Os autores gostariam de expressar sua gratidão ao Sr. Hong Hu por sua ajuda na realização dos experimentos relatados neste trabalho. Este trabalho foi apoiado em parte pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (No. 61473207).

1. Adquirir sinais de EEG <ol><li> Explique o procedimento experimental para o assunto e obter o consentimento informado por escrito para participar de experimentos. </li><li> Medir a circunferência da cabeça do sujeito usando uma fita métrica e selecione o tamanho da tampa EEG que fica perto da medição. A disposição de eléctrodos é baseada na &quot;Sistema Internacional 10-20&quot; 12. </li><li> Meça a distância entre o násio e inion. Use um marcador lápis para marcar a pele 10% da distância como uma referência para alinhar a tampa, e marcar o ponto médio da distância que o vértice no couro cabeludo do indivíduo. </li><li> Coloque a tampa EEG sobre o assunto, alinhando a marca de 10%, com o ponto médio dos eléctrodos FP1 e FP2. Eletrodo Cz posição da tampa sobre o vértice. </li><li> Certifique-se de que a Fz, Cz, Pz e Oz estão na linha média da cabeça, e que cada par de eléctrodos localizados em ambos os lados da linha média é uma linha horizontal. </li><li>Smear os eletrodos REF1 e REF2 com gel condutor. Coloque os eletrodos de referência nas mastoides direita e esquerda usando fita adesiva médica. Aperte a barbicha. </li><li> Coloque uma seringa de ponta romba nos suportes de eléctrodos e injetar gel condutor em cada eletrodo na seguinte ordem: primeiro, o eletrodo &quot;terra&quot; na testa e, segundo, os cinco eletrodos utilizados no experimento, O2, O1, Oz, Pz e Cz. </li><li> Assentar o assunto em uma confortável cadeira de 60 centímetros na frente de um monitor de estímulo. Instrua o assunto para manter suas / seus olhos no mesmo nível horizontal, com o centro do monitor. </li><li> Ligue os fios dos eléctrodos para o sistema de aquisição de dados de EEG. Configure a taxa de amostragem de 1 kHz. </li><li> Examine a qualidade do sinal EEG no dedicado DPC. Se houver um problema com um eléctrodo em particular, gel de re-injectar para ajustar a impedância do canal. </li><li> Use a SPC dedicado a piscar quatro imagens robô a frequências de 4.615, 12, 15 e 20Hz como estímulos visuais na interface do usuário, como mostrado na Figura 2. </li></ol> 2. offline Analisar SSVEP Características <ol><li> Realizar 32 ensaios de experiências de treinamento off-line para cada assunto e registrar seus sinais cerebrais adquiridos do sistema de EEG durante todo este processo. NOTA: Este processo só é realizado por indivíduos de primeira viagem do experimento para estabelecer seus vetores de características SSVEP e para treinar o classificador. </li><li> Quando um julgamento começa, selecione um estímulo como o destino aleatoriamente e exibir uma seta amarela acima dela. </li><li> 1 seg mais tarde, piscar os quatro estímulos visuais em freqüências diferentes na interface do usuário por 5 s. </li><li> Solicite o assunto para focar o alvo estímulo selecionado, mantendo sua / seu movimento do corpo a um mínimo. </li><li> Após cada ensaio, dar o assunto 3 seg para relaxar, e, em seguida, iniciar o próximo julgamento. </li><li> Quando todos os ensaios terminar, leia os dados salvos. Extrair uma época de dados 3-sec ser<html> tween 2 segundos e 5 segundos após o gatilho que seleciona um estímulo como o alvo em cada tentativa. </li><li> Calcular a densidade do espectro de potência (PSD) de épocas de dados offline usando o Data Analyzer em scripts do MATLAB. Utilizar o algoritmo de processamento descrito em detalhes abaixo: <ol><li> Calcular os análise de correlação canônica (CCA) coeficientes dos dados de EEG multicanais com dados de referência. CCA é um método estatístico de múltiplas variáveis ​​utilizadas para dois conjuntos de dados para encontrar a sua correlação subjacente 13. Considerando o segmento 3s de dados de EEG multicanal X e os dados de referência Y do mesmo comprimento, usar CCA para encontrar os vectores de ponderação, W X e W Y, para maximizar o coeficiente de correlação ρ entre X = X T W X e Y = Y T W y. Defina os dados de referência a ser os sinais periódicos em determinadas freqüências de estímulo. /ftp_upload/53558/53558eq1.jpg &quot;/&gt; onde f 1, f 2, f 3, f 4 são as frequências característica dos quatro estímulos visuais. </li><li> Espacialmente filtrar os dados EEG multicanais X utilizando os coeficientes calculados CCA W x para obter uma one-dimensionais filtrados x de dados, que tem a correlação mais importante com a combinação linear dos dados de referência. </li><li> Calcule o PSD dos dados espacialmente x filtradas usando Transformada Rápida de Fourier (FFT). <img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq2.jpg" /> onde N FFT é o tamanho da amostra de dados de X, e FFT (x, n FFT) retorna transformar a N FFT Fourier discreta -ponto de x. </li><li> Normalizar o PSD em relação ao seu valor médio entre 3 e 30 Hz. <img alt="Equação 3" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3.jpg" /> Onde60; <img alt="Equação 3 Denominador" src="/files/ftp_upload/53558/53558eq3denominator.jpg" /> indica a média do espectro de potência entre 3 e 30Hz. </li></ol></li><li> Calibrar os parâmetros de classificação para as quatro freqüências de estímulo. Em primeiro lugar, observar o espectro PSD normalizado que corresponde ao seu alvo de estímulo, e configure manualmente a frequência com a forte amplitude PSD como a frequência característica. Com base na freqüência característica, dividir os dados PSD normalizados em dois conjuntos: um é adquirido quando o estímulo correspondente é selecionado como o destino, eo outro é adquirido quando os estímulos não-alvo são selecionadas. Calcular o valor médio de cada conjunto, respectivamente. Determinar o limiar pela mediana dos dois valores médios para classificar o alvo e não-alvo define 14. </li></ol> 3. processamento on-line sinais cerebrais <ol><li> Abra o processador de sinal de linha, conforme mostrado na Figura 3, que é desenvolvido based sobre o meio ambiente OpenViBE e os scripts de MATLAB, na DPC para os sinais cerebrais de processamento on-line. </li><li> Clique na caixa de sinal do Adquirir e Processos, que está marcado com um ciclo de vermelho na Figura 3, para abrir a janela de configuração do OpenViBE duplo. Configure os parâmetros de classificação para o assunto:. Definir a taxa de amostragem como 1 kHz, defina o intervalo de tempo para FFT como 3 segundos, e definir as freqüências de recursos de acordo com os resultados da análise off-line, por exemplo, 4.667, 24, 15 e 20 Hz . </li><li> Clique no botão começa a correr o processador de sinal online, que processa os dados em tempo real usando o seguinte algoritmo em três etapas. </li><li> Primeiro, o algoritmo adquire dados de EEG de canais de Oz, O1, O2, Pz e CPZ do sistema de EEG cada 0.5s, e extrai o segmento de dados dos últimos 3s para o processamento online. </li><li> Em segundo lugar, o algoritmo processa o segmento de dados 3-sec usando os algoritmos descritos no passo 2.7, e calcula o tempo real PSD para CLASSIFICAÇÃOção. </li><li> Em terceiro lugar, o algoritmo classifica os padrões de ondas cerebrais de acordo com as amplitudes de PSD nas quatro freqüências de recursos. Quando a amplitude de uma freqüência característica é acima de um dado limiar, classificar o estímulo bruxuleante à correspondente frequência, como o alvo SSVEP. </li></ol> 4. Ligar o robô humanóide <ol><li> Pressione o botão no peito do robô humanóide e esperar por ele para o arranque. NOTA: Este processo demora cerca de 1 min e é completada quando o robô diz &quot;OGNAK GNOUK&quot;, enquanto seu peito botão torna-se branco. </li><li> Estabelecer sua conexão Wireless Fidelity (WiFi) para o DPC 15. </li><li> Aberta o controlador do robô programado em C ++ scripts do Visual na DPC. O controlador recebe os resultados da classificação do Processador de Sinal Online via Virtual-realidade periférica Network (VRPN) interface, os traduz em comandos do robô, e controla os comportamentos correspondentes do humanoid robô via conexão sem fio. </li><li> Configurar o Controlador do Robô introduzindo o endereço de IP do robô de acordo com sua conexão Wi-Fi, a definição de três conjuntos de comportamentos robô que pode ser facilmente transferido para executar as três tarefas diferentes, e definir os parâmetros de execução desses comportamentos (por exemplo., Velocidade de caminhada ou a distância) para atender a exigência de tarefas. NOTA: mais detalhes sobre estes comportamentos são descritos nos passos 5.2.1, 5.3.1, 5.4.1 e. </li><li> Clique no botão Criar da plataforma Visual Studio para executar o controlador do robô. </li><li> Abra o programa Choregraphe no SPC. Clique em &quot;Conectar-se a&quot; botão para fazer aparecer um widget Connection. Selecione o robô para ser controlado de acordo com seu endereço IP, e clique duas vezes em seu ícone para se conectar a ele. </li><li> Abra o monitor de vídeo a partir do menu Exibir na barra de menu Choregraphe, e mova o monitor para a frente da interface do usuário para exibir informações de vídeo ao vivo da câmera do robô. </li></ol> &lt;p class = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Conduzindo experimentos controle de circuito fechado <ol><li> Solicite o assunto para executar três tarefas específicas de controlo de malha fechada dentro de ambientes diferentes, a fim de avaliar o desempenho interação cérebro-robô. NOTA: estas tarefas, que são importantes em aplicações robóticas, porque eles são úteis para ajudar os deficientes e idosos em suas vidas diárias, precisa ativar diferentes comportamentos do robô. </li><li> Realizar a primeira tarefa de controle de malha fechada para telepresença controlar o robô humanóide através de sinais cerebrais para caminhar através de obstáculos e apertar um interruptor de luz para acender a luz, como mostrado na Figura 4. <ol><li> Para realizar a primeira tarefa, controlar os comportamentos de robôs que são codificadas pelos quatro estímulos SSVEP como: um passo à frente com uma distância fixa de 0,15 m, virando à esquerda com um radian fixa de 0,3 rad, virando à direita com um radian fixa de 0,3 rad, e empurrando o interruptor usando sua mão direita. NOTA: o Configuração processo é descrito na etapa 4.4. </li><li> Informar a pessoa do objectivo tarefa e os quatro comportamentos para ser controlado. </li><li> Execute o controlador do robô como nos passos 4,5-4,7, e iniciar a experiência. Dê o tema da liberdade de perceber o ambiente e tomar decisões com base no feedback de vídeo ao vivo, e para ativar os comportamentos do robô por olhando para os estímulos correspondentes. NOTA: nenhuma instrução ou ajuda deve ser dada ao assunto a não ser em situações de emergência, por exemplo, o robô está prestes a colidir com um obstáculo.. </li></ol></li><li> Realizar a segunda tarefa para telepresença controlar o robô humanóide através de sinais cerebrais para caminhar em direção à escada que segue o sinal de saída, como mostrado na Figura 5. Ao confrontar os transeuntes, pergunte o assunto para controlar o robô para dizer &quot;desculpe-me&quot; e aguarde o transeuntes a ceder. <ol><li> Controlar os comportamentos robô codificadas pelos quatro estímulos SSVEP como: andar para a frente continuously a uma velocidade de 0,05 m / seg, de virar à esquerda continuamente a uma velocidade de 0,1 rad / seg, transformando direita continuamente a uma velocidade de 0,1 rad / seg, e parar todos os comportamentos de locomoção. </li><li> Alterne o controlador do robô para a função de regulação em função da postura 16. NOTA: quando o robô está caminhando, essa função usa o quarto estímulo como o comando de parar os comportamentos de passeio; quando o robô não está andando, ele usa o quarto estímulo para controlar o robô para dizer &quot;desculpe-me&quot;. A função é implementada em scripts C ++ através da detecção de status de caminhada do robô. </li><li> Informar a pessoa do objectivo tarefa e os cinco condutas a serem controlados. </li><li> Executar o Robot Controller e iniciar a experiência, tal como descrito no passo 5.2.3. </li></ol></li><li> Realizar a terceira tarefa para telepresença controlar o robô humanóide de caminhar em direção a um alvo balão, para buscá-lo e entregá-lo para a mão do sujeito, conforme mostrado na Figura 6. <ol><li> Controlar os comportamentos robô codificadas pelos quatro estímulos SSVEP como: um passo à frente com uma distância fixa de 0,15 m, virar à esquerda com um radian fixa de 0,3 rad, virando à direita com um radian fixa de 0,3 rad, e pegar objetos. </li><li> Ative a função de regulação em função da postura do Controlador do Robô reutilizar o quarto estímulo como o comando de colocar para baixo o objeto quando ele já tiver sido apanhado. </li><li> Informar a pessoa do objectivo tarefa e os cinco condutas a serem controlados. </li><li> Executar o Robot Controller e iniciar a experiência, tal como descrito no passo 5.2.3. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Este trabalho apresenta um procedimento experimental à base de SSVEP para estabelecer o sistema de interação cérebro-robô com robôs humanóides, integrando vários programas de software. Como a intenção humano é percebido por interpretar os sinais EEG em tempo real, é crítico para verificar as ligações dos eléctrodos de EEG e qualidades de sinal antes de realizar a experiência. Se os sinais adquiridos de todos os eletrodos são de qualidades pobres, é necessário verificar a conexão da terra e eletrodos...

Brain-Robot Interaction (BRI), que fornece um caminho de comunicação inovadora entre o ser humano e um dispositivo robótico através de sinais cerebrais, é potencial em ajudar as pessoas com deficiência em suas vidas diárias 1,2. Uma variedade de métodos é capaz de adquirir sinais cerebrais tanto invasiva ou não-invasiva, tal como electrocorticografia (ECoG), electroencefalograma (EEG), ressonância magnética funcional (IRMf), etc. O método não-invasivo mais comumente utilizado para a construção do sistema BRI é a aquisição de sinais de EEG a partir de eletrodos colocados no couro cabeludo. Este método é barato, fácil de utilizar e fornece uma resolução temporal aceitável 3. Entre uma variedade de dispositivos robóticos, robôs humanóides são avançados como eles são criados para imitar algumas das mesmas tarefas físicas e mentais que os seres humanos sofrem diariamente. BRI com um robô humanóide vai desempenhar um papel importante na assistência aos doentes e idosos, bem como a execução de trabalhos insalubres ou perigosos. Mas o controlede um robô humanóide através do sistema BRI é altamente desafiador, como o robô humanóide com movimento de corpo inteiro é desenvolvido para executar tarefas complexas tais como assistência pessoal 4, 5. Steady-State potencial evocado visual (SSVEP) é um tipo de sinal cerebral evocada pela modulação do estímulo visual em uma determinada frequência 6. Ele contém sinusóides nas freqüências fundamentais e harmônicas do estímulo cintilação, e bem visível aparece em todo o córtex visual na região occipital do couro cabeludo 7. A razão para a escolha dos sinais SSVEP é que o sistema baseado BRI-SSVEP produz relativamente alta taxa de transferência de informações e requer menos treinamento 8. Outros tipos de ondas cerebrais, tais como potenciais relacionados a eventos (ERPs) 9 ou do motor-imagery (MI) potenciais de 10, também podem ser incorporados a este procedimento experimental. Nosso procedimento para a interação cérebro-robô humanóide comrobôs é baseado em Cerebot - uma plataforma robô humanóide controlado pela mente - que consiste em um sistema de aquisição de dados de EEG e um robô humanóide 11. O sistema de EEG é capaz de gravar, pré-processamento dos sinais de bio-potencial de exibição adquiridos por vários tipos de eletrodos. Ele fornece analógico múltiplos I / Os e I / Os digitais e é capaz de gravar até 128 canais de sinal simultaneamente a uma taxa de amostragem de 30 kHz com resolução de 16 bits. Seus kits de desenvolvimento de software em C ++ e MATLAB são fáceis para os usuários a projetar os procedimentos experimentais. O robô humanóide tem 25 graus de liberdade e está equipado com vários sensores, incluindo 2 câmeras, 4 microfones, 2 rangefinders sonar, 2 IR emissores e receptores, uma placa de inércia, 9 sensores tácteis, e 8 sensores de pressão. Ele fornece Choregraphe e C ++ SDK para criar e movimentos de edição e comportamentos robôs interativos. O objetivo geral deste método é estabelecer um proce experimental à base de SSVEPdure integrando vários programas de software, tais como OpenViBE, Choregraph, software Central, bem como programas de usuário desenvolvido escritos em C ++ e MATLAB, para permitir o estudo da interação cérebro-robô com robôs humanóides 11. A Figura 1 mostra a estrutura do sistema. O computador apresentação do estímulo dedicado (SPC) exibe a interface do usuário para fornecer o assunto com estímulos visuais, instruções e feedbacks ambientais. O computador de processamento de dados dedicado (DPC) corre o Gravador de Dados eo off-line Data Analyzer no processo de treinamento off-line, e corre o processador de sinal de linha eo controlador do robô para o controle on-line do robô humanóide. Em comparação com outros sistemas de controle baseados em SSVEP, o nosso sistema é mais confiável, mais flexível e, sobretudo, mais conveniente para ser reutilizado e atualizado, uma vez que é desenvolvido através da integração de uma série de pacotes de software padronizados, como OpenViBE, Choregraph, software Central, e módulos escrito em C ++e MATLAB. O procedimento a seguir foi revisado e aprovado pelo Tianjin University Medical hospital geral comitê de ética, e todos os indivíduos deram consentimento por escrito.

<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.

Os resultados aqui apresentados foram obtidos a partir de um sujeito do sexo masculino tendo corrigido ao normal versão. A figura 7 mostra o procedimento do processamento de dados de EEG, incluindo extracção de uma época de dados multicanal (Figura 7A), espacialmente filtrar os dados com base nos coeficientes CCA (Figura 7B) e calculando o PSD normalizada (Figura 7C). <p class="jove_content" fo:keep-together.with...

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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.

Baseado no SSVEP procedimento experimental para a interação cérebro-robô com robôs humanóides

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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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.

Procedimento Experimental para a fiação quente do elenco componentes de alumínio

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

Engenharia

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.

Os métodos experimentais de armadilhagem sem crueldade íons usando Microfabricated íon armadilhas de superfície

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.

Métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com Laser de polarização-variável

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.

Procedimento Experimental para Estudos Laboratoriais de Queima In Situ: Inflamabilidade e Eficiência de Queima do Petróleo Bruto

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.

Cálculo Teórico e Verificação Experimental para Redução de Deslocamento em Camadas Epitaxiais de Germânio com Vazios Semicilíndricos em Silício

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.

Procedimento para transferência de películas de polímero para substratos porosos com defeitos minimizados

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.

Fabricação rápida de atuadores e robôs pneumáticos macios finos

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.

Medição de formas do modo Chladni com um método de alavanca óptica

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.

Entrega automatizada de alvos microfabricados para experimentos intensos de irradiação a laser

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

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

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

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

Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

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