この作品は、スペイン国家研究機関と、欧州地域開発基金 (ERDF) パラス (TIN2016-80515-R AEI/EFRD, EU) プロジェクトの下でサポートされます。

以下のすべてのメソッドは、ガリシアのポンテベドラ-ビーゴ-オウレンセ (登録コード 2017/336) の研究倫理委員会の地方政府によって承認されています。1年生で、通信工学 - ヴィーゴの大学、快適な室といくつかの講義とコンピューターのアーキテクチャによって学士の学位コースの演習の両方のプロトコルを実装しました。
1. デバイスを準備します。
<ol><li>安定したインターネット接続にスマート フォンやタブレット デバイスを接続します。</li>
	<li>スマート フォンで Bluetooth 通信をオンにします。</li>
	<li>スマート フォンで手首装着型アプリケーションを対応する公式の app store で検索します。ダウンロードしてそれをインストールします。</li>
	<li>スマート フォンで生体信号をキャプチャする PhysiologicalSignals アプリを検索します。ダウンロードしてそれをインストールします。 注: 現在、アプリはベータ版との要求によって利用することができます。</li>
	<li>タブレットの研究実験室の実験で使用される StressTest アプリを検索します。ダウンロードしてそれをインストールします。 注: 現在、アプリはベータ版との要求によって利用することができます。</li>
	<li>ベビーベッド手首のウェアラブル デバイスをオンにし、ウェアラブルを配置します。</li>
	<li>スマート フォンで公式ベビーベッド手首装着型アプリケーションを開きます。 注: アプリはスマート フォンでのウェアラブル デバイスを同期に進みます。一部のデバイスでは、電子メール アドレスが必要です。</li>
	<li>スマート フォンで PhysiologicalSignals アプリを開きます。<ol>
<li>センサー アクセス要求の通知される場合に、それを受け入れます。</li>
		<li>デバイスを確認してください。緑色で表示される単語Weared PhysiologicalSignals アプリを待ちます。 注: これはウェアラブル デバイスが検出されましたし、スマート フォンのセンサーからの情報の伝達を有効にするために示します。このメッセージが表示されない場合は、手順 1.6 から繰り返します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 研究所相
<ol><li>研究室の設定を準備します。気が散る雑音なしと快適な温度 (22 ° C、26 ° C) の間で快適な非不安ルームを選択します。</li>
	<li>手首のウェアラブル デバイスをオンに、subject´s 非利き手の手首の周りに配置し、学生の頭にヘッドフォンを配置します。手首の周りでウェアラブルを苦しくない程度にフィットします。</li>
	<li>安定したインターネット接続にスマート フォンやタブレットを接続し、Bluetooth 接続がアクティブであることを確認します。</li>
	<li>スマート フォン、PhysiologicalSignals アプリケーションを起動します。<ol>
<li>単語Wearedは緑色で表示するアプリを待ちます。</li>
		<li>左側の設定メニューでユーザーの変更オプションを選択し、テストを完了し、保存をクリックして被験者の ID を提供します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ラップトップでダッシュ ボードにアクセスし、テスト管理者の ID とパスワードを入力します。 注: 現在、プライベートとセキュリティの問題のダッシュ ボードへのアクセスこそ要求の下で利用可能です。<ol>
<li>サブジェクトの ID と被験者のストレス] タブを選択します。</li>
		<li>生理学的な信号の進化をチェックし、実験を開始する前に熱安定性に到達するウェアラブル デバイスを待ちます。 注: 熱安定性、高原をグラフとして識別されます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>タブレットの StressTest アプリケーションを起動します。<ol>
<li>4 つの実験課題を対象に説明します。いくつかの画面やタスクの各 1 つで実行されるアクションを表示します。 注: これは件名はする必要がありますストレスを感じたり、実行される活動に基づきリラックスした、ない恐怖または何が起こることが懸念ため、非常に重要です。</li>
		<li>学生テーブルに彼らの腕を休ませるし、手を使用して、アクティビティを実行するウェアラブル デバイスを配置する場所を教えてください。</li>
		<li>2.4.2 の手順と同じユーザー ID を入力し、矢印をクリックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ビデオのタスクを起動し、学生に完全な制御を与えます。<ol>
<li>タスクは何事もなく実施していることを確認します。</li>
		<li>タスクを終了したときは、自覚ストレスを対象に提供することを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>レベル 1、2 および 3 のストループ カラー タスク (scwt 測度) を連続して起動します。<ol>
<li>各レベルのサブタスクが何事もなく実施されるを確認します。</li>
		<li>各サブタスクが終了したら、件名が自覚ストレスを提供することを確認します。</li>
		<li>レベル 3 とだけに対してのみ対象は 4 分後に、それを解決しない、場合は、画面の上部にある矢印を押すことでタスクを終了します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ペース聴覚逐次加算テスト (PASAT) を起動します。<ol>
<li>タスクは何事もなく実施していることを確認します。</li>
		<li>件名でも、4 分後 PASAT テストを解決しない場合は、画面の上部にある下向き矢印キーを押してタスクを終了します。</li>
		<li>タスクを終了したときは、自覚ストレスを対象に提供することを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>過呼吸テストを起動します。<ol>
<li>ダッシュ ボードを使用して HR の進化を観察します。生理学的な信号が大きく変化しない場合インスピレーションと有効期限の率を徐々 に増加する対象を求めます。</li>
		<li>場合は、件名は、このタスクめまいや不快な停止を感じています。いずれの場合も、4 分後タスクを完了します。</li>
		<li>タスクを終了したときは、自覚ストレスを対象に提供することを確認します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 教室相
<ol><li>手首のウェアラブル デバイスをオンにし、subject´s 非利き手の手首にウェアラブルを配置します。手首の周りでウェアラブルを苦しくない程度にフィットします。</li>
	<li>安定したインターネット接続にスマート フォンを接続し、Bluetooth 接続がアクティブなことを確認します。</li>
	<li>スマート フォン、PhysiologicalSignals アプリケーションを起動します。<ol>
<li>単語Wearedは緑色で表示するアプリを待ちます。</li>
		<li>設定メニューでユーザーの変更オプションを選択、テストを完了し、保存をクリックして被験者の ID を提供します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ラップトップでダッシュ ボードにアクセスし、テスト管理者の ID とパスワードを入力します。<ol>
<li>サブジェクトの ID と被験者のストレス] タブを選択します。</li>
		<li>生理学的な信号の進化を確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>学生と教師の相互作用に関連して教室に関連する事象について注釈を取る。 注: 関連情報と基本的なイベントは、その後生理学的なサンプルのラベルに使用されます。例のイベントは、先生から生徒への質問または理論的説明を開始します。</li>
	<li>講義の最後には、5 レベルの規模に応じて、セッション中に特定の時間にストレスのレベルについてアンケートを完了する対象を求めます。</li>
</ol>4. データ解析
<ol><li>ラップトップでダッシュ ボードにアクセスし、テスト管理者の ID とパスワードを入力します。<ol>
<li>サブジェクトの ID と被験者のストレス] タブを選択します。</li>
		<li>授業実験の日を選択します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>活動や知覚のストレスのレベルを識別することによって主題のサンプル ラベルを付けます。<ol>
<li>講義室活動とスタート地点とゴールの回とその型によるとその継続期間を特定します。</li>
		<li>各アクティビティの自覚ストレス レベルを選択します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>各教科、各セッション タグのサンプル ファイルをダウンロードします。 注: 各学生のコンマ区切り値 (CSV) ファイルを作成、標準偏差、斜面、差分、アクティビティ タイプ、アクティビティ ベースのストレス (すなわち、関連付けられているストレスと生体信号の値を反映して各行既定のアクティビティに)、被写体認識ストレス。</li>
	<li>データ分析パッケージを起動します。<ol>
<li>分類子のセットを選択 (例えばSVM、C4.5, K-NN、ランダム フォレスト、Naïve Bayes と 0 R) セッションごとにすべての学生の CSV ファイルをインポート。</li>
		<li>電車し、10 倍のクロス検証手法を用いた識別器の評価。 注: 分析、アクティビティ タイプ、アクティビティ ベースのストレス、ストレス知覚によって従属変数の分析として選択するものとします。</li>
		<li>最後に、精度とエラー率の結果を確認します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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COTS ウェアラブル デバイスは、今日利用可能な最も人気のある消費者向けエレクトロニクス製品の一つです。これらのデバイスは、物理的な活動を監視するために用いられますが、彼らの能力とパフォーマンスを他の地域で大きな関心の可能性があります。本稿では、学習環境で応力の算定 COTS ウェアラブル デバイスの利用を評価するためのプロトコルを説明します。このようなプロトコル...

ウェアラブル技術は、広く利用可能と、アプリケーション環境を継続的に拡大しています。さまざまなデバイスでどのベビーベッドの中で手首ウェアラブル1、スマート時計、スマート バンドなど、選手の間で人気のある監視ツール2個人の体力として市場で見出すことができます。データ分析技術を適用すると、一般的な物理状態などの指標を提供、品質または回復要因をスリープ状態にこれらのデバイスを使用して得られたデータを処理できます。この分野で示された適用性が臨床試験の厳格な要件を制限健康ドメイン3,4を中心に、他の分野への応用についての学術コミュニティの関心が高まってください。導入。ただしより少ない要求のコンテキスト教育など、異なるタイプのウェアラブル デバイスの使用を含む文献の最近の調査で見出すことができる、両方と関連して教育活動5,6の推定睡眠パターン7やさまざまな教育活動8の学生の関与の解析など学生のある特定の特徴。
当社の場合、最終的に順番の教育の文脈の重要な側面は、応力の推定を促進するような生体信号を収集するための手段としてベビーベッド手首ウェアラブル デバイスの分析に着目します。ストレスは学術活動や全体的な学生の性能の開発に関連した影響があります。たとえば、ストレス レベル、学生9,10、11、燃え尽き症候群の発症に直接関連し、高応力レベルがドロップ アウト率 20% の間は、新入生の年の間に特に関連します。3012,13共通です。検出とストレス指標を制御する劇的に成績を向上させるため。
彼らはストレス評価と検出の科学界で広く使用されている生体信号に関する情報を提供するセンサーを持っているので、ベビーベッド手首装着型デバイスの使用は正当化されます。信号のいくつかはこの目的のために使用される文学は、心拍数 (HR)14心拍数 varaibility15、皮膚温度 (ST)16、呼吸14、ガルバニック皮膚反応 (GSR)17呼ばれます。これらの信号は、幼児の手首ウェアラブルによって収集できます。しかし、彼らは臨床デバイスと同じ性能を提供していません。違いがありますデバイス18,19,20,21の中でセンサーの精度に関連します。それにもかかわらず、前作品18,19,20,21は、ゆっくりした動きでベビーベッド手首装着型センサーがあるエラー パターンの特殊なデバイスに似ていますを示しています。
本稿の目的は、ベビーベッド手首ウェアラブルを使用して学生の応力推定のための別のソリューションを評価するためのプロトコルを導入することです。異なる手首装着型デバイスとデータ解析技術と具体的に機械学習アルゴリズムの使用を含む、ストレス レベルを推定する提案することができます多くの取り決めがあります。ベビーベッド手首ウェアラブルはその高い断片化、不均一性、相互運用性問題22によって特徴付けられます。3 社が集約されたシェアはほぼ 5023、多くのより小さい個々 の市場のための他の多くの企業アカウントを共有して、50% 以上のシェアを集計。その一方で、不均一性の面ですべてウェアラブル センサー、加速度計と最も一般的である h のセンサーの種類と同じ数であるし、勉強の ST と GSR のデバイスの 5% に存在することだけ。相互運用性に関してはお互いに互換性がない異なるオペレーティング ・ システムとデータ コレクション アプローチがあります。マシンラーニング手首デバイスによって収集されたデータから応力を推定に適用できる手法が多くのオプション利用可能な24、最寄りの隣人のアプローチ、ニューラル ネットワーク、デシジョン ツリーを含む Naïve Bayes分類子、要約するとなど多種多様な異なる仮オプションを最終的に選択間の比較を容易にする評価プロトコルを設計する器械であるので、応力推定の開発可能性がありますソリューションがある、特定のコンテキストに最も適しています。
プロトコルの実装には、いくつかのツールが必要な (図 1) です。まず、ベビーベッド手首装着型デバイスは、生理学的なデータをフェッチする必要です。少なくともこのウェアラブル デバイス必要があります時間監視機能、追加のセンサーが望ましい (例えば、加速度計、ST、GSR センサー)。第二に、PhysiologicalSignal アプリケーションを実行しているスマート フォンは、ウェアラブル デバイスによってキャプチャされたデータを収集する必要があります。StressTest アプリケーションを実行しているタブレットはストレス誘導演習を実行に必要な第三に、(スマート フォンがある可能性がありますこの目的のため代わりにタブレットを使用)。第四に、ストレスに関する学生の認識に定性的なデータを収集するためにいくつかのアンケートです。第五に、web サーバーは、データ コレクションと前処理、および信号の進化を示す Web ダッシュ ボードを実行する25 をサービスします。そして最後に、データを処理するためのデータの解析パッケージ26は、機械学習手法を用いた学生について収集します。
評価プロトコルは、2 つのフェーズで構成されています。最初の 1 つ研究室段階では、行われますターゲットの対象 (生) に別のストレス レベル (すなわち、「リラックス」、「集中ストレス」と「ストレス」) を誘導する、部屋にいくつかの一般的なストレスを誘発するタスク。2 番目の部分は教室で行われ、それを含むいくつかの学術活動の成果の中に学生を監視: 理論的説明、個々 の活動、短いテスト、試験、等の実装時にこのプロトコルでは、主題の生理学的な信号が手首デバイスによってキャプチャされます。最後に、これらの信号は、機械学習のストレス レベルの推定を提供するアルゴリズムによって処理されます。
実験室段階では、StressTest アプリを使用して、別のストレス レベルを誘発します。このアプリは、4 つの異なるタスクを完了する対象を説明します。最初のタスクは、応力解析のためのベースラインを作成することです。このタスクでは、学生が橋に沈む夕日の別のショットが表示されます 4 分間のリラックスしたビデオを可視化します。2 番目のタスクは、ストループ カラーと単語テスト27 (scwt 測度) の適応です。2 秒ごとに、件名が (赤、緑、オレンジ、青、紫) 色の名前は描かれている色を選択してください。各時塗装の色を選ぶために主題をそれぞれの色の頭文字を含む画面の下部にあるいくつかのボタンがあります。たとえば、青を参照するボタンは b を示しています私たちのケースでは、このテストは難易度の 3 つのレベルに分かれています。最初のレベル (SCWT1) では、色の「色の言葉」色と名前が直接一致ようにボタンと同じ順序で表示されます。このレベルは、任意の難易度を必要としないし、対象する必要がありますのみボタンを押して、正しく、常に同じ順序でベースラインとして解釈されます。2 番目のレベル (SCWT2) では、色の「色の言葉」ランダムに表示されます名前と色対応が維持されます。件名ビープ音が失敗するたびが放出され、2 つのエラーが発生した、正しい色のスコアがリセットされます。最後に、最も困難なレベル (SCWT3) の名前と色は一致しません。この方法でこのレベルの主題のためのストレスより複雑にするものです。3 番目のタスクは、学生が集中テストを経験する方法を測定、ペース聴覚逐次加算テスト (PASAT)28日で構成されます。このタスクでは、連続した番号のシーケンスが声を出して、再生し、学生は、最後の 2 つの数字と書き込みで提供されている結果は画面に表示される次の番号を聞いて前にボックスを追加する必要があります。このタスクの件名はミス、不穏なイベントが発生しますストレスを生成する (2 つの音同時に数値または沈黙の長い期間を維持)。この場合、3 つのエラーがコミットされた合計アカウントがリセットされます。4 番目のタスクは、過活動が引き起こすストレス状況17生理信号で同じ変化を誘発する上で構成されます。各レベルの最後に、テーマは、知覚のストレスのレベルを示す、アプリケーション自体を使用して 5 値リッカート尺度によると。
教室フェーズでは、学生は彼らのクラスメートの残りの部分と一緒に普通学術活動を遂行します。プロトコルは特定の教室活動中に発生するストレスのレベルに焦点を当てください。講義の最後に、簡単なアンケート (附属書 1) は 5 値スケールによるといくつかの活動のストレスの感知されたレベルを示す学生によって完了します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="968">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">Microsoft Band 2</td>
			<td style="width:191px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:439px;">Wearable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:219px;">Nexus 5</td>
			<td style="width:191px;">LG/Google</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Smartphone</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">PhysiologicalSignals</td>
			<td style="width:191px;">Developed by the paper authors</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>App to collect data from wearables</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">StressTest</td>
			<td style="width:191px;">Developed by the paper authors</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>App to develop laboraty experiment: Video visualization, Stroop color and word test, paced auditory serial addition test (PASAT) , hyperventilation activity&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Quizs</td>
			<td style="width:191px;">Developed by the paper authors</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Questionnaires to collect qualitative data on students&#8217; perception on stress</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:219px;">Server</td>
			<td style="width:191px;">Developed by the paper authors</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Server to store, analyze and display data</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Weka application</td>
			<td style="width:191px;">University of Waikato</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Application to process the data using machine learning techniques</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of commercial-off-the-shelf wrist wearables to estimate stress on students

ウェアラブル商業オフ棚 (COTS) デバイスは、主に若者の間でのスポーツ活動を監視する最後の年の間に人気になっています。これらのデバイスには、心拍数、皮膚温、皮膚電気反応などの生体信号のデータを収集するセンサーが含まれます。データ解析技術を信号のこれらの種類に適用すると、人間の行動のより高いレベルの側面の推定を得ることが可能です。本邦で臨床装置を用いた睡眠パターンやストレスに関する情報を取得収集された生理学的なデータの使用を記述するいくつかの作品があります。しかし、それはまだ未解決の問題幼児手首ウェアラブルを使用してキャプチャしたデータを教育現場で学習者の心理状態の特性を十分かどうか。本稿では、ベビーベッド手首ウェアラブルを使用して得られたデータから応力を評価するためのプロトコルについて説明します。プロトコルは 2 つのフェーズで行われます。最初の段階は、モバイル アプリを使用してリラックスしたビデオ、ストループ カラーと単語テスト、ペース聴覚連続足し算テスト、および過呼吸テストによる学生に別のストレス レベルを誘発する制御実験から成っています。2 番目のフェーズは、いくつかの学術活動を行う、すなわち理論講義への出席演習やその他の個々 の活動を行う、簡単なテストや試験中のストレスの分析、教室で行われます。両方のケースでベビーベッド手首ウェアラブルから得られた量的データと質的データ アンケート収集と見なされます。このプロトコルを含むストレス誘導アプリでシンプルかつ一貫した方法との限られた参加を要求する、アンケート サポート スタッフ。

説明プロトコルは、ヴィーゴの大学で通信工学の学位の最初の年にコンピュータ アーキテクチャ コースで練習に入れられました。このコースには、入学者よりも 200 人 10 のワーキング グループに編成されます。この実験を遂行するには、4 つのグループからの学生は、学年の初めに登録に招待されました。プロジェクトは、学生の間で注目を集めて、約 30 名の学生?...

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Evaluation of Commercial-Off-The-Shelf Wrist Wearables to Estimate Stress on Students

生応力を推定する商業オフ棚 (COTS) 手首ウェアラブルに基づいてソリューションを評価するためのプロトコルを提案する.プロトコルは 2 つのフェーズ、初期の実験に基づく応力誘導テスト、学生が学術活動を行っている間、教室で行われる監視の段階で行われます。

学生へのストレスを推定する商業の棚を離れて手首ウェアラブルの評価

Wearable commercial-off-the-shelf (COTS) devices have become popular during the last years to monitor sports activities, primarily among young people. ...

evaluation-commercial-off-shelf-wrist-wearables-to-estimate-stress-on

Research

JoVE Journal

Engineering

7.4K ビュー.  University of Vigo, Campus Lagoas-Marcosende. 生応力を推定する商業オフ棚 (COTS) 手首ウェアラブルに基づいてソリューションを評価するためのプロトコルを提案する.プロトコルは 2 つのフェーズ、初期の実験に基づく応力誘導テスト、学生が学術活動を行っている間、教室で行われる監視の段階で行われます。

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Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

熱電波の研究における化学燃料と多層カーボンナノチューブのハイブリッド複合材料の作製と評価

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

工学

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

シングル利用と標準ポンプに機械的応力を予測するために費用対効果と信頼性の高い方法

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. Optical property evaluation of thin films and the surfaces of bulk materials is an important step in understanding new optical material systems and their applications. The method presented can estimate thickness, refractive index, and use absorptive properties of materials for detection. This metrology system uses evanescent field-based photoacoustics (EFPA), a field of research based upon the interaction of an evanescent field with the photoacoustic effect. This interaction and its resulting family of techniques allow the technique to probe optical properties within a few hundred nanometers of the sample surface. This optical near field allows for the highly accurate estimation of material properties on the same scale as the field itself such as refractive index and film thickness. With the use of EFPA and its sub techniques such as total internal reflection photoacoustic spectroscopy (TIRPAS) and optical tunneling photoacoustic spectroscopy (OTPAS), it is possible to evaluate a material at the nanoscale in a consolidated instrument without the need for many instruments and experiments that may be cost prohibitive.

Here we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. This technique evanescent field-based photoacoustics can be used to create a photoacoustic metrology system to estimate materials&#39; thicknesses, bulk and thin film refractive indices, and explore their optical properties.

エバネセント場ベースの光音響：表面での光学特性評価

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, building and food industries, amongst others. Polyester and coatings containing both polyester and silica nanoparticles (SiO2NPs) have been widely used to protect steel substrata from corrosion. In this study, we utilized X-ray photoelectron spectroscopy, attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy, water contact angle measurements, optical profiling and atomic force microscopy to provide an insight into how exposure to sunlight can cause changes in the micro- and nanoscale integrity of the coatings. No significant change in surface micro-topography was detected using optical profilometry, however, statistically significant nanoscale changes to the surface were detected using atomic force microscopy. Analysis of the X-ray photoelectron spectroscopy and attenuated total reflection infrared micro-spectroscopy data revealed that degradation of the ester groups had occurred through exposure to ultraviolet light to form COO&#903;, -H2C&#903;, -O&#903;, -CO&#903; radicals. During the degradation process, CO and CO2 were also produced.

Two types of surfaces, polyester-coated steel and polyester coated with a layer of silica nanoparticles, were studied. Both surfaces were exposed to sunlight, which was found to cause substantial changes in the chemistry and nanoscale topography of the surface.

日光への露出表面上にシリカナノ粒子 - ポリエステルコーティングの進化

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Design and Evaluation of Smart Glasses for Food Intake and Physical Activity Classification

This study presents a series of protocols of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of temporalis muscle activities during food intake and other physical activities. We fabricated a 3D-printed frame of the glasses and a load cell-integrated printed circuit board (PCB) module inserted in both hinges of the frame. The module was used to acquire the force signals, and transmit them wirelessly. These procedures provide the system with higher mobility, which can be evaluated in practical wearing conditions such as walking and waggling. A performance of the classification is also evaluated by distinguishing the patterns of food intake from those physical activities. A series of algorithms were used to preprocess the signals, generate feature vectors, and recognize the patterns of several featured activities (chewing and winking), and other physical activities (sedentary rest, talking, and walking). The results showed that the average F1 score of the classification among the featured activities was 91.4%. We believe this approach can be potentially useful for automatic and objective monitoring of ingestive behaviors with higher accuracy as practical means to treat ingestive problems.

This study presents a protocol of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of food intake and other featured physical activities using load cells inserted in both hinges of the glasses.

デザインとスマートなメガネの食品の摂取量と身体活動の分類のための評価

This study presents a series of protocols of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of temporalis muscle ...

Protocol for the Evaluation of MRI Artifacts Caused by Metal Implants to Assess the Suitability of Implants and the Vulnerability of Pulse Sequences

As the number of magnetic resonance imaging (MRI) scanners and patients with medical implants is constantly growing, radiologists increasingly encounter metallic implant-related artifacts in MRI, resulting in reduced image quality. Therefore, the MRI suitability of implants in terms of artifact volume, as well as the development of pulse sequences to reduce image artifacts, are becoming more and more important. Here, we present a comprehensive protocol which allows for a standardized evaluation of the artifact volume of implants on MRI. Furthermore, this protocol can be used to analyze the vulnerability of different pulse sequences to artifacts. The proposed protocol can be applied to T1- and T2-weighted images with or without fat-suppression and all passive implants. Furthermore, the procedure enables the separate and three-dimensional identification of signal loss and pile-up artifacts. As previous investigations differed greatly in evaluation methods, the comparability of their results was limited. Thus, standardized measurements of MRI artifact volumes are necessary to provide better comparability. This may improve the development of the MRI suitability of implants and better pulse sequences to finally improve patient care.

We describe a standardized method to evaluate magnetic resonance imaging artifacts caused by implants to estimate the suitability of the implants for magnetic resonance imaging and/or the vulnerability of different pulse sequences to metallic artifacts simultaneously.

インプラントの適合性とパルス シーケンスの脆弱性を評価するためにインプラントの金属による MRI アーチファクトの評価のためのプロトコル

As the number of magnetic resonance imaging (MRI) scanners and patients with medical implants is constantly growing, radiologists increasingly encounter ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

Fabric Moisture Uniform Control to Study the Influence of Air Impingement Parameters on Fabric Drying Characteristics

Impinging dryness is now a widely used and effective way for fabric drying due to its high heat and mass transfer coefficient. Previous studies on fabric drying have neglected the contributions of moisture uniformity and diffusion coefficient to the drying process; though, they have recently been shown to have a significant influence on drying characteristics. This report outlines a step-by-step procedure to investigate the effects of air impingement parameters on a fabric&#39;s drying characteristics by controlling the uniformity of its area moisture distribution. A hot air blower unit equipped with an angle adjustable nozzle is used to generate air flow with different velocities and temperatures while the drying process is recorded and analyzed using an infrared thermograph. In addition, a uniform padder is adapted to ensure the fabric&#39;s moisture uniformity. Impinging drying is studied under different initial conditions by changing the air flow temperature, velocity, and direction, then the applicability and suitability of the protocol are evaluated.

Presented here is a protocol that guarantees uniform distribution of initial moisture inside of a fabric and investigates the effects of hot-air thermodynamic parameters (velocity, temperature, and direction) and thickness on the fabric&#39;s drying characteristics (e.g., temperature variation) under the condition of air impingement.

生地乾燥特性に対する空気衝突パラメータの影響を研究する生地水分均一制御

Impinging dryness is now a widely used and effective way for fabric drying due to its high heat and mass transfer coefficient. Previous studies on fabric ...

Evaluation of an Exclusive Spur Dike U-Turn Design with Radar-Collected Data and Simulation

Traditional U-turn designs can improve operational features obviously, while U-turn diversions and merge segments still cause traffic congestion, conflicts, and delays. An exclusive spur dike U-turn lane design (ESUL) is proposed here to solve the disadvantages of traditional U-turn designs. To evaluate the operation performance of ESUL, a traffic simulation protocol is needed. The whole simulation process includes five steps: data collection, data analysis, simulation model build, simulation calibration, and sensitive analysis. Data collection and simulation model build are two critical steps and are described later in greater detail. Three indexes (travel time, delay, and number of stops) are commonly used in the evaluation, and other parameters can be measured from the simulation according to experimental needs. The results show that the ESUL significantly diminishes the disadvantages of traditional U-turn designs. The simulation can be applied to solve microscopic traffic problems, such as in single or several adjacent intersections or short segments. This method is not suitable for larger scale road networks or evaluations without data collection.

This protocol describes the process of solving a microscopic traffic problem with simulation. The whole process contains a detailed description of data collection, data analysis, simulation model build, simulation calibration, and sensitive analysis. Modifications and troubleshooting of the method are also discussed.