著者は、本論文で報告された実験を行う際に、彼の支援のために氏ホン胡に感謝の意を表したいと思います。この作品は、中国の国家自然科学基金（番号61473207）によって部分的にサポートされていました。

1.脳波信号を取得<ol><li>被験者に実験手順を説明し、実験に参加するために書面によるインフォームドコンセントを得ます。 </li><li>巻尺を使用して、被験者の頭部の円周を測定し、測定値に近いEEGキャップサイズを選択します。電極の配置は、「国際10-20システム」12に基づいています。 </li><li>ナジオンとイニオン間の距離を測定します。キャップを整列させるための基準となる距離の10％をマークするために、皮膚マーカー鉛筆を使用し、被験者の頭皮上の頂点との距離の中間点をマーク。 </li><li> FP1とFP2電極の中間点で10％のマークを整列させることにより被写体にEEGキャップを配置します。頂点上のキャップの位置電極のCz。 </li><li> Fzは、Czに、Pzのとオズは頭の正中線上にあることを確認し、正中線の両側に配置された電極の各ペアは、水平線になっていること。 </li><li>導電性ゲルとREF1とREF2の電極をスミア。医療用テープを使用して、左右mastoidsの参照電極を配置します。ヒゲを締めます。 </li><li>電極ホルダーに鈍先端に付いた注射器を置き、次の順序で各電極に導電性ゲルを注入：額の最初の、「接地」電極と第二、実験で使用した5つの電極、O2、O1、オズ、装甲、及びCzに。 </li><li>刺激モニターの前で快適な椅子60センチメートルに件名を固定します。モニターの中心と同じ水平レベルに彼/彼女の目を保つために、被験者に指示します。 </li><li> EEGデータ収集システムに電極配線を接続します。 1 kHzにサンプリングレートを設定します。 </li><li>専用DPCのEEG信号の品質を確認します。チャネルのインピーダンスを調整するために、特定の電極に問題がある場合、再注入するゲル。 </li><li> 4.615、12、15と20の周波数で4ロボットの画像を点滅さ専用のSPCを使用して、図2に示すように、ユーザインタフェース上の視覚刺激としてヘルツ。 </li></ol> 2.オフラインの分析SSVEP特長<ol><li>各被験者のためにオフライン訓練実験の32試験を実施し、このプロセスを通じてEEGシステムから取得し、それらの脳信号を記録します。 注：このプロセスは、そのSSVEP特徴ベクトルを確立し、分類器を訓練するために実験を初めて被験者によって行われます。 </li><li>裁判が開始されると、ランダムターゲットとしてつの刺激を選択し、その上に黄色の矢印が表示されます。 </li><li> 1秒後に、5秒のためのユーザインタフェース上の異なる周波数で4視覚刺激をちらつきます。 </li><li>最小限に彼/彼女の体の動きを維持しながら、選択刺激ターゲットに焦点を当てる対象を要求します。 </li><li>各試験の後、リラックスしてから、次の試行を開始するために、被験者に3秒を与えます。 </li><li>すべての試験が終了すると、保存されたデータを読み取ります。 3秒のデータエポックを抽出<html>トゥイーン2秒であり、各試行でターゲットとして刺激を選択し、トリガ後5秒。 </li><li> MATLABスクリプトでオフラインデータアナライザを使用して、データエポックのパワースペクトル密度（PSD）を算出します。以下に詳細に説明した処理アルゴリズムを使用します。 <ol><li>基準データと多チャンネルEEGデータの正準相関分析（CCA）の係数を計算します。 CCAはその基礎となる相関関係13を見つけるために、2つのデータセットに使用する多変量統計的手法です。マルチチャンネルEEGデータXと参照データと同じ長さのYの3Sセグメントを考慮すると、X = XのT Wを XおよびY = Y Tとの間のρ相関係数を最大にするために、重みベクトル、W、XおよびW yを見つけるためにCCAを使用してY、W。特定の刺激周波数で周期信号となる基準データを設定します。 /ftp_upload/53558/53558eq1.jpg &quot;/&gt; ここで、f 1、F 2、F 3、4は、4つの視覚刺激の特徴周波数であるfを 。 </li><li>空間参照データの線形結合との最も顕著な相関を持っている一次元フィルタリングされたデータxを得るために計算されたCCA係数をW Xを用いてマルチチャンネルEEGデータXをフィルタリングします 。 </li><li>高速フーリエ変換（FFT）を使用して空間的にフィルタリングされたデータxのPSDを計算します。 <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq2.jpg" /> N FFTサンプルデータ xのサイズ、及びFFTである場合（xは、N FFT）は、N FFT -点離散フーリエ変換Xを返します。 </li><li> 3と30 Hzの間でその平均値に対するPSDを正規化。 <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3.jpg" /> どこ60; <img alt="式3分母" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3denominator.jpg" /> 3と30Hzの間のパワースペクトルの平均を表します。 </li></ol></li><li> 4刺激周波数に対する分類パラメータを調整します。まず、その刺激ターゲットに対応する正規化されたPSDスペクトルを観測し、手動で特徴周波数として最強のPSD振幅と周波数を設定します。特徴周波数に基づいて、2つのセットに正規化されたPSDデータを分割：つの対応する刺激が対象として選択されたときに取得され、非標的刺激が選択されているときに、他を取得します。それぞれ設定された各平均値を計算します。対象を分類するために、2つの平均値の中央値によって閾値を決定し、非標的は14を設定します 。 </li></ol> 3.オンライン処理の脳信号<ol><li> 図3に示すように、オンライン・シグナル・プロセッサを開き、Bを開発していますオンライン処理の脳信号のためのDPCに、OpenViBE環境とMATLABスクリプトにASED。 </li><li>ダブルOpenViBE設定画面を開くには、 図3の赤のサイクルでマークされて取得し、プロセスシグナル・ボックスをクリックします。対象の分類パラメータを設定します、1 kHzのようサンプリングレートを設定する3秒として、FFTのための時間の長さを設定し、 例えば 、オフライン分析の結果に係る特徴周波数を設定し、4.667、24、15、20ヘルツ。 。 </li><li> 3つのステップで、次のアルゴリズムを使用してリアルタイムデータを処理するオンライン・シグナル・プロセッサを、実行を開始]ボタンをクリックします。 </li><li>まず、アルゴリズムはチャンネルオズ、O1、O2、装甲およびEEGシステムごとに0.5秒のにCPzからEEGデータを取得し、オンライン処理のための最後の3Sのデータセグメントを抽出します。 </li><li>第二に、このアルゴリズムは、ステップ2.7に記載されたアルゴリズムを使用して、3秒のデータセグメントを処理し、classificaのリアルタイムPSDを計算しまする。 </li><li>第三に、このアルゴリズムは、4つの特徴周波数でPSD振幅に応じて脳波パターンを分類します。 1つの特徴周波数の振幅が所定の閾値を超えるときに、SSVEP対象として、対応する周波数で点滅刺激を分類します。 </li></ol> 4.ヒューマノイドロボットの接続<ol><li>ヒューマノイドロボットの胸のボタンを押して、それが起動するのを待ちます。 注：このプロセスは約1分かかり、その胸のボタンが白になっている間、ロボットは「OGNAK GNOUK」と言うときに完了します。 </li><li> DPC 15へのワイヤレスフィデリティ（無線LAN）接続を確立します。 </li><li> DPC上のVisual C ++のスクリプトでプログラムロボットコントローラを開きます。コントローラは、ロボットコマンドに変換し、バーチャル・リアリティ周辺ネットワーク（VRPN）インタフェースを介してオンライン・シグナル・プロセッサからの分類結果を受けて、humanoiの対応行動を制御無線接続を介してDロボット。 </li><li> 、、そのWiFi接続に係るロボットのIPアドレスを入力する簡単三つの異なるタスクを実行するために切り替えることができ、ロボットの動作の三組を定義し、これらの行動（例えば、の実行パラメータを設定することにより、ロボットコントローラの設定速度を歩きますまたはタスクの要件に適合するように距離）。 注：これらの動作の詳細については、手順5.2.1、5.3.1、および5.4.1に記載されています。 </li><li>ロボットコントローラを実行するために、Visual Studioのプラットフォームのビルド]ボタンをクリックします。 </li><li> SPCのChoregrapheプログラムを開きます。接続のウィジェットをポップアップするボタン」への接続」をクリックします。そのIPアドレスに応じて制御するロボットを選択し、それに接続するために、そのアイコンをダブルクリックします。 </li><li> Choregrapheメニューバーの[表示]メニューから、[ビデオモニタを開き、ロボットのカメラからのライブ映像フィードバックを表示するには、ユーザー・インタフェースの前にモニターを移動します。 </li></ol> &lt;Pクラス= &quot;jove_title&quot;&gt; 5。閉ループ制御の実験を行います<ol><li>脳ロボットの相互作用の性能を評価するために、異なる環境内で3つの特定の閉ループ制御タスクを実行するための被写体を求めます。 注：彼らは日常生活の中で障害者や高齢者を支援するのに役立つため、ロボットの用途において重要であるこれらのタスクは、別のロボットの動作を有効にする必要があります。 </li><li> 図4に示すように、障害物の中を歩くと、光をオンにする光スイッチをプッシュするために、脳の信号を介して人型ロボットを制御するテレプレゼンスするために、第1の閉ループ制御タスクを実施します。 <ol><li> 、0.15メートルの固定距離で前方にステップ0.3ラジアンの一定のラジアンで左折、0.3ラジアンの一定のラジアンで右折：最初のタスクを達成するために、ように、4つのSSVEPの刺激によってコードされているロボットの動作を制御しますその右手を使用してスイッチを押します。 注：configura化プロセスは、ステップ4.4に記載されています。 </li><li>タスクの目的及び制御することが4行動の対象を通知します。 </li><li>ステップ4.5から4.7のようにロボットコントローラを実行し、実験を開始します。環境を知覚し、ライブビデオのフィードバックに基づいて意思決定を行い、対応する刺激を見つめてロボットの動作をアクティブにするために、被験者に自由を与えます。 。注：緊急事態で 、例えば、ロボットが障害物に衝突しようとしない限り指示やヘルプが被験者に与えられるべきではありません。 </li></ol></li><li>通行人に直面すると、図5に示すように、出口標識、次の階段に向かって歩いて脳の信号を介して人型ロボットを制御するテレプレゼンスする2番目のタスクを実施します。、言う「恐縮です」と待つために、ロボットを制御するために、被験者に依頼通行人方法を提供します。 <ol><li>前方歩行continuousl：として4 SSVEP刺激によってコードロボットの動作を制御します0.05メートル/秒の速度でYは、0.1ラジアン/秒の速度で右連続回し、すべての歩行動作を停止し、0.1ラジアン/秒の速度で連続的に左折します。 </li><li>姿勢依存制御機能16にロボットコントローラを切り替えます。 注：ロボットが歩行しているときに、この関数は歩行動作を停止させるコマンドとして第四刺激を使用しています。ロボットが歩いていないとき、それは「恐縮です」と言ってロボットを制御するための第四刺激を使用しています。機能は、ロボットの歩行状態を検出することにより、C ++スクリプトで実行されます。 </li><li>制御されるべきタスクの目的と5行動の対象を通知します。 </li><li>ステップ5.2.3で説明したように、ロボットコントローラを実行して、実験を開始します。 </li></ol></li><li> 図6に示すように、それを拾うために、被験者の手にそれを提供するために、バルーンの目標に向かって歩いてヒューマノイドロボットを制御するためのテレプレゼンス第三作業を実施。 <ol><li> 、0.15メートルの固定距離で前方にステップ0.3ラジアンの一定のラジアンで左折、0.3ラジアンの一定のラジアンで右旋回し、オブジェクトを拾う：として4 SSVEP刺激によってコードロボットの動作を制御します。 </li><li>それは既にピックアップされたときに、オブジェクトを下に置くのコマンドとして第四刺激を再利用するロボットコントローラ内の姿勢に依存する制御機能を有効にします。 </li><li>制御されるべきタスクの目的と5行動の対象を通知します。 </li><li>ステップ5.2.3で説明したように、ロボットコントローラを実行して、実験を開始します。 </li></ol></li></ol>

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G., Aarts, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+of+stimulation+methods+used+in+SSVEP-based+BCIs.">A survey of stimulation methods used in SSVEP-based BCIs.</a> Comput Intell Neurosci. 2010, 1-12 (2010).</li><li>Muller-Putz, G. R., Scherer, R., Brauneis, C., Pfurtscheller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steady-state+visual+evoked+potential+(SSVEP)-based+communication:+impact+of+harmonic+frequency+components.">Steady-state visual evoked potential (SSVEP)-based communication: impact of harmonic frequency components.</a> J Neural Eng. 2, 123-130 (2005).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

本論文では、複数のソフトウェアを統合することにより、ヒューマノイドロボットと脳とロボットのインタラクションシステムを確立するために、SSVEPベースの実験手順を提示します。人間の目的は、リアルタイムEEG信号を解釈することによって知覚されるので、実験を行う前に、電極接続及びEEG信号の品質を確認することが重要です。すべての電極から得られる信号は、悪い品質である場?...

脳の信号を介して人間とロボット装置との間に革新的な通信経路を提供する脳とロボットのインタラクション（BRI）は、日常生活の中で1,2無効を助けることに前向きです。種々の方法は、構築するための最も一般的に使用される非侵襲的方法など皮質脳波記録（ECOG）、脳波計（EEG）、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などのいずれかの侵襲的または非侵襲的脳信号を取得することが可能ですBRIシステムは頭皮上に配置された電極からのEEG信号を取得することです。この方法は、安価で使いやすい、および許容可能な時間分解能3を提供します。彼らは人間が毎日受けて、同じ物理的および精神的なタスクの一部を模倣するために作成されるロボット装置の様々な中で、ヒューマノイドロボットが進んでいます。ヒューマノイドロボットを使用したBRIは、病人や高齢者を支援するだけでなく、不衛生や危険な仕事を行う上で重要な役割を果たします。しかし、制御BRIシステムによるヒューマノイドロボットの全身運動とのヒューマノイドロボットは、このような個人の支援4、5のような複雑なタスクを実行するために開発されているように、非常に困難です。 定常視覚誘発電位（SSVEP）は、所定の周波数6で視覚刺激の変調によって誘発される脳の信号の種類です。これはちらつき刺激の基本と高調波の周波数で正弦波が含まれていて、目立つ頭皮7の後頭部にある視覚野全体に表示されます。 SSVEP信号を選択する理由は、SSVEPベースBRIシステムは、比較的高い情報転送速度が得られ、より少ない訓練8を必要とすることです 。そのような事象関連電位（ERP）9またはモータ像（MI）10を電位として脳波の他のタイプもまた、この実験手順に埋め込 ​​むことができます。 ヒューマノイドと脳とロボットの相互作用のための私たちの手順心制御ヒューマノイドロボットプラットフォーム- - EEGデータ収集システムと人型ロボット11からなるロボットはCerebotに基づいています。 EEGシステムは、電極の種々のタイプにより取得された、前処理および表示生体電位信号を記録することができます。これは、複数のアナログI / OとデジタルI / Oを提供し、16ビットの分解能では30kHzのサンプリングレートで同時に128の信号チャンネルを記録することができます。 C ++とMATLABでそのソフトウェア開発キットは、実験手順を設計するユーザーのために簡単です。ヒューマノイドロボットは自由の25度を持っており、2台のカメラ、4マイク、2ソナー距離計、2 IRエミッターと受信機、1慣性ボード、9触覚センサ、および8の圧力センサを含む複数のセンサを備えています。これは、動きや対話型ロボットの動作を作成および編集するためのChoregrapheおよびC ++ SDKを提供します。 この方法の全体的な目標は、SSVEPベースの実験的なproceを確立することですdureヒューマノイドロボット11と脳とロボットの相互作用の研究を可能にするために、このようなOpenViBE、Choregraph、中央ソフトウェアなどの複数のソフトウェアプログラムと同様に、C ++とMATLABで記述されたユーザー開発したプログラムを統合することもできます。1は、システム構成を示します。専用の刺激提示コンピュータ（SPC）は、視覚刺激、指示や環境フィードバックを対象に提供するために、ユーザーインターフェイスが表示されます。専用のデータ処理用コンピュータ（DPC）は、オフライン訓練過程でデータレコーダとオフラインデータアナライザを実行し、オンライン・シグナル・プロセッサとヒューマノイドロボットのオンライン制御するロボット制御装置を実行します。他のSSVEPベースの制御システムと比較して、我々のシステムは、より信頼性の高い、より柔軟で、それはそのようなOpenViBE、Choregraph、中央ソフトウェアとして、標準化されたソフトウェア・パッケージの数を統合することによって開発されたとして再利用し、アップグレードするために、特に、より便利で、モジュールは、C ++で書かれましたMATLAB。 次の手順を見直し、天津医科大学総合病院の倫理委員会によって承認され、すべての被験者は、書面による同意を得ました。

<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.

ここに示された結果を修正対正常なバージョンを有する男性患者から得た。 図7は、空間的にCCA係数（ 図7B）を用いてデータをフィルタリング、マルチチャンネルデータのエポック（ 図7A）を抽出するなどのEEGデータを処理する手順を示しています正規化されたPSD（ 図7C）を算出します 。 <p class="jove_content" fo:keep-t...

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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.

ヒューマノイドロボットと脳とロボットのインタラクションのための実験手順をSSVEPベース

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 ビュー.  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.

キャストアルミ部品の暖かいスピニングのための実験手順

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

工学

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.

微細加工を用いたイオンを捕集する実験方法表面イオン トラップ

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.

偏波可変レーザーと組み合わせてスピン角度分解光電子分光の実験法

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.

その場で燃焼の実験的研究のための実験: 燃焼と原油の燃焼効率

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.

シリコン上に半円筒空隙を有するゲルマニウムエピタキシャル層の転位低減に関する理論計算と実験的検証

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.

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

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.

薄型軟空アクチュエータ・ロボットの迅速な製造

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.

光レバー法によるクラドニモード形状の測定

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.

激しいレーザー照射実験のためのマイクロ加工対象の自動送達

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.

コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

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