Gli autori desiderano esprimere la loro gratitudine al signor Hong Hu per la sua assistenza nello svolgimento degli esperimenti riportati in questo documento. Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation naturale della Cina (n ° 61.473.207).

1. Acquisizione del segnale EEG <ol><li> Spiegare la procedura sperimentale al soggetto e ottenere il consenso informato scritto a partecipare ad esperimenti. </li><li> Misurare la circonferenza della testa del soggetto utilizzando una misura di nastro e selezionare il formato della protezione EEG che è vicino alla misura. La disposizione degli elettrodi si basa sul &quot;Sistema Internazionale 10-20&quot; 12. </li><li> Misurare la distanza tra la nasion e inion. Utilizzare una matita pennarello pelle per marcare il 10% della distanza come riferimento per l&#39;allineamento del tappo, e segnare il punto mediano della distanza come il vertice sul cuoio capelluto del soggetto. </li><li> Mettere il tappo EEG sull&#39;argomento allineando la soglia del 10% con il punto medio degli elettrodi FP1 e FP2. Posizione elettrodo Cz del tappo sul vertice. </li><li> Assicurarsi che il Fz, Cz, Pz e Oz sono sulla linea mediana della testa, e che ciascuna coppia di elettrodi posti su entrambi i lati della linea mediana sono in una linea orizzontale. </li><li>Spalmare gli elettrodi RIF1 e RIF2 con gel conduttore. Posizionare gli elettrodi di riferimento sulle mastoide sinistra e destra con del nastro medico. Stringere il sottogola. </li><li> Inserire una siringa a punta smussata in portaelettrodi e iniettare gel conduttivo in ogni elettrodo nell&#39;ordine seguente: in primo luogo, la &quot;terra&quot; elettrodo sulla fronte e secondo, i cinque elettrodi usati nell&#39;esperimento, O2, O1, Oz, Pz , e Cz. </li><li> Sedile il soggetto in una comoda poltrona 60 centimetri di fronte a un monitor stimolo. Istruire il soggetto di tenere gli occhi / nello stesso livello orizzontale con il centro del monitor. </li><li> Collegare i fili degli elettrodi al sistema di acquisizione dati EEG. Configurare la frequenza di campionamento di 1 kHz. </li><li> Esaminare la qualità del segnale EEG sulla DPC dedicato. Se c&#39;è un problema con un elettrodo particolare, gel ri-iniezione per regolare l&#39;impedenza del canale. </li><li> Utilizzare l&#39;SPC dedicato a tremolare quattro immagini di robot a frequenze di 4.615, 12, 15 e 20Hz come stimoli visivi sull&#39;interfaccia utente come illustrato nella Figura 2. </li></ol> 2. Analizzare Offline SSVEP Caratteristiche <ol><li> Condurre 32 prove di esperimenti formativi in ​​linea per ogni soggetto e registrare i loro segnali cerebrali acquisiti dal sistema di EEG nel corso di questo processo. NOTA: questo processo è condotta solo da soggetti per la prima volta di questo esperimento per stabilire le loro funzionalità vettori SSVEP e per addestrare il classificatore. </li><li> Quando un processo viene avviato, selezionare uno stimolo come destinazione casuale e visualizzare una freccia gialla sopra. </li><li> 1 sec dopo, sfarfallio i quattro stimoli visivi a frequenze diverse sull&#39;interfaccia utente per 5 sec. </li><li> Richiedere al soggetto di concentrarsi sul bersaglio selezionato stimolo, mantenendo la sua / suo movimento del corpo al minimo. </li><li> Dopo ogni prova, dare il soggetto 3 secondi per rilassarsi, e quindi avviare la prova successiva. </li><li> Quando tutte le prove sono finite, leggere i dati salvati. Estrarre un data un&#39;epoca 3 sec essere<html> tween 2 sec e 5 secondi dopo il trigger che seleziona uno stimolo come destinazione in ogni prova. </li><li> Calcolare la densità di spettro di potenza (PSD) delle epoche di dati utilizzando la Offline Data Analyzer negli script MATLAB. Utilizzare l&#39;algoritmo di elaborazione descritto in dettaglio di seguito: <ol><li> Calcolare le analisi della correlazione canonica (CCA) coefficienti dei dati multicanale EEG con dati di riferimento. CCA è un metodo statistico multivariato utilizzato per due serie di dati per trovare la loro correlazione di base 13. Considerando il segmento 3s di dati multicanale EEG X e dati di riferimento Y della stessa lunghezza, utilizzare CCA per trovare i vettori peso W x e W y, per massimizzare il coefficiente di correlazione ρ tra x = X T W x ed y = Y T W a. Impostare i dati di riferimento per essere i segnali periodici a certe frequenze di stimolo. /ftp_upload/53558/53558eq1.jpg &quot;/&gt; dove f 1, f 2, f 3, f 4 sono le frequenze caratteristica delle quattro stimoli visivi. </li><li> Spazialmente filtrare i dati multicanale EEG X utilizzando i coefficienti calcolati CCA W x avere un monodimensionale filtrati x di dati, che ha la correlazione più importante con la combinazione lineare dei dati di riferimento. </li><li> Calcolare il PSD dei dati x spazialmente filtrati utilizzando Fast Fourier Transform (FFT). <img alt="Equazione 2" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq2.jpg" /> dove N è la dimensione FFT campione di dati x, e FFT (x, N FFT) restituisce il N FFT -point trasformata discreta di Fourier di x. </li><li> Normalizzare il PSD rispetto al suo valore medio tra 3 e 30 Hz. <img alt="Equazione 3" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3.jpg" /> dove60; <img alt="Equazione 3 Denominatore" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3denominator.jpg" /> denota la media dello spettro di potenza tra 3 e 30Hz. </li></ol></li><li> Calibrare i parametri di classificazione per le quattro frequenze di stimolo. In primo luogo, osserva lo spettro PSD normalizzato che corrisponde al suo obiettivo di stimolo, e configurare manualmente la frequenza con la più forte di ampiezza PSD come la frequenza caratteristica. In base alla frequenza caratteristica, dividere i dati PSD normalizzati in due gruppi: uno è acquisito quando lo stimolo corrispondente viene selezionato come bersaglio, e l&#39;altro è acquisito quando si selezionano gli stimoli non bersaglio. Calcolare il valore medio di ciascun set rispettivamente. Determinare la soglia per la mediana dei due valori medi per classificare il bersaglio e non-bersaglio set 14. </li></ol> 3. Il trattamento in linea segnali del cervello <ol><li> Aprire il processore di segnale digitale, come mostrato in figura 3, che si sviluppa based sull&#39;ambiente OpenViBE e gli script MATLAB, il DPC per i segnali cerebrali di elaborazione on-line. </li><li> Fare doppio clic sulla casella del segnale acquisire e trattare, contrassegnato con un ciclo di rosso nella figura 3, per aprire la finestra di impostazione OpenViBE. Configurare i parametri di classificazione per il soggetto:. Impostare la frequenza di campionamento 1 kHz, impostare l&#39;intervallo di tempo per FFT come 3 secondi, e impostare le frequenze funzione in base ai risultati delle analisi non in linea, ad esempio, 4.667, 24, 15 e 20 Hz . </li><li> Fare clic sul pulsante Avvia per eseguire il processore di segnale digitale, che elabora i dati in tempo reale utilizzando il seguente algoritmo in tre fasi. </li><li> In primo luogo, l&#39;algoritmo acquisisce dati EEG dai canali Oz, O1, O2, Pz e CPZ del sistema EEG ogni 0.5s, ed estrae il segmento di dati degli ultimi 3 secondi per l&#39;elaborazione on-line. </li><li> In secondo luogo, l&#39;algoritmo elabora il segmento di dati 3-sec utilizzando gli algoritmi descritti al punto 2.7, e calcola il tempo reale PSD per classifizione. </li><li> In terzo luogo, l&#39;algoritmo classifica le onde cerebrali secondo le ampiezze PSD a quattro frequenze funzionalità. Quando l&#39;ampiezza di una frequenza caratteristica supera una certa soglia, classificare lo stimolo tremolante alla corrispondente frequenza come destinazione SSVEP. </li></ol> 4. Collegamento del Humanoid Robot <ol><li> Premere il pulsante di petto del robot umanoide e attendere che venga avviato. NOTA: questo processo richiede circa 1 minuto ed è completata quando il robot dice &quot;OGNAK GNOUK&quot;, mentre il suo pulsante Petto diventa bianca. </li><li> Stabilire la connessione Wireless Fidelity (WiFi) alla DPC 15. </li><li> Aprire il controllo del robot programmato in Visual C ++ script sul DPC. Il controller riceve i risultati della classificazione del Signal Processor online tramite l&#39;interfaccia di realtà virtuale periferica di rete (VRPN), li traduce in comandi robot, e controlla le corrispondenti comportamenti del humanoid robot tramite connessione wireless. </li><li> Configurare il controllo robot inserendo l&#39;indirizzo IP del robot in base alla sua connessione WiFi, definendo tre serie di comportamenti del robot che possono essere facilmente attivato per eseguire le tre compiti diversi, e l&#39;impostazione dei parametri di esecuzione di questi comportamenti (ad es., Velocità di marcia o distanza) per adattare il requisito di attività. NOTA: più dettagli di questi comportamenti sono descritte nei passaggi 5.2.1, 5.3.1, 5.4.1 e. </li><li> Fare clic sul pulsante di generatori della piattaforma Visual Studio per eseguire il controllo del robot. </li><li> Aprire il programma chorégraphe sulla SPC. Fare clic su &quot;Connetti a&quot; tasto per fare apparire un widget Connection. Selezionare il robot da controllare in base al suo indirizzo IP, e fare doppio clic sulla sua icona per connettersi ad esso. </li><li> Aprire il monitor video dal menu Visualizza nella barra dei menu chorégraphe, e spostare il monitor verso la parte anteriore dell&#39;interfaccia utente per visualizzare un feedback video in diretta dalla telecamera del robot. </li></ol> &lt;p class = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Condurre esperimenti di controllo a circuito chiuso <ol><li> Richiedere al soggetto di eseguire tre compiti di controllo ad anello chiuso specifici all&#39;interno di ambienti differenti per valutare le prestazioni interazione cervello-robot. NOTA: questi compiti, che sono importanti nelle applicazioni robotiche, perché sono utili per aiutare i disabili e gli anziani nella loro vita quotidiana, necessario attivare diversi comportamenti del robot. </li><li> Condurre il primo compito di controllo a circuito chiuso alla telepresenza controllare il robot umanoide con i segnali del cervello per camminare tra ostacoli e spingere un interruttore della luce per accendere la luce, come mostrato in Figura 4. <ol><li> Per realizzare il primo compito, controllare i comportamenti del robot che sono codificati dalle quattro stimoli SSVEP come: un passo in avanti con una distanza fissa di 0,15 m, girando a sinistra con un radiante fisso di 0,3 rad, svoltando a destra con un radiante fisso di 0,3 rad, e premendo l&#39;interruttore con la sua mano destra. NOTA: il configurazioniprocesso ne è descritta nel passo 4.4. </li><li> Inform oggetto dell&#39;obiettivo compito e le quattro comportamenti da controllare. </li><li> Eseguire il controller del robot come nei passaggi 4.5-4.7, e avviare l&#39;esperimento. Dare al soggetto la libertà di percepire l&#39;ambiente e prendere decisioni in base al feedback video dal vivo, e per attivare i comportamenti del robot da fissare stimoli corrispondenti. NOTA: nessuna istruzione o di aiuto dovrebbe essere data al soggetto se non in situazioni di emergenza, ad esempio, il robot è in procinto di entrare in collisione con un ostacolo.. </li></ol></li><li> Condurre il secondo compito di telepresenza controllare il robot umanoide con i segnali del cervello a camminare verso la scala seguendo il segnale di uscita, come mostrato nella Figura 5. Quando affrontare i passanti, chiedere al soggetto di controllare il robot di dire &quot;mi scusi&quot; e attendere che il i passanti a cedere il passo. <ol><li> Controllare i comportamenti del robot codificate dai quattro stimoli SSVEP come: camminare avanti continuously a una velocità di 0,05 m / sec, girando a sinistra in continuo ad una velocità di 0,1 rad / sec, girando a destra continuo ad una velocità di 0,1 rad / sec, e fermando tutti i comportamenti piedi. </li><li> Accendere il controller del robot alla funzione di controllo della postura dipendente 16. NOTA: quando il robot sta camminando, questa funzione utilizza la quarta di stimolo del comando di fermare i comportamenti a piedi; quando il robot non cammina, usa il quarto stimolo a controllare il robot di dire &quot;mi scusi&quot;. La funzione è implementata in C ++ script rilevando lo stato del robot a piedi. </li><li> Inform oggetto dell&#39;obiettivo compito e cinque comportamenti da controllare. </li><li> Eseguire il controllo del robot e iniziare l&#39;esperimento, come descritto al punto 5.2.3. </li></ol></li><li> Condurre il terzo compito di telepresenza controllare il robot umanoide a camminare verso un obiettivo mongolfiera, per raccoglierlo, e di consegnarlo a mano del soggetto, come mostrato in figura 6. <ol><li> Controllare i comportamenti del robot codificate dai quattro stimoli SSVEP esempio: un passo in avanti con una distanza fissa di 0,15 m, girando a sinistra con un radiante fisso di 0,3 rad, svoltando a destra con un radiante fisso di 0,3 rad, e raccogliere oggetti. </li><li> Attivare la funzione di controllo della postura-dipendente il controller del robot di riutilizzare il quarto di stimolo del comando di mettere giù l&#39;oggetto quando è già stato preso. </li><li> Inform oggetto dell&#39;obiettivo compito e cinque comportamenti da controllare. </li><li> Eseguire il controllo del robot e iniziare l&#39;esperimento, come descritto al punto 5.2.3. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Questo articolo presenta una procedura sperimentale basato SSVEP a stabilire il sistema di interazione cervello-robot con robot umanoidi, integrando software multipli. Poiché intento umano è percepito interpretando segnali EEG in tempo reale, è fondamentale per verificare le connessioni degli elettrodi e le qualità del segnale EEG prima di condurre l&#39;esperimento. Se i segnali acquisiti da tutti gli elettrodi sono di qualità scarsa, è necessario controllare il collegamento degli elettrodi di massa e di riferime...

Brain-Robot Interaction (BRI), che fornisce un innovativo percorso di comunicazione tra l&#39;uomo e un dispositivo robotico tramite segnali del cervello, è potenziale per aiutare i disabili nella loro vita quotidiana 1,2. Una varietà di metodi sono in grado di acquisire i segnali del cervello sia invasivo o non invasivo, come ad esempio elettrocorticografia (ECoG), elettroencefalogramma (EEG), la risonanza magnetica funzionale (fMRI), etc. Il metodo non invasivo più comunemente usato per la costruzione del Sistema BRI è di acquisire segnali EEG da elettrodi posti sul cuoio capelluto. Questo metodo è poco costoso, facile da usare, e fornisce una risoluzione temporale accettabile 3. Tra una varietà di dispositivi robotici, robot umanoidi sono avanzati in quanto sono creati per imitare alcune delle stesse attività fisiche e mentali che gli esseri umani subiscono quotidianamente. BRI con un robot umanoide svolgerà un ruolo importante nell&#39;assistere i malati e gli anziani, oltre a svolgere i lavori insalubri o pericolosi. Ma il controllodi un robot umanoide attraverso il sistema BRI è molto impegnativo, come il robot umanoide con il movimento di tutto il corpo è stato sviluppato per eseguire attività complesse, come l&#39;assistenza personale 4, 5. In condizioni di regime visiva Potenziali Evocati (SSVEP) è un tipo di segnale cerebrale evocata dalla modulazione di stimolo visivo ad una determinata frequenza 6. Esso contiene sinusoidi alle frequenze fondamentali ed armoniche dello stimolo sfarfallio e prominente appare in tutta la corteccia visiva nella regione occipitale del cuoio capelluto 7. La ragione della scelta dei segnali SSVEP è che il sistema BRI-based SSVEP rendimenti relativamente alto tasso di trasferimento dati e richiede meno formazione 8. Altri tipi di onde cerebrali, come potenziali evento-correlati (ERP) 9 o al motore-imagery (MI) Potenziali 10, possono anche essere incorporati in questa procedura sperimentale. La nostra procedura per l&#39;interazione cervello-robot con umanoiderobot si basa su Cerebot - una piattaforma robot umanoide mente controllata - costituita da un sistema di acquisizione dati EEG e un robot umanoide 11. Il sistema EEG è in grado di registrare, visualizzare segnali bio-potenziale acquisite da vari tipi di elettrodi pre-processo e. Esso fornisce analogico multiplo I / O e I / O digitali ed è in grado di registrare fino a 128 canali di segnali simultaneamente a una frequenza di campionamento di 30 kHz con una risoluzione di 16-bit. I suoi kit di sviluppo software in C ++ e MATLAB sono facile per gli utenti di progettare procedure sperimentali. Il robot umanoide ha 25 gradi di libertà ed è dotato di sensori multipli, tra cui 2 fotocamere, 4 microfoni, 2 telemetri sonar, 2 emettitori IR e ricevitori, 1 scheda di inerzia, 9 sensori tattili, e 8 sensori di pressione. Esso fornisce chorégraphe e C ++ SDK per la creazione e la modifica di movimenti e comportamenti del robot interattivi. L&#39;obiettivo generale di questo metodo è quello di stabilire un proce sperimentale basato SSVEP-Dure integrando più programmi software, come OpenViBE, Choregraph, software centrale così come programmi utente sviluppati scritti in C ++ e MATLAB, per consentire lo studio delle interazioni cervello-robot con robot umanoidi 11. figura 1 mostra la struttura del sistema. Il computer presentazione dello stimolo dedicato (SPC) visualizza l&#39;interfaccia utente di fornire al soggetto con stimoli visivi, istruzioni e feedback ambientali. Il computer di elaborazione dati dedicato (DPC) gestisce il Data Recorder e non in linea Data Analyzer nel processo di formazione non in linea, e gestisce il Signal Processor in linea e il controllore del robot per il controllo on-line del robot umanoide. Rispetto ad altri sistemi di controllo basati SSVEP-, il nostro sistema è più affidabile, più flessibili, e soprattutto più conveniente per essere riutilizzato e aggiornato mentre viene sviluppata integrando un numero di pacchetti software standardizzati, come OpenViBE, Choregraph, software centrale, e I moduli scritti in C ++e MATLAB. La seguente procedura è stato esaminato e approvato dal Tianjin University Medical policlinico comitato etico, e tutti i soggetti ha dato consenso scritto.

<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.

I risultati presentati sono stati ottenuti da un soggetto di sesso maschile che hanno corretto-per-versione normale. La figura 7 mostra la procedura di elaborazione dati EEG, tra cui l&#39;estrazione di un&#39;epoca di dati multicanale (Figura 7A), spazialmente filtrando i dati utilizzando coefficienti CCA (Figura 7B) , e calcolando il PSD normalizzato (figura 7C). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page...

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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-based Procedura sperimentale per Brain-Robot Interaction con Humanoid Robots

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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13.0K Views.  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.

Procedura sperimentale per filatura caldo dei componenti in alluminio pressofuso

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

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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.

Metodi sperimentali per intrappolare gli ioni utilizzando microfabbricati trappole ioniche in superficie

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.

Metodi sperimentali per la spettroscopia di fotoemissione risolta di Spin e angolo combinato con polarizzazione-variabile 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.

Procedura sperimentale per studi di laboratorio di In Situ di masterizzazione: infiammabilità ed efficienza di combustione del petrolio greggio

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.

Calcolo teorico e verifica sperimentale per la riduzione della dislocazione in strati epitassiali di germanio con vuoti semicilindrici su silicio

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.

Procedura per il trasferimento di pellicole polimeriche su substrati porous con difetti ridotti al minimo

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.

Produzione rapida di attuatori e robot pneumatici sottili e morbidi

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.

Misurazione delle forme in modalità Chladni con un metodo a leva ottica

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.

Consegna automatizzata di bersagli microfabbricati per intensi esperimenti di irradiazione 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.

Trattamento di superfici con plasma a pressione atmosferica fredda utilizzando il COST-Jet

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