著者は何の確認応答がありません。

ガルバノミラーのためのゲインデータの1.取得<ol><li>振動させながらダメージから保護するために安定化されるように、ガルバノミラーを固定してください。ガルバノミラー、だけでなく、ガルバノミラーのボディだけでなく、ガルバノミラーのための円形の穴でカスタムメイドの金属治具を用いて所定の位置に固定されていない場合は、移動します。光搬送波と光ベンチ上に治具を固定します。 </li><li>ガルバノミラーのサーボドライバに入力し、位置ソケットに端子台を介してAD / DAボードからBNCケーブルを接続します。 </li><li> 図3に示すように、任意の周波数、振幅、及び持続時間を設定することができるC ++、とAD / DAボードのSDKを使用して、グラフィカル・ユーザ・インタフェース（GUI）のようなプログラム正弦波関数発生器。 注：このカスタマイズされたファンクション・ジェネレータは、試験は何回も行っているので、ステップ1.5での連続試験のための一時的なコストをカットに貢献しています。 </li<html> &gt; <li> 100ヘルツから100ヘルツの間隔で500ヘルツまで変化する周波数を設定し、GUIで10 mVの間隔で10ミリボルトから500ミリボルトまで変化する振幅を設定します。全体として、250個の組み合わせが存在します。 250個の組み合わせをテストするために、二重ループを実装するために効率的です。最初のループは50回実施された500ヘルツ、100ヘルツからの周波数のためのものです。第二のループは50回実施される500 mVの、10ミリボルトから振幅のためです。 </li><li> GUIにおける期間として2,000サンプリングするAD / DAボードに正弦波経路信号を加えます。同時にAD / DAボードのアナログ値を読み出すためにガルバノミラーの位置信号を記録します。 C ++では書き込みのため同じスレッドを使用し、AD / DAボードのライブラリを使用して、コーディングやプログラミングで読んで。この式で、ガルバノミラーθ（書き込み情報）の現在の角度を計算します <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq2.jpg" /> ここで、tは時間です、ES / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpgは」/&gt;ƒは周波数、振幅です。 </li><li> .csvファイルとして位置信号データを保存し、そのファイル名に周波数及び振幅の値を含みます。 </li><li> 250回の反復のために1.6 - を繰り返して、1.4を繰り返します。 </li></ol> 2.計算はプリエンファシス係数を取得します<ol><li>ノイズの影響を避けるために、CSVファイル（記録信号）のためのメディアンフィルタを適用します。メディアンフィルタの空間的な大きさは5です。 </li><li> （グラフは正弦波経路のデータを示す）、図4に示すように、CSVファイルのそれぞれについて、MATLABを使用して、（2乗じた振幅に対応する）は、ピーク・ツー・ピーク値を計算するためにスクリプトを実行します。 </li><li>各周波数での直線性を決定するために、グラフ上のピーク・ツー・ピークのデータをプロットし、プロットが非線形である場合、図5に示すように、入力振幅の使用領域を制限します。 注：グラフの非線形部分は彩度を表しますPID制御;したがって、制御の仕様の制限を確保するためにそれらを使用して回避することが望ましいです。 </li><li>各周波数の線形補間係数を得るために、スプレッドシート内のピーク・ツー・ピークデータの線形回帰を実行します。このプロセスでは、傾き及び切片の5組が得られます。これらはそれぞれ100Hzで500ヘルツ、100ヘルツの周波数に対応します。 300ヘルツの直線の近似は、図5（A）に表示され、各周波数の線形補間係数を表1に示します。 </li><li>二次多重線形回帰を用いて、各周波数の線形補間係数のためにスプレッドシートの四次補間係数（プリエンファシス係数）を得るために四次補間を実行します。プリエンファシス係数は、 表2に示します。 注：この研究では、線形補間係数はquadratiの形で変化しますCカーブ。誤差が最小である場合は、そのような二次及び立方方程式としての機能の他のタイプは、適用されます。 </li></ol>プリエンファシス技術に基づく3.オンラインシグナル増幅<ol><li>更新された入力振幅値を計算するソフトウェアを実行<img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" />理想的な入力振幅値から<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" />プリエンファシス係数を用いて周波数ƒ。 <ol><li> C ++ソフトウェアの定数値としてプリエンファシス係数を保存します。デバイスが更新されると、これらの定数の値も更新されます。 </li><li>プログラム機能 <img alt="式7" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq7.jpg" /> C ++ソフトウェアで線形補間係数を得ます。 私のためにそれらを置き換え、I B、C I、DのI、そして式および表2から、私を電子 。 </li><li>プログラム機能 <img alt="式13" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq13.jpg" /> C ++ソフトウェアでは、更新された入力振幅値を取得します<img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" />代わりにします<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" />ステップ3.1.2で得られた線形補間係数。 </li></ol></li><li>で、任意の時間のために1.6 - 繰り返し、1.4ステップ<img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" />最大400 Hzのために最大300ヘルツ、100 mVのために最大200ヘルツ、200 mVの400 mVの設定、PID制御の領域の飽和を回避するために、50 mVの：GUI.NOTEにプリエンファシス技術を用い最大500 Hzのため。 </li><li>利得の向上を表示するグラフのような手順を繰り返し2.2プロットピーク・ツー・ピークデータ。 </li></ol>モーションブラーコンペ4.実験nsation <ol><li>粘着性のテクスチャーに付着することができるベルトを用いて毎時30キロで移動することができるコンベヤベルトを準備します。カスタムメイドのコンベヤベルトは、ように速度制御モータ、鉄ゴムベルト、およびで構成されています。これは、速度を制御することができます既製のコンベアベルトと交換することができます。 </li><li>印刷可能なテープ上に微細なテクスチャパターンを印刷し、コンベアベルト上に貼り付けます。 注：貼り付けたテクスチャは、図6に示されています。ストライプは、openFrameworksでライブラリ「ofxPDF」を使用してプログラム、及び写真画像は、ストックフォト会社からですされています。 </li><li> 図2に示すように、そのようなカメラ、レンズ、及び照明などの光学デバイスを設定。カメラに接続されているレンズの前にガルバノミラーを配置し、搬送ベルトを照明する照明を置きます。 <ol><li> 333ヘルツ、1ミリ秒の露光時間、および848 * 960（幅*高さ）ピクセルの数にカメラ周波数を設定します。 </li><html></ol></li><li>ガルバノミラーの回転タイミングとカメラの露光時間を同期させます。ガルバノミラーの角度は、露光を開始する位置を到着したときのソフトウェアでは、プログラムは、カメラにソフトウェアトリガを送信します。ソフトウェアトリガのタイミングは、 図7に示されています。 </li><li> 図8のようなGUIのガルバノミラーの必要な角速度ωrを計算するために入力コンベヤベルトのV T（毎時30キロ）の速度と搬送ベルトL（3.0 M）に、カメラからの距離。次のようにωrが計算されます。 <img alt="式（18）" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq18.jpg" /></li><li>元の入力振幅を計算するために、図8のようにGUIで入力周波数ƒ（330.0 Hz）と<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> 。計算します式3&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg&quot; /&gt;次のように： <img alt="式19" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq19.jpg" /></li><li>コピーアンドペースト<img alt="式3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" />ソースコードに、以下のようにガルバノメータサーボドライバのプリエンファシス制御値θとガルバノメータを回転させます。 <img alt="式20" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq20.jpg" /> ここで、tは時間です。 図7は、θがAから算出される様子を示します。 </li><li>コンベヤベルトは、V T（毎時30キロ）で移動している記録画像。 注： 図9は、コンベアベルトの動きを示しています。 </li></ol>

<ol>
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F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+architectures+of+galvanometer-based+scanners+for+an+increased+precision+and+a+faster+response.">Control architectures of galvanometer-based scanners for an increased precision and a faster response.</a> Proc of SPIE. 8925, 892500 (2014).</li><li>Farjad-rad, R., Member, S., Yang, C. K., Horowitz, M. A., Lee, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+0.4-+m+CMOS+10-Gb/s+4-PAM+Pre-Emphasis+Serial+Link+Transmitter.">A 0.4- m CMOS 10-Gb/s 4-PAM Pre-Emphasis Serial Link Transmitter.</a> IEEE J Solid-State Circuits. 34 (5), 580-585 (1999).</li><li>Buckwalter, J. F., Meghelli, M., Friedman, D. J., Hajimiri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+and+amplitude+pre-emphasis+techniques+for+low-power+serial+links.">Phase and amplitude pre-emphasis techniques for low-power serial links.</a> IEEE Journal of Solid-State Circuits. 41 (6), 1391-1398 (2006).</li><li>Le, S., Blow, K., Turitsyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power+pre-emphasis+for+suppression+of+FWM+in+coherent+optical+OFDM+transmission.">Power pre-emphasis for suppression of FWM in coherent optical OFDM transmission.</a> Opt exp. 22 (6), 7238-7248 (2014).</li></ol>

著者は、開示することは何もありません。

この記事では、PID制御とトラッキング高精度の軌道を達成するために、正弦波の周波数範囲を拡大することが可能な手順を示します。ガルバノミラーの応答性は、その慣性によって制限されているので、制御パスが急であるとき、ガルバノミラーを使用することが重要です。しかし、この研究では、我々はコントロールの仕様を改善して、実験結果を取得する方法を証明する方法を提案しま?...

様々な光学用途に適した様々な光学アクチュエータ及び制御方法が提案され、2、1に開発されてきました。これらの光学アクチュエータは、光路を制御することができます。ガルバノミラーは、特に正確さ、速さ、移動性の面で良好なバランスを提供し、3の費用がかかり、4、5。実際には、ガルバノミラーの速度と精度によって提供される利点は、このようなターゲット追跡及び図面、走査制御、及び動きぼけ補正6、7、8、9、10、などの光学用途の種々の実現につながっています11、12。しかし、私たちの前のモーションブラーcompensatiでシステム上で、小さな利得を提供し、比例 - 積分 - 微分（PID）コントローラを使用して、ガルバノミラー。したがって、より高い周波数とより速いスピード11を達成することは困難でした。 それは精度13の追跡の特定のレベルを満たす一方、PID制御は、広く用いられている方法です。種々の方法は、PID制御のゲインを修正するために提案されています。典型的な溶液として、PID制御パラメータの調整を手動で行われます。しかし、それは維持するための時間と特別なスキルを要します。より洗練された方法で、自動的にパラメータを決定するオートチューニング機能は、提案されており、広く14を用いています。高速動作のためのトラッキング精度は場合比例ゲイン値Pが増加オートチューニング機能を使用して改善されます。しかし、これはまた、低速域での収束時間とノイズを増大させます。したがって、トラッキングの精度はないですtは必ずしも改善されました。セルフチューニングコントローラは、PID制御に適したパラメータを設定するように調整することができるが、チューニングための適切なパラメータを取得する必要の遅延を導入します。したがって、リアルタイムアプリケーション15に、この方法を採用することは困難です。拡張されたPIDコントローラ16、17と拡張予測コントローラ18は、一般的なPID制御を拡張するために、そのような三角波、のこぎり波、正弦波などの追跡経路の様々なガルバノミラーの追従性能を向上させるために提案されています。しかしながら、これらのシステムでは、検流計システムは、制御システムのモデルが必要であったのに対し、ブラックボックスと見なされた、制御システムは、ブラックボックスと見なされませんでした。したがって、これらの方法は、各ガルバノミラーのための彼らのモデルを更新する必要があります。また、Mnerie らありません。 Fの彼らの方法を検証詳細な出力波形と位相にocusing、彼らの研究は、全体の波の減衰が含まれていませんでした。正弦波の周波数は、それによって全体の波の利得を補償するために必要であることを示し、高い場合、実際には、我々の以前の研究11で、ゲインが著しく減少しました。 この研究では、PID制御12と利得補償のための私達の手順を使用して、実験システムの構築を可能にするエンジニアリング通信における通信の品質または速度を高めるために、プリエンファシス技術19、20、21 -a方法に基づいています既存の機器。 図1は、フロー構造を示します。プリエンファシス技術もガルバノミラーの場合、事前にPID制御が有効でない入力値から所望の出力値を得ることができますそのコントローラは、ブラックボックスと見なされます。これは、0デシベルの利得は、PID制御パラメータを調整することなく得ることができる周波数および振幅範囲を拡大することを可能。 ゲインが増幅される場合、ガルバノミラーの応答特性は、一般に、異なる周波数で異なる、したがって、我々は、増幅係数を有する各周波数を増幅する必要があります。各正弦波の唯一つの周波数があるようにこのように、正弦波は、プリエンファシス技術に適しています。我々は動きぼけ補正を達成するために利得補償を適用するため、この研究では、制御信号は正弦波走査に限定され、正弦波信号は、三角形やのこぎり波などの他の波とは異なり、単一の周波数を構成します。さらに、ガルバノミラーへの入力信号があるため、係数が設定されているプリエンファシス後のオープンループの次のサイクル内で即座に更新されます。言い換えれば、我々はトンを必要としますOブラックボックスのようにコントローラを考える唯一の入力対出力比を知って、その詳細なモデリングが必要とされません。このシンプルさは、我々のシステムは、アプリケーションに容易に埋め込むことを可能にします。 この方法の全体的な目標は、プリエンファシス技術を使用して利得補償によってアプリケーションとして動きぼけ補正の実験手順を確立することです。複数のハードウェアデバイスは、ガルバノミラー、カメラ、コンベヤベルト、照明、及びレンズとして、これらの手順で使用されています。 C ++で書かれた中央ソフトウェアのユーザーが開発したプログラムは、システムの一部を構成します。 図2は、実験装置の概略図を示します。ガルバノミラーは、それによって可能画像からボケの量を評価すること、利得補償角速度で回転します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Galvanometer mirror</td>
			<td style="width:71px;">GSI</td>
			<td style="width:119px;">M3s X axis</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Custom-made metal jig</td>
			<td style="width:71px;">ASKK</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>With circular hole for galvanometer mirror</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Optical carrier</td>
			<td style="width:71px;">SIGMAKOKI</td>
			<td style="width:119px;">CAA-60L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Optical bench</td>
			<td style="width:71px;">SIGMAKOKI</td>
			<td style="width:119px;">OBT-1500LH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oscilloscope</td>
			<td style="width:71px;">Tektronix</td>
			<td style="width:119px;">MSO 4054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">AD/DA board</td>
			<td style="width:71px;">Interface</td>
			<td style="width:119px;">PCI-361216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PC</td>
			<td style="width:71px;">DELL</td>
			<td style="width:119px;">Precision T3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Galvanometer mirror servo controller</td>
			<td style="width:71px;">GSI</td>
			<td style="width:119px;">Minisax</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Lens</td>
			<td style="width:71px;">Nikkor</td>
			<td style="width:119px;">AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High-speed camera</td>
			<td style="width:71px;">Mikrotron</td>
			<td style="width:119px;">Eosens MC4083</td>
			<td>Discontinued, but sold as MC4087. The cable connection is different from MC4083</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Conveyor belt</td>
			<td style="width:71px;">ASUKA</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>With a speed-control motor(BX5120A-A made by Oriental Motor), iron rubber belt(100-F20-800A-J made by NOK), and so on</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Printable tape</td>
			<td style="width:71px;">A-one</td>
			<td style="width:119px;">F20A4-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Photographic texture</td>
			<td style="width:71px;">Shutterstock, Inc.</td>
			<td align="right" style="width:119px;">231357754</td>
			<td>Printed computer motherboard with microcircuit, close up</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Terminal block</td>
			<td style="width:71px;">Interface</td>
			<td style="width:119px;">TNS-6851B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CoaXPress board</td>
			<td style="width:71px;">AVALDATA</td>
			<td style="width:119px;">APX-3664</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MATLAB</td>
			<td style="width:71px;">mathworks</td>
			<td style="width:119px;">MATLAB R2015a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

gain-compensation methodology for a sinusoidal scan of a galvanometer mirror in proportional-integral-differential control using pre-emphasis techniques

ガルバノミラーは、それらの高い速度と精度のようなターゲット追跡、図面、及び走査制御等の光学用途に使用されます。しかし、ガルバノミラーの応答性は、その慣性によって制限されています。制御パスが急である場合したがって、ガルバノミラーの利得が低減されます。本研究では、比例積分微分（PID）制御を使用して追跡する正弦波経路でガルバノミラーのゲイン低下を補償するために、プリエンファシス技術を用いて対応する周波数を拡張する方法を提案します。プリエンファシス技術は、予め所望の出力値の入力値を取得します。 PIDコントローラを使用して追跡する正弦波経路用のガルバノミラー、各周波数におけるガルバノミラーの原利得及び振幅を制御するためにこの方法を適用することを計算しました。 PID制御が有効でない場合、0デシベルの利得を維持することがすることが可能であり、軌道追従の精度を向上させるため0デシベルの利得は、PID制御パラメータを調整することなく得ることができる速度範囲を広げます。唯一つの周波数が存在する場合には、増幅は、単一のプリエンファシス係数を有することが可能です。したがって、正弦波、三角形やのこぎり波とは異なり、この技術に適しています。そこで、私たちは事前にパラメータを設定するには、プリエンファシス技術を採用することができ、我々は追加の活性制御モデルとハードウェアを用意する必要はありません。プリエンファシス係数が設定された後にパラメータがあるため、開ループの次のサイクル内で即座に更新されます。換言すれば、ブラックボックスのようにコントローラを考えるためには、我々は、入力 - 出力比を知る必要があり、その詳細なモデリングが必要とされません。このシンプルさは、我々のシステムは、アプリケーションに容易に埋め込むことを可能にします。動きぼけ補正システム及び方法を評価するために行った実験のためのプリエンファシス技術を用いて、我々の方法が説明されています。

ここに示された結果は、AD / DAボードとカメラを使用して得られました。 図1は、プリエンファシス技術の手順を示す図です。したがって、それは、この記事の核心です。初期化状態の後にPID制御のパラメータを設定する必要がありません。したがって、オンラインプロセスはかなり簡単です。 図10は、<...

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Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

我々は、プリエンファシス技術を用いて対応する周波数を拡張する方法を提案します。この方法は、比例積分微分制御を用いたトラッキング正弦波経路でガルバノミラーのゲイン低下を補償します。

プリエンファシス技術を用いた比例積分微分制御におけるガルバノメータミラーの正弦波をスキャンするためのゲイン補償方法論

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

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8.5K ビュー.  University of Tokyo. 我々は、プリエンファシス技術を用いて対応する周波数を拡張する方法を提案します。この方法は、比例積分微分制御を用いたトラッキング正弦波経路でガルバノミラーのゲイン低下を補償します。 

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Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

放射光技術を用いたリチウムイオンとナトリウムイオン電池用電極材料のキャラクタリゼーション

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

工学

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards understanding its mechanism. Protonation and conformational changes affect the vibration pattern of amino acid side chains and of the peptide bond, respectively, both of which can be probed by infrared (IR) difference spectroscopy. For proteins whose function can be repetitively and reproducibly triggered by light, it is possible to obtain infrared difference spectra with (sub)microsecond resolution over a broad spectral range using the step-scan Fourier transform infrared technique. With ~102-103 repetitions of the photoreaction, the minimum number to complete a scan at reasonable spectral resolution and bandwidth, the noise level in the absorption difference spectra can be as low as ~10-4, sufficient to follow the kinetics of protonation changes from a single amino acid. Lower noise levels can be accomplished by more data averaging and/or mathematical processing. The amount of protein required for optimal results is between 5-100 &#181;g, depending on the sampling technique used. Regarding additional requirements, the protein needs to be first concentrated in a low ionic strength buffer and then dried to form a film. The protein film is hydrated prior to the experiment, either with little droplets of water or under controlled atmospheric humidity. The attained hydration level (g of water / g of protein) is gauged from an IR absorption spectrum. To showcase the technique, we studied the photocycle of the light-driven proton-pump bacteriorhodopsin in its native purple membrane environment, and of the light-gated ion channel channelrhodopsin-2 solubilized in detergent.

Key steps of protein function, in particular backbone conformational changes and proton transfer reactions, often take place in the microsecond to millisecond time scale. These dynamical processes can be studied by time-resolved step-scan Fourier-transform infrared spectroscopy, in particular for proteins whose function is triggered by light.

感光性タンパク質中のプロトン移動とプロテイン立体配座ダイナミクスの時間分解ステップスキャンフーリエ変換赤外分光法により

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce定量的ナノメカニカルプロパティマッピングを使用した赤色光光受容体の原子間力顕微鏡

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

検出とパラジウムの回収は、都市鉱山からの金やコバルト金属は、ナノスケールワゴンホイール形の細孔を有する指定小説センサ/吸着剤を使用しました

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent this outflow, a control device is required. A siphon breaker is a type of safety device that can be utilized to control the loss of coolant water effectively.
To analyze the characteristics of siphon breaking, a real-scale experiment was conducted. From the results of the experiment, it was found that there are several design factors that affect the siphon breaking phenomenon. Therefore, there is a need to develop a theoretical model capable of predicting and analyzing the siphon breaking phenomenon under various design conditions. Using the experimental data, it was possible to formulate a theoretical model that accurately predicts the progress and the result of the siphon breaking phenomenon. The established theoretical model is based on fluid mechanics and incorporates the Chisholm model to analyze two-phase flow. From Bernoulli&#39;s equation, the velocity, quantity, undershooting height, water level, pressure, friction coefficient, and factors related to the two-phase flow could be obtained or calculated. Moreover, to utilize the model established in this study, a siphon breaker analysis and design program was developed. The simulation program operates on the theoretical model basis and returns the result as a graph. The user can confirm the possibility of the siphon breaking by checking the shape of the graph. Furthermore, saving the entire simulation result is possible and it can be used as a resource for analyzing the real siphon breaking system.
In conclusion, the user can confirm the status of the siphon breaking and design the siphon breaker system using the program developed in this study.

The siphon breaking phenomenon was investigated experimentally and a theoretical model was proposed. A simulation program based on the theoretical model was developed and the results of the simulation program were compared with experimental results. It was concluded that the results of the simulation program matched the experimental results well.

研究用原子炉のサイフォン ブレーカー実験とシミュレーションに関する研究

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

電解質ゲートによって WS2ナノデバイスにおける電子状態の電界制御

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Simultaneous Measurement of Turbulence and Particle Kinematics Using Flow Imaging Techniques

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine micro-organisms, and/or sediments in the ocean, or fluidized bed reactors and combustion processes in engineered systems. In order to study the effect of turbulence on the kinematics of particles in such flows, simultaneous measurements of both the flow and particle kinematics are required. Non-intrusive, optical flow measurement techniques for measuring turbulence, or for tracking particles, exist but measuring both simultaneously can be challenging due to interference between the techniques. The method presented herein provides a low cost and relatively simple method to make simultaneous measurements of the flow and particle kinematics. A cross section of the flow is measured using a particle image velocimetry (PIV) technique, which provides two components of velocity in the measurement plane. This technique utilizes a pulsed-laser for illumination of the seeded flow field that is imaged by a digital camera. The particle kinematics are simultaneously imaged using a light emitting diode (LED) line light that illuminates a planar cross section of the flow that overlaps with the PIV field-of-view (FOV). The line light is of low enough power that it does not affect the PIV measurements, but powerful enough to illuminate the larger particles of interest imaged using the high-speed camera. High-speed images that contain the laser pulses from the PIV technique are easily filtered by examining the summed intensity level of each high-speed image. By making the frame rate of the high-speed camera incommensurate with that of the PIV camera frame rate, the number of contaminated frames in the high-speed time series can be minimized. The technique is suitable for mean flows that are predominantly two-dimensional, contain particles that are at least 5 times the mean diameter of the PIV seeding tracers, and are low in concentration.

The technique described herein offers a low cost and relatively simple method to simultaneously measure particle kinematics and turbulence in flows with low particle concentrations. The turbulence is measured using particle image velocimetry (PIV), and particle kinematics are calculated from images obtained with a high-speed camera in an overlapping field-of-view.

フロー イメージング技術を用いた粒子運動と乱流の同時測定

Numerous problems in scientific and engineering fields involve understanding the kinematics of particles in turbulent flows, such as contaminants, marine ...

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

ヤモリにインスパイアされたソフトロボットの製造・制御・性能評価

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.