajne przypadki. Pierwszy etap tej analizy polega na określeniu odpowiedniego użycia tzw. „słów wyróżnionych” (przedstawionych na ilustracji 1). Aby znaleźć te „wyróżnione wyrażenia”, na drugim etapie badania należy dokonać analizy syntaktycznej (ilustracje 5 i 6). Ten proces powinien potwierdzić wyniki otrzymane na pierwszym etapie badań. Komputeryzując analizę składni zdania, możemy szybko zakwalifikować tekst, używając metod semantyki ilościowej, pokazanej poniżej. Skomputeryzowana semantyka ilościowa może być stosowana jako narzędzie pomocnicze w psychologii i autopsychoterapii. Kognitywna terapia behawioralna (CBT) jest obecnie bardzo popularną metodą wśród psychoterapeutów i stała się bodźcem dla rozwoju semantyki ilościowej. Jej główna zaleta polega na prostocie i schematycznej metodologii. Te cechy ułatwiły stworzenie i wdrożenie skomputeryzowanego modelu kognitywnego terapii(ICBT). ICBT jest skomputeryzowanym CBT i zajmuje się obróbką informacji. Istotną cechą tego modelu jest znajdowanie tzw. zniekształconych myśli. Myśl zniekształcona jest myślą, która próbuje przedstawić rzeczywistość, ale w zdeformowanej formie (Burns, David D., 1999). Na przykład następujące przypadki przedstawiają myśl zniekształconą: Student, który otrzymał notę dostateczną, konkluduje: Jestem kompletnym durniem. Chłopak po kłótni ze swoją dziewczyną wyciąga wniosek: Dziewczyny wszystko psują. Ja nigdy nie będę w stanie dojść do ładu z dziewczynami. Myśli kognitywne są sformalizowane przez ludzki mózg w języku naturalnym w formie mówionej lub pisanej. Z tego powodu analiza każdej myśli może być wykonana na zdaniu – lingwistycznym odpowiedniku myśli. Tekst zawierający zniekształcone myśli charakteryzuje się występowaniem superlatywów

Self-powered microfluidic chips for multiplexed protein assays from whole blood

We report herein on a self-powered, self-contained microfluidic-based chip designed to separate plasma from whole blood, and then execute an assay of a multiplexed panel of plasma biomarker proteins. The power source is based upon a chemical reaction that is catalytically triggered by the push of a button on the chip. We demonstrate assays of a dozen blood-based protein biomarkers using this automated, self-contained device. This platform can potentially permit high throughput, accurate, multiplexed blood diagnostic measurements in remote locations and by minimally trained individuals