Les auteurs tiennent à exprimer leur gratitude à M. Hong Hu pour son aide dans l&#39;exécution des expériences rapportées dans le présent document. Ce travail a été financé en partie par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n ° 61473207).

1. Acquisition de signaux EEG <ol><li> Expliquer la procédure expérimentale pour le sujet et obtenir le consentement éclairé écrit de participer à des expériences. </li><li> Mesurer la circonférence de la tête du sujet en utilisant un ruban à mesurer et sélectionnez la taille de bonnet EEG qui est proche de la mesure. L&#39;arrangement d&#39;électrodes est basé sur le «système 10-20 international&quot; 12. </li><li> Mesurez la distance entre le nasion et inion. Utilisez un crayon de marquage de la peau à l&#39;occasion de 10% de la distance de référence pour aligner le capuchon, et marquer le point médian de la distance que le sommet sur le cuir chevelu du sujet. </li><li> Placez le bouchon EEG sur le sujet en alignant la barre des 10% avec le milieu des électrodes PF1 et PF2. Électrode de position Cz de la capsule sur le sommet. </li><li> Assurez-vous que le Fz, Cz, Pz et Oz sont sur la ligne médiane de la tête, et que chaque paire d&#39;électrodes situées de chaque côté de la ligne médiane sont sur une ligne horizontale. </li><li>Enduire les électrodes REF1 et REF2 avec gel conducteur. Placer les électrodes de référence sur les mastoïdes gauche et droite à l&#39;aide de ruban adhésif médical. Serrez la jugulaire. </li><li> Placez une seringue pointe arrondie dans les porte-électrodes et injecter un gel conducteur dans chaque électrode dans l&#39;ordre suivant: d&#39;abord, le «terrain» électrode sur le front et le deuxième, les cinq électrodes utilisées dans l&#39;expérience, O2, O1, Oz, Pz et Cz. </li><li> Seat l&#39;objet dans un confortable fauteuil 60 cm en face d&#39;un moniteur de relance. Demandez au sujet de garder ses / ses yeux dans le même plan horizontal avec le centre de l&#39;écran. </li><li> Connecter les fils d&#39;électrodes au système d&#39;acquisition de données EEG. Configurez le taux d&#39;échantillonnage de 1 kHz. </li><li> Examiner la qualité du signal EEG sur le DPC dédié. Si il ya un problème avec une électrode particulière, gel réinjecter pour régler l&#39;impédance du canal. </li><li> Utilisez le CPS dédié à clignoter quatre images de robots à des fréquences de 4.615, 12, 15 et 20Hz comme stimuli visuels sur l&#39;interface utilisateur comme le montre la figure 2. </li></ol> 2. Hors Analyser SSVEP Caractéristiques <ol><li> Mener des 32 essais d&#39;expériences de formation hors ligne pour chaque sujet et enregistrer leurs signaux cérébraux acquis du système EEG long de ce processus. Remarque: Ce processus est mené uniquement par des sujets pour la première fois de l&#39;expérience pour établir leurs vecteurs caractéristiques de SSVEP et de former le classificateur. </li><li> Quand un procès commence, sélectionnez un stimulus comme cible au hasard et afficher une flèche jaune au-dessus. </li><li> 1 secondes plus tard, scintiller les quatre stimuli visuels à des fréquences différentes sur l&#39;interface utilisateur pendant 5 sec. </li><li> Demander le sujet pour se concentrer sur l&#39;objectif de relance sélectionnée tout en gardant son / sa mouvement du corps à un minimum. </li><li> Après chaque essai, donner le sujet 3 sec pour se détendre, et ensuite commencer à l&#39;essai suivant. </li><li> Lorsque tous les essais sont terminés, lire les données enregistrées. Extrait d&#39;une époque données 3-sec être<html> entre 2 et 5 secondes après le déclenchement qui sélectionne un stimulus comme la cible dans chaque procès. </li><li> Calculer la densité spectrale de puissance (PSD) des époques de données en utilisant l&#39;analyseur de données hors ligne dans les scripts MATLAB. Utiliser l&#39;algorithme de traitement décrit en détail ci-dessous: <ol><li> Calculer les coefficients analyse de corrélation canonique (CCA) des données multicanal de l&#39;EEG avec des données de référence. CCA est une méthode statistique multivariée utilisée pour deux ensembles de données pour trouver leur corrélation sous-jacent 13. Considérant le segment 3s de données multicanal EEG X et les données de référence Y de la même longueur, utiliser CCA pour trouver les vecteurs de poids, W x et W y, afin de maximiser le coefficient de corrélation ρ entre x = X T W x et y = Y T W y. Définissez les données de référence pour être les signaux périodiques à certaines fréquences de stimulation. /ftp_upload/53558/53558eq1.jpg &quot;/&gt; où f 1, f 2, f 3, f 4 sont les fréquences de caractéristiques des quatre stimuli visuels. </li><li> Filtrer spatialement les données multicanal EEG X en utilisant les coefficients DPA calculée W x pour obtenir une seule dimension filtrés données x, qui a la corrélation la plus évidente avec la combinaison linéaire des données de référence. </li><li> Calculer le PSD des données x filtré spatialement en utilisant la transformée de Fourier rapide (FFT). <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq2.jpg" /> où N est la taille de FFT de l&#39;échantillon de données x, et FFT (x, N FFT) renvoie transformée de Fourier discrète FFT -point de N x. </li><li> Normaliser le PSD par rapport à sa valeur moyenne entre 3 et 30 Hz. <img alt="Équation 3" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3.jpg" /> où60; <img alt="Équation 3 Dénominateur" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3denominator.jpg" /> désigne la moyenne du spectre de puissance comprise entre 3 et 30 Hz. </li></ol></li><li> Calibrer les paramètres de classification pour les quatre fréquences de stimulation. Tout d&#39;abord, observer le spectre PSD normalisée qui correspond à son objectif de relance, et de configurer manuellement la fréquence avec la plus forte amplitude PSD que la fréquence de fonction. Basé sur la fréquence caractéristique, diviser les données PSD normalisées en deux ensembles: l&#39;un est acquise lorsque le stimulus correspondant est sélectionné comme cible, et l&#39;autre est acquise lorsque les stimuli non-cibles sont sélectionnés. Calculer la valeur moyenne de chaque série, respectivement. Déterminer le seuil de la médiane des deux valeurs moyennes de classer la cible et non-cible fixe 14. </li></ol> 3. Traitement des signaux du cerveau en ligne <ol><li> Ouvrir le processeur de signal en ligne comme le montre la figure 3, qui est développé belon sur l&#39;environnement OpenViBE et les scripts MATLAB, sur le DPC pour traiter les signaux du cerveau en ligne. </li><li> Double-cliquez sur la boîte de Signal acquisition et de traitement, qui est marqué avec un cycle rouge dans la figure 3, pour ouvrir la fenêtre de réglage OpenViBE. Configurer les paramètres de classification pour le sujet:. Définir le taux d&#39;échantillonnage de 1 kHz, régler la longueur de temps pour FFT que 3 sec, et régler les fréquences de longs selon les résultats de l&#39;analyse en ligne, par exemple, 4.667, 24, 15 et 20 Hz . </li><li> Cliquez sur le bouton commence à courir le processeur de signaux en ligne, qui traite les données en temps réel en utilisant l&#39;algorithme suivant en trois étapes. </li><li> Tout d&#39;abord, l&#39;algorithme acquiert des données provenant des canaux EEG Oz, O1, O2, Pz et CPZ du système EEG toutes les 0.5s, et extrait le segment de données de la dernière ligne de traitement 3s. </li><li> Deuxièmement, l&#39;algorithme traite le segment de données 3-sec en utilisant les algorithmes décrits à l&#39;étape 2.7, et calcule en temps réel le PSD pour Classification. </li><li> Troisièmement, l&#39;algorithme classe les schémas des ondes cérébrales en fonction des amplitudes PSD dans les quatre fréquences de fonction. Lorsque l&#39;amplitude de fréquence d&#39;une caractéristique est supérieur à un seuil donné, classifier le stimulus scintillement correspondant à la fréquence en tant que cible de SSVEP. </li></ol> 4. Connecter le Robot Humanoïde <ol><li> Appuyez sur le bouton de la poitrine du robot humanoïde et attendez qu&#39;il démarre. Remarque: Ce processus prend environ 1 min et est terminée lorsque le robot dit &quot;OGNAK GNOUK&quot;, tandis que le bouton de la poitrine devient blanc. </li><li> Établir sa WiFi (Wireless Fidelity) connexion à la DPC 15. </li><li> Ouvrez le contrôleur robot programmé en C ++ scripts Visual sur le DPC. Le contrôleur reçoit les résultats de la classification de la Signal Processor ligne par l&#39;intermédiaire de réalité virtuelle périphérique réseau (VRPN) interface, les traduit en commandes de robots, et contrôle les comportements correspondants du humanoid robot via une connexion sans fil. </li><li> Configurez le contrôleur de robot en entrant l&#39;adresse IP du robot en fonction de sa connexion WiFi, définissant trois séries de comportements du robot qui peut facilement être modifiée pour effectuer les trois tâches différentes, et en définissant les paramètres d&#39;exécution de ces comportements (par exemple., La vitesse de marche ou distance) pour adapter l&#39;exigence de tâche. NOTE: Plus de détails de ces comportements sont décrits dans les étapes 5.2.1, 5.3.1, 5.4.1 et. </li><li> Cliquez sur le bouton Générer de la plateforme Visual Studio pour exécuter le Contrôleur de Robot. </li><li> Ouvrez le programme Chorégraphe sur la CPS. Cliquez sur «Se connecter à&quot; bouton pour faire apparaître un widget de connexion. Sélectionnez le robot doit être contrôlée en fonction de son adresse IP, et double-cliquez sur son icône pour s&#39;y connecter. </li><li> Ouvrez l&#39;écran vidéo dans le menu d&#39;affichage dans la barre de menu Chorégraphe, et déplacer le moniteur à l&#39;avant de l&#39;interface utilisateur pour afficher des commentaires de la vidéo en direct depuis la caméra du robot. </li></ol> &lt;p class = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Mener des expériences de contrôle en boucle fermée <ol><li> Demander le sujet pour effectuer trois tâches de contrôle en boucle fermée spécifiques au sein des environnements différents afin d&#39;évaluer la performance de l&#39;interaction cerveau-robots. REMARQUE: ces tâches, qui sont importants dans les applications robotiques, car ils sont utiles pour aider les personnes handicapées et les personnes âgées dans leur vie quotidienne, besoin d&#39;activer différents comportements du robot. </li><li> Effectuer la première tâche de contrôle en boucle fermée à la téléprésence contrôler le robot humanoïde via des signaux du cerveau à marcher à travers les obstacles et pousser un interrupteur pour allumer la lumière, comme le montre la figure 4. <ol><li> Pour accomplir la première tâche, contrôler les comportements des robots qui sont codées par les quatre stimuli SSVEP comme: un pas en avant avec une distance fixe de 0,15 m, tourner à gauche avec un radian fixe de 0,3 rad, en tournant à droite avec un radian fixe de 0,3 rad, et en poussant le commutateur à l&#39;aide de sa main droite. REMARQUE: la configuraprocessus d&#39;est décrite dans l&#39;étape 4.4. </li><li> Informer le sujet de l&#39;objectif de la tâche et les quatre comportements à être contrôlé. </li><li> Exécutez le Robot Controller comme dans les étapes 4.5-4.7, et commencer l&#39;expérience. Donnez le sujet de la liberté de percevoir l&#39;environnement et de prendre des décisions basées sur les commentaires de la vidéo en direct, et pour activer les comportements du robot en regardant fixement les stimuli correspondants. REMARQUE: aucune instruction ou de l&#39;aide devrait être accordée à l&#39;objet, sauf dans les situations d&#39;urgence, par exemple, le robot est sur ​​le point d&#39;entrer en collision avec un obstacle.. </li></ol></li><li> Effectuer la deuxième tâche à la téléprésence contrôler le robot humanoïde via des signaux du cerveau à marcher vers l&#39;escalier suivant le panneau de sortie, comme le montre la Figure 5. Lorsque confrontant passants, demandez au sujet de contrôler le robot à-dire &quot;excusez-moi&quot; et attendre que le passants à céder. <ol><li> Contrôler les comportements du robot codées par les quatre stimuli SSVEP que: marche en avant continuously à une vitesse de 0,05 m / s, en tournant à gauche en continu à une vitesse de 0,1 rad / s, en tournant à droite en continu à une vitesse de 0,1 rad / s, et l&#39;arrêt de tous les comportements de marche. </li><li> Mettez le Robot Controller à la fonction de commande posture dépendante 16. REMARQUE: lorsque le robot marche, cette fonction utilise la quatrième relance que la commande d&#39;arrêter les comportements de marche; lorsque le robot ne marche pas, il utilise la quatrième relance de contrôler le robot à-dire &quot;excusez-moi&quot;. La fonction est implémentée dans les scripts C de par la détection de l&#39;état de marche du robot. </li><li> Informer le sujet de l&#39;objectif de la tâche et les cinq comportements à être contrôlé. </li><li> Exécutez le contrôleur de robot et commencer l&#39;expérience, comme décrit à l&#39;étape 5.2.3. </li></ol></li><li> Mener la troisième tâche de téléprésence contrôler le robot humanoïde à marcher vers une cible de ballon, de le ramasser et de le livrer à la main de l&#39;objet, comme le montre la Figure 6. <ol><li> Contrôler les comportements du robot codées par les quatre stimuli SSVEP que: un pas en avant avec une distance fixe de 0,15 m, tourner à gauche avec un radian fixe de 0,3 rad, en tournant à droite avec un radian fixe de 0,3 rad, et ramasser des objets. </li><li> Activez la fonction de contrôle posture dépendant dans le Contrôleur de Robot de réutiliser la quatrième relance que la commande de débarquer l&#39;objet quand il a déjà été ramassé. </li><li> Informer le sujet de l&#39;objectif de la tâche et les cinq comportements à être contrôlé. </li><li> Exécutez le contrôleur de robot et commencer l&#39;expérience, comme décrit à l&#39;étape 5.2.3. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Cet article présente une procédure expérimentale basée SSVEP à établir le système d&#39;interaction cerveau-robot avec des robots humanoïdes en intégrant plusieurs programmes logiciels. Étant donné que l&#39;intention humaine est perçue par l&#39;interprétation des signaux d&#39;EEG en temps réel, il est essentiel de vérifier les connexions d&#39;électrodes EEG et des qualités de signal avant d&#39;effectuer l&#39;expérience. Si les signaux acquis de toutes les électrodes sont de mauvaises qualités, ...

Brain-Robot Interaction (BRI), qui fournit une voie de communication innovant entre l&#39;humain et un dispositif robotique via des signaux du cerveau, est prospective pour aider les personnes handicapées dans leur vie quotidienne 1,2. Une variété de méthodes sont en mesure d&#39;acquérir les signaux du cerveau soit invasive ou non invasive, comme électrocorticographie (ECoG), électroencéphalogramme (EEG), l&#39;imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), etc. La méthode non-invasive la plus couramment utilisée pour la construction du système BRI est d&#39;acquérir des signaux EEG à partir des électrodes placées sur le cuir chevelu. Cette méthode est peu coûteuse, facile à utiliser, et offre une résolution temporelle acceptable 3. Parmi une variété de dispositifs robotiques, robots humanoïdes sont avancés car ils sont créés pour imiter certains des mêmes tâches physiques et mentales que les humains subissent quotidiennement. BRI avec un robot humanoïde va jouer un rôle important en aidant les malades et les personnes âgées, ainsi que l&#39;exécution des emplois insalubres ou dangereux. Mais le contrôled&#39;un robot humanoïde à travers le système BRI est très difficile, car le robot humanoïde avec le mouvement du corps entier est conçu pour effectuer des tâches complexes telles que l&#39;assistance personnelle 4, 5. Steady-State potentiels évoqués visuels (SSVEP) est un type de signal du cerveau provoquée par la modulation du stimulus visuel à une fréquence donnée 6. Il contient des sinusoïdes à des fréquences fondamentales et harmoniques de la stimulation de scintillement, et bien en vue apparaît à travers le cortex visuel dans la région occipitale du cuir chevelu 7. La raison du choix des signaux de SSVEP est que le système à base BRI-SSVEP donne un taux de transfert de l&#39;information relativement élevé et nécessite moins de formation 8. Autres types d&#39;ondes cérébrales, comme les potentiels évoqués (ERP) 9 ou moteur-imagerie (MI) les potentiels 10, peuvent également être intégrés dans cette procédure expérimentale. Notre procédure d&#39;interaction cerveau-robot humanoïderobots sont basées sur Cerebot - une plateforme de robot humanoïde de contrôle mental - constitué d&#39;un système d&#39;acquisition de données EEG et un robot humanoïde 11. Le système EEG est capable d&#39;enregistrer des signaux bio-potentiel affichage acquises par divers types d&#39;électrodes de pré-processus et. Il fournit analogique multiples E / S et E / S numériques et est capable d&#39;enregistrer jusqu&#39;à 128 canaux de signaux simultanément à un taux d&#39;échantillonnage de 30 kHz avec une résolution de 16 bits. Ses kits de développement logiciel en C ++ et MATLAB sont faciles pour les utilisateurs de concevoir les procédures expérimentales. Le robot humanoïde possède 25 degrés de liberté et est équipé de plusieurs capteurs, y compris les 2 caméras, 4 micros, 2 télémètres sonar, 2 IR émetteurs et récepteurs, 1 planche d&#39;inertie, 9 capteurs tactiles, et 8 capteurs de pression. Il fournit Choregraphe et SDK C ++ pour créer et éditer les mouvements et les comportements des robots interactifs. L&#39;objectif global de cette méthode est d&#39;établir une procé expérimentale basée SSVEP-dure en intégrant plusieurs logiciels, comme OpenViBE, Chorégraphe, le logiciel central ainsi que de programmes développés utilisateur écrites en C ++ et MATLAB, afin de permettre l&#39;étude de l&#39;interaction cerveau-robot avec des robots humanoïdes 11. La figure 1 montre la structure du système. L&#39;ordinateur de la présentation du stimulus dédié (CPS) affiche l&#39;interface utilisateur pour fournir le sujet avec des stimuli visuels, des instructions et des évaluations environnementales. L&#39;ordinateur de traitement de données dédié (DPC) exécute l&#39;enregistreur de données et l&#39;analyseur de données hors ligne dans le processus de formation en ligne, et exécute le processeur de signal en ligne et la commande du robot pour le contrôle en ligne du robot humanoïde. Comparé à d&#39;autres systèmes de contrôle basés SSVEP, notre système est plus fiable, plus souple, et surtout plus pratique pour être réutilisés et mis à jour comme il est développé en intégrant un certain nombre de logiciels normalisés, tels que OpenViBE, Chorégraphe, le logiciel central, et modules écrits en C ++et MATLAB. La procédure suivante a été examiné et approuvé par l&#39;université médicale comité d&#39;éthique de l&#39;hôpital général de Tianjin, et tous les sujets ont donné leur consentement par écrit.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="748">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:284px;">Cerebus EEG Data Acquisition System</td>
			<td style="width:179px;">Blackrock Microsystems</td>
			<td style="width:119px;">4176-9967</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:284px;">NAO humanoid robot</td>
			<td style="width:179px;">Aldebaran Robotics</td>
			<td style="width:119px;">H25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:284px;">EEG cap</td>
			<td style="width:179px;">Neuroscan</td>
			<td style="width:119px;">8732</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:284px;">Ten20 Conductive gel</td>
			<td style="width:179px;">Weaver and company</td>
			<td style="width:119px;">10-20-8</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ssvep-based experimental procedure for brain-robot interaction with humanoid robots

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in helping the disabled in their daily lives. The overall goal of our method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs, such as OpenViBE, Choregraph, and Central software as well as user developed programs written in C++ and MATLAB, to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots.
This is achieved by first placing EEG electrodes on a human subject to measure the brain responses through an EEG data acquisition system. A user interface is used to elicit SSVEP responses and to display video feedback in the closed-loop control experiments. The second step is to record the EEG signals of first-time subjects, to analyze their SSVEP features offline, and to train the classifier for each subject. Next, the Online Signal Processor and the Robot Controller are configured for the online control of a humanoid robot. As the final step, the subject completes three specific closed-loop control experiments within different environments to evaluate the brain-robot interaction performance.
The advantage of this approach is its reliability and flexibility because it is developed by integrating multiple software programs. The results show that using this approach, the subject is capable of interacting with the humanoid robot via brain signals. This allows the mind-controlled humanoid robot to perform typical tasks that are popular in robotic research and are helpful in assisting the disabled.

Les résultats présentés ici ont été obtenus à partir d&#39;un sujet mâle ayant corrigé à la normale la version. La figure 7 représente la procédure de traitement des données EEG, y compris l&#39;extraction d&#39;une époque de données multicanal (figure 7A), en filtrant spatialement les données à l&#39;aide des coefficients de DPA (figure 7B) , et le calcul du PSD normalisée (figure 7C). <p class="jov...

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SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

The overall goal of this method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots, which is prospective in assisting the sick and elderly as well as performing unsanitary or dangerous jobs.

SSVEP basé procédure expérimentale pour Brain-Robot Interaction avec des robots humanoïdes

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

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Introduction to Control Systems

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13.0K vues.  Tianjin University. The overall goal of this method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots, which is prospective in assisting the sick and elderly as well as performing unsanitary or dangerous jobs.

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Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Procédure expérimentale pour Spinning chaud de fonte d&#39;aluminium Composants

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Recherche

Ingénierie

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due to their long coherence time and their capability to manipulate and detect individual quantum bits (qubits). In more recent years, microfabricated surface ion traps have received more attention for large-scale integrated qubit platforms. This paper presents a microfabrication methodology for ion traps using micro-electro-mechanical system (MEMS) technology, including the fabrication method for a 14 &#181;m-thick dielectric layer and metal overhang structures atop the dielectric layer. In addition, an experimental procedure for trapping ytterbium (Yb) ions of isotope 174 (174Yb+) using 369.5 nm, 399 nm, and 935 nm diode lasers is described. These methodologies and procedures involve many scientific and engineering disciplines, and this paper first presents the detailed experimental procedures. The methods discussed in this paper can easily be extended to the trapping of Yb ions of isotope 171 (171Yb+) and to the manipulation of qubits.

This paper presents a microfabrication methodology for surface ion traps, as well as a detailed experimental procedure for trapping ytterbium ions in a room-temperature environment.

Méthodes expérimentales de piégeage d’Ions à l’aide de microfabriques pièges à ions de Surface

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser (laser-SARPES), and demonstrate a power of this technique for studying solid state physics. Laser-SARPES achieves two great capabilities. Firstly, by examining orbital selection rule of linearly polarized lasers, orbital selective excitation can be carried out in SAPRES experiment. Secondly, the technique can show full information of a variation of the spin quantum axis as a function of the light polarization. To demonstrate the power of the collaboration of these capabilities in laser-SARPES, we apply this technique for the investigations of spin-orbit coupled surface states of Bi2Se3. This technique affords to decompose spin and orbital components from the spin-orbit coupled wavefunctions. Moreover, as a representative advantage of using the direct spin detection collaborated with the polarization-variable laser, the technique unambiguously visualizes the light polarization dependence of the spin quantum axis in three-dimension. Laser-SARPES dramatically increases a capability of photoemission technique.

Here, we combine polarization-variable 7-eV laser with spin- and angle-resolved photoemission technique to visualize the spin-orbital coupling effect in solid states.

Méthodes expérimentales de Spin - et Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy combiné avec polarisation Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory setups is presented. The experiments are easily repeatable compared to operational scale experiments (pool diameter &#8805;2 m), while still featuring quite realistic in situ burning conditions of crude oil on water. Experimental conditions include a flowing water sub-layer that cools the oil slick and an external heat flux (up to 50 kW/m2) that simulates the higher heat feedback to the fuel surface in operational scale crude oil pool fires. These conditions enable a controlled laboratory study of the burning efficiency of crude oil pool fires that are equivalent to operational scale experiments. The method also provides quantitative data on the requirements for igniting crude oils in terms of the critical heat flux, ignition delay time as a function of the incident heat flux, the surface temperature upon ignition, and the thermal inertia. This type of data can be used to determine the required strength and duration of an ignition source to ignite a certain type of fresh or weathered crude oil. The main limitation of the method is that the cooling effect of the flowing water sub-layer on the burning crude oil as a function of the external heat flux has not been fully quantified. Experimental results clearly showed that the flowing water sub-layer does improve how representative this setup is of in situ burning conditions, but to what extent this representation is accurate is currently uncertain. The method nevertheless features the most realistic in situ burning laboratory conditions currently available for simultaneously studying the flammability and burning efficiency of crude oil on water.

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Here, we present a protocol to simultaneously study the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil under conditions that simulate in situ burning operations on the sea.

Une procédure expérimentale pour Laboratory Studies of In Situ brûlant : inflammabilité et l’efficacité de combustion de pétrole brut

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the realization of monolithically integrated photonics circuits. The present paper describes methods of theoretical calculation and experimental verification of a novel model for the reduction of TDD. The method of theoretical calculation describes the bending of threading dislocations (TDs) based on the interaction of TDs and non-planar growth surfaces of selective epitaxial growth (SEG) in terms of dislocation image force. The calculation reveals that the presence of voids on SiO2 masks help to reduce TDD. Experimental verification is described by germanium (Ge) SEG, using an ultra-high vacuum chemical vapor deposition method and TD observations of the grown Ge via etching and cross-sectional transmission electron microscope (TEM). It is strongly suggested that the TDD reduction would be due to the presence of semicylindrical voids over the SiO2 SEG masks and growth temperature. For experimental verification, epitaxial Ge layers with semicylindrical voids are formed as the result of SEG of Ge layers and their coalescence. The experimentally obtained TDDs reproduce the calculated TDDs based on the theoretical model. Cross-sectional TEM observations reveal that both the termination and generation of TDs occur at semicylindrical voids. Plan-view TEM observations reveal a unique behavior of TDs in Ge with semicylindrical voids (i.e., TDs are bent to be parallel to the SEG masks and the Si substrate).

Theoretical calculation and experimental verification are proposed for a reduction of threading dislocation (TD) density in germanium epitaxial layers with semicylindrical voids on silicon. Calculations based on the interaction of TDs and surface via image force, TD measurements, and transmission electron microscope observations of TDs are presented.

Calcul théorique et vérification expérimentale pour la réduction de la dislocation dans les couches épitaxiales de germanium avec vides semi-cylindriques sur silicium

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support substrates. Accomplishing this transfer in a highly controlled, mechanized, and reproducible manner can eliminate the creation of macroscale defect structures (e.g., tears, cracks, and wrinkles) within the thin film that compromise device performance and the usable area per sample. Here, we describe a general protocol for the highly controlled and mechanized transfer of a polymeric thin film onto an arbitrary porous support substrate for eventual use as a water filtration membrane device. Specifically, we fabricate a block copolymer (BCP) thin film on top of a sacrificial, water-soluble poly(acrylic acid) (PAA) layer and silicon wafer substrate. We then utilize a custom-designed, 3D-printed transfer tool and drain chamber system to deposit, lift-off, and transfer the BCP thin film onto the center of a porous anodized aluminum oxide (AAO) support disc. The transferred BCP thin film is shown to be consistently placed onto the center of the support surface due to the guidance of the meniscus formed between the water and the 3D-printed plastic drain chamber. We also compare our mechanized transfer-processed thin films to those that have been transferred by hand with the use of tweezers. Optical inspection and image analysis of the transferred thin films from the mechanized process confirm that little-to-no macroscale inhomogeneities or plastic deformations are produced, as compared to the multitude of tears and wrinkles produced from manual transfer by hand. Our results suggest that the proposed strategy for thin film transfer can reduce defects when compared to other methods across many systems and applications.

We present a procedure for highly controlled and wrinkle-free transfer of block copolymer thin films onto porous support substrates using a 3D-printed drain chamber. The drain chamber design is of general relevance to all procedures involving transfer of macromolecular films onto porous substrates, which is normally done by hand in an irreproducible fashion.

Procédure pour le transfert de films polymères sur des substrats poreux avec des défauts minimisés

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a laser cutter machine. The method starts with the lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets using a heat press for 10 min at the temperature of ~93 &#176;C. Next, the parameters of the laser cutter machine are optimized to produce a rectangular balloon with maximum burst pressure. Using the optimized parameters, the soft actuators are laser cut/welded three times sequentially. Next, a dispensing needle is attached to the actuator, allowing it to be inflated. The effect of geometrical parameters on the deflection of the actuator are studied systematically by varying the channel width and length. Finally, the performance of the actuator is characterized using an optical camera and a fluid dispenser. Conventional fabrication methods of soft pneumatic actuators based on silicone molding are time consuming (several hours). They also result in strong but bulky actuators, which limits the actuator&#8217;s applications. Moreover, microfabrication of thin pneumatic actuators is both time-consuming and expensive. The proposed manufacturing method in the current work resolves these issues by introducing a fast, simple, and cost-effective fabrication method of ultrathin pneumatic actuators.

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with a thin form factor. The fabrication method starts with lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets followed by laser cutting/welding of a two-dimensional pattern to form actuators and robots.

Fabrication rapide d'actionneurs et de robots pneumatiques souples minces

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this paper, a method of measuring mode shapes of a vibrating plate based on an optical lever method is proposed. Three circular acrylic plates were employed in the measurement under different center harmonic excitations. Different from a traditional method, only an ordinary laser pen and a light screen made of ground glass are employed in this novel approach. The approach is as follows: the laser pen projects a beam to the vibrating plate perpendicularly, and then the beam is reflected to the light screen in the distance, on which a line segment made of the reflected spot is formed. Due to the principle of vision persistence, the light spot could be read as a bright straight line. The relationship between the slope of the mode shape, length of the light spot and the distance of the vibrating plate and the light screen can be obtained with algebraic operations. Then the mode shape can be determined by integrating the slope distribution with suitable boundary conditions. The full-field mode shapes of Chladni plate could also be determined further in such a simple way.

A simple method of measuring the Chladni mode shape on an elastic plate by the principle of an optical lever is proposed.

Mesure des formes de mode Chladni avec une méthode de levier optique

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this ...

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a closed feedback loop that operates between the target manipulator and a ranging sensor. The target fabrication process is explained in detail. Representative results of MeV-level proton beams generated by irradiation of 600 nm thick gold foils at a rate of 0.2 Hz are given. The method is compared with other replenishable target systems and the prospects of increasing the shot rates to above 10 Hz are discussed.

A protocol is presented for automated irradiation of thin gold foils with high intensity laser pulses. The protocol includes a step-by-step description of the micromachining target fabrication process and a detailed guide for how targets are brought to the laser&#39;s focus at a rate of 0.2 Hz.

Livraison automatisée de cibles microfabriquées pour des expériences intenses d’irradiation laser

Described is an experimental procedure that enables high-power laser irradiation of microfabricated targets. Targets are brought to the laser focus by a ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

Traitement des surfaces avec un plasma à pression atmosphérique froide à l’aide du COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...