[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC

Permanent URI for this collection

https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13

Browse

Now showing 1 - 20 of 3550

Verkkosuuntaajan vaihevirranmittausmenetelmien selvitys
(2024-09-06) Lavikka, Olli; Kyyrä, Jorma; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Virranmittaus näyttelee tärkeää osaa monessa sähköisessä tai elektronisessa järjestelmässä. Tätä virtatietoa voidaan esimerkiksi hyödyntää virhetilanteiden tunnistamiseen, sekä sen avulla voidaan luoda erinäisiä toiminnallisuuksia teknisiin laitteisiin. Jotta virranmittaus voidaan sovittaa vastaamaan laitteen vaatimuksia, on tiedettävä näistä erinäisistä anturiteknologioista, sekä niiden hyöty- ja haittaominaisuuksista. Tämä työ toimii yleiskatsauksena eri virranmittausteknologioihin ja työn pääpaino on eri tyyppisten Hall-teknologiaan perustuvien anturien käsittelyssä. Työ on laadittu erityisesti silmällä pitäen anturien kaupallista sovellettavuutta, joten aiheen rajauksen ulkopuolelle onkin jätetty uusimmat anturiteknologiat, jotka perustuvat esimerkiksi modernin fysiikan ilmiöihin. Työn soveltavassa osuudessa tarkastellaan taajuusmuuttajajärjestelmän toimintaa yleisellä tasolla, sekä pohdittaan verkkosuuntajan asettamia vaatimuksia virta-anturin valinnalle. Työn perusteella voidaan todeta virta-anturivalinnan olevan hyvinkin poikkitekninen prosessi, jossa yhdistyy esimerkiksi laitteen mekaniikka-, sähkö- ja elektroniikkasuunnittelun näkökulma. Lisäksi huomataan, että anturityyppien vertailu ei ole monestikaan kovin yksiseliteistä, sillä eri komponenttivalmistajat ilmoittavat tuotteidensa tekniset tiedot vaihtelevin määrittelyehdoin. Jatkotutkimuksen kannalta voidaan todeta, että erityisesti Hall-teknologiaan pohjautuvat magneettipiirittömät anturit vaativat lisäselvitystä, sekä vastaavasti sopivien anturien saatavuudesta on tehtävä laajempaa kartoitusta.
Pulse propagation in hollow core fibers
(2024-09-30) Pirttilä, Merituuli; Ludvigsen, Hanne; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
This bachelor’s thesis is a literature review on pulse propagation in hollow core fibers. Hollow core fibers are a specialty fiber characterized by their air filled core. Compared to conventional fibers they offer various advantages such as theorethically lower attenuation and higher damage threshold. The thesis discusses fundamentals of pulse propagation and main factors causing losses in the fibers. The thesis also discusses briefly the future applications of hollow core fibers.
DALI-pohjaisen valaistusjärjestelmän suunnittelu tukimustarkoitukseen
(2024-09-03) Torpo, Eero; Pinho, Paulo; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Nykypäivänä valaistuksen tehtävä on muutakin kuin pelkästään sisätilojen valaiseminen. Valaistuksella pystytään vaikuttamaan esimerkiksi ihmisten ja kasvien hyvinvointiin. Tämän pystyy ottamaan huomioon jo valaistusta suunniteltaessa. Toinen asia, joka nykypäivänä on erittäin tärkeää huomioida valaistuksen suunnittelussa, on valaistuksen energiankulutus, sillä se on iso osa maailman energiankulutuksesta. Vanhat analogiset järjestelmät eivät pysty näitä seikkoja ottamaan huomioon, mutta DALI pystyy. DALI (Digital Addressable Lighting Interface) on standardoitu protokolla, joka mahdollistaa valojen digitaalisen ohjaamisen, ja on keskeisessä osassa valaistuksen älykkään ohjaamisen kehitystä energiatehokkaammaksi ja älykkäämmäksi. DALIa hyödynnetään sisätilojen valaistuksessa, sekä valaistuksen tutkimuksessa. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää kuinka DALIa käytetään valaistuksen tutkimuksessa, mitä hyötyjä se tutkimuksille antaa ja kuinka se vaikuttaa tutkimuksien tekemiseen. Tutkielma on tehty tapaustutkimuksena ja tutkielmassa tarkastellaan neljää eri valaistuksen tutkimuskohdetta ja niihin käytettyjä välineitä. Tämän esittelyn pohjalta tarkastellaan syvemmin, kuinka DALI vaikuttaa näihin tutkimuskohteisiin ja tutkimusten tekemiseen. Työssä osoitetaan, että DALI on käytössä valaistuksen tutkimuksen kohteissa. Kohteissa on usein tarpeen saada muunneltua valaistusta joustavasti. Tämä näkyy esimerkiksi tutkimuksissa, joissa tarkkaillaan valon vaikutusta ihmisiin. Kohteissa, joissa tutkittiin valon vaikutusta kasveihin, nousi esille valaistuksen älykkään ohjauksen tarpeellisuus. Valaistuksen helpon ja laajan muokattavuuden ja ohjattavuuden lisäksi DALI tuo tutkimuksiin mahdollisuuksia, nopeutta ja tarkkuutta. DALI-järjestelmiin on mahdollista liittää sensoreita tai muita ohjain laitteita, jolloin systeemiä on helppo saada muutettua haluamallaan tavalla. Valaistuksen ohjauksen digitaalisuus puolestaan varmistaa, että kaikki valaistustilat ovat aina täysin toistettavissa ja automatisoitavissa, parantaen tutkimustulosten tarkkuutta ja nopeutta. DALIa kehittävien yritysten määrä on kasvussa, joka osoittaa että DALI on osa valaistuksen tulevaisuutta. Jotta valaistus kehittyy paremmaksi ihmisille ja kestävämmäksi maailmalla on tärkeää, että DALIn avulla kehitetään ja tutkitaan valaistusta myös tulevaisuudessa.
UPS-järjestelmien mitoitus asetinlaitteissa: Ylimitoituksen kustannusten vähentäminen
(2024-09-29) Dönmez, Melisa; Hinkkanen, Marko; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan UPS-järjestelmien mitoitusta rautateiden asetinlaitteissa, keskittyen ylimitoituksen aiheuttamien kustannusten vähentämiseen. UPS-järjestelmien ylimitoitus on yleinen ongelma, joka johtaa tarpeettoman suuriin hankinta- ja ylläpitokustannuksiin sekä energiankulutukseen. Tutkimuksen tavoitteena oli analysoida nykyisiä mitoitusmenetelmiä, tunnistaa niihin liittyviä ongelmia ja esittää ratkaisuja, joiden avulla UPS-järjestelmien mitoitus voitaisiin optimoida. Työssä käytettiin Siemens Mobilityn asetinlaitteiden UPS-mitoituksen laskelmia ja mittaustietoja. Tulokset osoittavat, että UPS-laitteet on usein mitoitettu suuremmiksi kuin todellinen kuormitustarve edellyttäisi.
Usage of nanoenzyme in cardiac tissue repair
(2024-09-29) Karppinen, Miia; Varjo, Vivi; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
This literature review narrates the potential of nanoenzymes in cardiac tissue repair. Nanoenzymes have been discussed in the literature since 2004. These artificial nanomaterials operate at the nanoscale and mimic the function of natural enzymes. Nanoenzymes have proven to be more efficient and stable than natural enzymes, garnering significant interest in biomedical research. Particularly, single atom nanoenzymes (SAzymes) appear promising in the advancement of modern medicine. Nanoenzymes are capable of functioning under various physiological conditions and catalyzing a range of chemical reactions. Their activity is often based on the surface structure or electronic properties of the nanomaterials. Additionally, nanoenzymes seem more cost-effective than natural enzymes. Nanoenzymes have been synthesized from various materials, including metals and organic compounds, each possessing unique properties and potential applications, allowing for their broad use in medical and industrial fields. In cardiac tissue repair, the most critical nanoenzymes are likely SAzymes and metal organic framework (MOF) nanoenzymes. Sazymes differ from the other nanoenzymes with their unique properties, such as higher surface chemical activity. The potential of nanoenzymes in treating cardiovascular diseases is significant. They can, for instance, promote myocardium regeneration after a myocardial infarction or enhance the healing process by modulating ROS levels in cardiac tissue. Nanoenzymes also offer the possibility of developing more precise and effective treatment methods, which could improve patient recovery and quality of life, and in the best cases, prevent the need for lifelong medication, further treatment or even death. Research in the field of nanoenzymes is ongoing, and their possibilities are vast. However, extensive research is required before they can be clinically used.
Kvanttisingulaariarvomuunnos
(2024-08-27) Lahikainen, Jan; Raasakka, Matti; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
QSVT eli kvanttisingulaariarvomuunnos (engl. quantum singular value transformation) on kvanttialgoritmi, joka on laajennettu ja paranneltu versio sen edeltäjästä QSP:sta eli kvanttisignaalinkäsittelystä (engl. quantum signal processing). QSVT:lla on monta erilaista käyttötarkoitusta. Se voi toimia itsenäisenä algoritmina, jolloin sitä käytetään sellaisenaan. Sitä voidaan käyttää myös pohjana jo olemassa oleville algoritmeille kuten työssä tullaan esittämään, jolloin se tehostaa vanhan algoritmin toimintaa. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on esitellä QSVT keskittyen sen teorian esittelyyn. Aluksi käydään lyhyesti läpi, mikä on kvanttitietokone, -piiri ja -algoritmi, sekä esitellään muita keskeisesti aiheeseen liittyviä asioita. Tämän jälkeen syvennytään QSVT:n toimintaan. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen, ja loppuun on tehty demonstraatio QSVT:n toiminnasta. Kuten todettu, työssä keskitytään QSVT:n teorian selittämiseen. Keskeisimmät teoriaan liittyvät käsitteet ovat SVD eli singulaarihajotelma (engl. singular value decomposition), QSP ja lohkokoodaus. SVD tomii tietynlaisena matemaattisena perustana algoritmille, ja sen ymmärtäminen havainnollistaa algoritmin toimintaa ja lopputulosta. Lohkokoodauksen rakentaminen on selitetty tarkasti työssä, sekä loppuun on annettu esimerkki sen suorittavasta kvanttipiiristä. Näiden käsitteiden avaamisen jälkeen käydään läpi QSVT:n toiminta teoriassa sekä toimintaa havainnollistava kvanttipiiri. Työssä esitellään yksi kvanttialgoritmi, Groverin hakualgoritmi, jonka toimintaa QSVT:n teknologia voi tehostaa. Groverin hakualgoritmi on yksi vanhimmista kvanttialgoritmeistä, ja pienillä QSVT:ssä esitellyillä lisäyksillä algoritmin tehokkuutta saadaan lisättyä. QSVT voi tehostaa myös monien muiden kvanttialgoritmien toimintaa, ja sitä on kuvattu kvanttialgoritmien suureksi yhdentymäksi. Työn lopussa on demonstraatio aiheesta.
Kaistanpäästösuodattimen suunnittelu tutkajärjestelmään
(2024-09-30) Kurvi, Visa; Kuosmanen, Matti; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Suodattimien on olennaista pystyä muokkaamaan syötettyä signaalia käyttökohde huomioon ottaen. Niiden pääasiallinen käyttö on signaalin kaistanleveyden rajoittaminen. Radiotekniikassa suodattimia löytyy käytännössä kaikkialta ja käyttökohteita on useita kuten televiestintä, tutkatekniikka ja erilaiset mittausjärjestelmät. Tutkissa lähetettävän signaalin kaistanleveys halutaan määritellä tarkasti, jotta havaittavasta kohteesta heijastuvat tutkakaiut voidaan vastaanottaessa eritellä muista ympäristössä liikkuvista signaaleista. Lähettimen säteilemän häiriösignaalin vähentäminen on myös olennaista. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on suunnitella kaksi erityyppistä kaistanpäästösuodatinta tutkajärjestelmään, joka käyttää aktiivista antenniryhmää, ja vertailla suodattimien ominaisuuksia keskenään mahdollisimman laajasti. Suodattimien ominaisuuksia ovat mm. fyysinen koko, siirtymäkaistan jyrkkyys, heijastuskerroin, vaimennus ja ryhmäviive. Suodattimet mitoitetaan 5,4–5,9 GHz kaistalle, jota käytetään esimerkiksi joissakin ilmavalvontatutkissa. Työn alussa esitetään Butterworth- ja Chebyshev-suodattimen sekä elliptisen suodattimen teoriapohja ja käsitellään suodattimien suunnitteluvaiheet. Tämän jälkeen Butterworth- ja Chebyshev-suodattimet simuloidaan AWR Design Environment –ohjelmistolla ja tuloksia vertaillaan keskenään. Työssä osoitetaan, että mikroliuskojen avulla on mahdollista toteuttaa suodattimia haluttuun käyttätarkoitukseen. Teoreettisesti lasketut mikroliuskojen mitat toimivat kuitenkin enemmän lähtöarvoina, joita iteroimalla on mahdollista saavuttaa haluttu lopputulos. Omilla simuloinneilla onnistuttiin saamaan lupaavia tuloksia ja vertailun perusteella Chebyshev-suodatin osoittautui parhaaksi vaihtoehdoksi aktiiviseen antenniryhmään. Simuloinnit tukevat käsiteltyä teoriaa, vaikka mikroliuskojen mittoja jouduttiinkin hienosäätämään tulosten parantamiseksi.
Effects of aging on cardiac endothelial cells: comparison of bulk and single-cell RNA sequencing results
(2024-08-29) Kahri, Leevi; Kivelä, Riikka; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Endothelial cells form a single-cell-thick layer lining the interior of all blood ves-sels, playing a crucial role in maintaining vascular homeostasis. They vary depend-ing on their location within the vascular system as arterial, venous, and capillary cells can be identified from their gene expression patterns. However, aging induc-es endothelial cell dysfunction and the resulting gene expression changes are of interest. A better understanding of these changes could provide opportunities for preventing cardiovascular diseases typical for the elderly. RNA sequencing is a technology that can reveal these gene expression changes. Cellular activity largely depends on the production of various proteins, which are synthesized from nuclear genes via messenger RNA (mRNA). In RNA sequencing, this mRNA is isolated and identified, revealing which proteins are being produced. Sequencing and analyzing samples from multiple conditions reveals which genes are expressed differently between those conditions. This bachelor’s thesis investigates the effects of aging on endothelial cells. The study was conducted by analyzing RNA sequencing data from endothelial cells isolated from the hearts of old and young mice. The data is analyzed from both single cell and bulk sequenced cells. In single cell sequencing, gene expression is measured individually for each cell in the sample, whereas in bulk sequencing expression values represent an average across all cells in the sample. In the single-cell data, endothelial subpopulations were successfully identified. Cells from capillaries, arteries, and veins clearly expressed well known marker genes for these groups. The single cell data revealed downregulation of heat shock protein related genes in the aged group. However, these findings were not sup-ported by bulk results. Upregulation was more consistent in both datasets and Cd74 was recognized as an interesting gene for further investigation.
Valaistuksen vaikutus masennukseen
(2024-09-23) Korhonen, Kim; Pinho, Paulo; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Masennus on maailmanlaajuinen mielenterveysongelma, joka vaikuttaa miljooniin ihmisiin, ja tehokkaiden hoitomuotojen löytäminen on erittäin tärkeää. Tämä kandidaatintyö tutkii valaistuksen vaikutuksia masennukseen, keskittyen sekä psykologisiin että fysiologisiin vaikutuksiin. Työn tavoitteena on ymmärtää, miten valo voi vaikuttaa ihmisten mielenterveyteen, erityisesti masennuksen hoidossa, sekä tarkastella valon roolia sisäisen kellon säätelyssä ja erilaisten valaistusratkaisujen merkitystä yleisen hyvinvoinnin kannalta. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin, että kirkasvalohoito voi merkittävästi vähentää masennusoireita erityisesti kaamosmasennuksesta kärsivillä. Tämä hoitomuoto auttaa säätelemään vuorokausirytmiä ja hormonitasoja, erityisesti melatoniinia ja kortisolia. Parhaiden tulosten saavuttamiseksi suositellaan käyttämään noin 10 000 luksin kirkasta valkoista valoa 30 minuutin ajan päivittäin. Aamuisin annettu kirkas valo auttaa säätämään kehon sisäistä kelloa ja lievittämään masennuksen oireita. Lisäksi työ korostaa valospektrin tärkeyttä, erityisesti sinisen valon merkitystä vuorokausirytmin säätelyssä ja mielialan parantamisessa. UV-valo kuitenkin aiheuttaa terveysriskejä, joten on tärkeää käyttää laitteita, jotka suodattavat haitallisen säteilyn pois. Tämä työ tarkastelee myös dynaamisen ja adaptiivisen valaistuksen psykologisia ja kognitiivisia hyötyjä. Dynaaminen valaistus, joka jäljittelee luonnollisia päivänvalon muutoksia, voi parantaa mielialaa ja tuottavuutta sekä vähentää väsymystä. Adaptiivinen valaistus mukautuu automaattisesti ympäristöön ja käyttäjän tarpeisiin, parantaen hyvinvointia ja vähentäen silmien rasitusta erityisesti vaihtelevissa valaistusolosuhteissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että hyvin suunniteltu valaistus voi olla tehokas keino masennuksen hoidossa ja yleisen hyvinvoinnin parantamisessa. Kuitenkin tarvitaan lisää tutkimusta valaistusratkaisujen pitkäaikaisista vaikutuksista ja niiden optimoinnista erilaisissa hoitotilanteissa.
Proteiinien adsorptio nanoselluloosamateriaalien pinnoille
(2024-09-05) Kuusisto, Venla; Laurila, Tomi; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Tämä kandidaatintyö keskittyy proteiinien adsorptioon ja nanoselluloosamateriaaleihin, tutkien niiden ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia. Proteiinien adsorptio on monimutkainen kemiallinen ilmiö, jossa proteiinimolekyylit sitoutuvat materiaalin pintoihin. Adsorptioon vaikuttavat proteiinien ominaisuudet, kuten koko, rakenne ja sähkövaraus, sekä adsorptiopinnan fysikaalis-kemialliset piirteet, kuten pintajännitys ja sähkövaraus. Myös ulkoiset tekijät, kuten lämpötila ja liuottimen ominaisuudet, vaikuttavat adsorption tehokkuuteen. Nanoselluloosa on uusiutuva ja biohajoava materiaali, jota voidaan valmistaa esimerkiksi puusta tai bakteerien avulla. Työssä käsitellään nanoselluloosan kolmea päätyyppiä: selluloosananokiteitä, selluloosananofibrillejä ja bakteeriselluloosaa. Nämä materiaalit eroavat toisistaan morfologian, kiteisyyden ja mekaanisten ominaisuuksien suhteen. Nanoselluloosan ominaisuudet, kuten suuri ominaispinta-ala, hyvä muokattavuus ja korkea mekaaninen lujuus, tekevät siitä kiinnostavan materiaalin erityisesti biolääketieteen ja materiaalitieteiden sovelluksissa. Esimerkiksi nanoselluloosakomposiitteja voidaan käyttää biomarkkereiden tunnistamisessa ja erilaisissa sensoreissa. Proteiinien kerrostuminen eli kasautuva adsorptio biosensorien pinnoille on merkittävä ongelma, sillä se voi heikentää merkittävästi sensorien herkkyyttä, vakautta ja luotettavuutta aiheuttamalla valtavan määrän kohinaa. Biolikaantumisen yhtenä ratkaisuna voidaan pitää nanoselluloosamateriaaleja, sillä nanoselluloosa on hyvin hydrofiilistä ja sillä on kyky muodostaa vetysidoksia, jotka estävät proteiinien kiinnittymisen pinnalle. Kandidaatintyö tarjoaa kattavan katsauksen proteiinien adsorptioon ja nanoselluloosamateriaaleihin, proteiinien ja nanoselluloosamateriaalien vuorovaikutuksiin, sekä niiden merkitykseen ja potentiaaliin bioteknologisissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa, etenkin biolikaantumisen estämisessä.
Silkkikuitujen kehruulaitteiston koagulointikylvyn kehittäminen
(2024-09-20) Wende, Lise; Sammalisto, Fred-Eric; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Silkkikuitu on erittäin kestävä ja joustava materiaali, jonka ominaisuuksia pyritään jäljittelemään myös synteettisesti. Laboratorio-olosuhteissa on jo onnistuttu tuottamaan bakteerien, kuten Escherichia coli-bakteerin, avulla keinotekoisista minispidroineista silkkiproteiineja suurella saannolla, mutta niistä kehrätyt kuidut eivät vielä vastaa laadultaan luonnollista hämähäkinsilkkiä. Tässä kandidaatintyössä perehdytään kirjallisuuskatsauksen muodossa silkkikuitujen luonnolliseen muodostumiseen sekä keinotekoisten silkkikuitujen tuotannon nykytilanteeseen. Kirjallisuuskatsauksen lisäksi tämä kandidaatintyö sisältää kokeellisen osan, jossa tutkitaan koagulointiajan vaikutusta liuoskehrättävien kuitujen laatuun. Silkkikuitujen luonnollisesta tuotannosta on selvillä jo runsaasti tietoa, mutta myös lisätutkimuksen kohteita on edelleen. Kuidunmuodostukselle oleellisiin tekijöihin kuuluu esimerkiksi koagulointiympäristön pH, joka laskee hämähäkin rauhasesta poistuttaessa tasaisesti. Hämähäkin rauhasesta johtavan käytävän kapeneminen ja proteiiniliuokseen kohdistuva vetävä voima ovat muita oleellisia tekijöitä kuidunmuodostuksessa. Biomimeettisessa hämähäkinsilkin tuotannossa pyritään jäljittelemään hämähäkin luontaisen silkin tuotannon olosuhteita. Tämän kandidaatintyön kokeellisessa osiossa toteutettiin koeasetelma, jossa proteiiniliuosta ohjattiin kapillaarin kautta natriumasetaattipuskuriin. Puskurista muodostuva kuitu kerättiin kehruupyörälle ja tuotettujen kuitujen olemusta, halkaisijaa sekä vetolujuutta analysoitiin. Kokeellisen osion tuloksena vaikuttaisi siltä, että koagulointiaikaa varioimalla voidaan tuottaa kuituja, joiden ominaisuuksien ilmenemistä voidaan korostaa. Lyhyt koagulointiaika vaikuttaisi tuottavan erityisen joustavia kuituja. Pidemmällä koagulointiajalla tuotetut kuidut vaikuttavat kestävän enemmän voimaa katkeamatta, mutta venyvyys on niissä vähäisempää. Lisätutkimus olisi kuitenkin oleellista myös koagulointiajan osalta, sillä tämän kandidaatintutkielman otanta oli hyvin suppea. Silkkikuitujen liuoskehruulla saavutetaan jo ominaisuuksiltaan lupaavia kuituja, ja tarkemmalla hämähäkkien silkintuotantoon kohdistuvalla tutkimuksella sekä kehruuasetelman eri parametrien optimoimisella kuitujen ominaisuuksia pystytään jatkossakin parantamaan.
Säädettyjen sähkömoottorikäyttöjen simulointi Python-ympäristössä
(2024-09-20) Lång, Markus; Hinkkanen, Marko; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Sähkömoottorikäytöt ovat olennainen osa monia nykyaikaisia sovelluksia, kuten teollisuusautomaatiota ja sähköajoneuvoja. Niiden mallintaminen ja simulointi on tärkeää järjestelmien suunnittelussa. Perinteisesti simulointiin on käytetty kaupallisia ohjelmistoja kuten Matlab/Simulink, mutta avoimeen lähdekoodiin perustuvat työkalut, kuten Python tarjoavat houkuttelevan vaihtoehdon. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on toteuttaa simulaatiomalli tasavirtamoottorille Python-ympäristössä ja verrata sitä vastaavaan Simulink-malliin. Työssä keskitytään erityisesti avoimen silmukan ja kaskadisäädetyn DC-moottorijärjestelmän mallintamiseen. Toisena tavoitteena on arvioida Python-ympäristön soveltuvuutta sähkömoottorikäyttöjen simulointiin verrattuna perinteisiin työkaluihin. Työssä esitetään DC-moottorin matemaattinen malli ja sen soveltaminen Python-ympäristössä käyttäen NumPy-, SciPy- ja Matplotlib-kirjastoja. Simulaatiomallit toteutetaan sekä avoimelle silmukalle että kaskadisäädölle. Mallien toimivuus varmennetaan vertaamalla tuloksia vastaaviin Simulink-malleihin. Työssä osoitetaan, että Python-ympäristössä voidaan toteuttaa luotettavia simulaatiomalleja sähkömoottorikäytöille. Erityisesti Python-mallin tuottamat tulokset vastaavat hyvin Simulink-mallin tuloksia sekä avoimen silmukan että kaskadisäädetyn järjestelmän tapauksessa. Lisäksi työssä todetaan Python-ympäristön tarjoavan etuja kuten avoin lähdekoodi, laajennettavuus ja integroitavuus muihin järjestelmiin. Kuitenkin Simulinkin graafinen käyttöliittymä ja laaja työkaluvalikoima ovat yhä merkittäviä etuja.
PIR-sensorien käyttö avotoimistojen valaistuksenohjauksessa
(2024-09-20) Laine, Samuel; Einola, Kiia; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Tämä työ tarkastelee PIR-sensorien ominaisuuksia ja niiden käyttöä avotoimistojen valaistuksenohjauksessa. Tarkoituksena on löytää sensorien sijoitukseen vaikuttavat tekijät ja muodostaa niiden kautta käsitys siitä, miten PIR-sensori tulisi sijoittaa erilaisissa kohteissa avotoimistossa. Työtä voidaan siis käyttää avotoimistotilojen suunnittelun työkaluna. Toimistorakennukset ovat merkittävä energiankuluttaja nyky-yhteiskunnassa ja suurin osa on avotoimistoja. Energiankulutuksen vähentäminen näissä tiloissa on siis tärkeää näissä tiloissa nykyisen energiakriisin takia. Yksi avotoimistoissa energiaa kuluttava tekijä on valaistus, jonka käyttöä voidaan vähentää läsnäoloohjauksella. Yksi yleisimmistä tavoista toteuttaa läsnäolo-ohjausta on PIR-sensorit niiden edullisuuden takia. Nämä sensorit kuitenkin omaavat ongelmansa. Ne vaativat suoran näköyhteyden havainnoitavaan kohteeseen, minkä takia sijoitus on tärkeä tekijä. Lisäksi PIR-sensorit havaitsevat paikallaan olevia kohteita heikosti. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Materiaaleina käytettiin valaistusalan peruskirjallisuutta sekä tuoreita julkaisuja energiankulutuksesta ja PIR-sensorien käytöstä. Lisäksi tarkastellaan alan tulevaisuuden kehityssuuntia. Tuloksena havaittiin tutkimuksen PIR-sensorien sijoituksen osalta olevan rajallista ja lisätutkimuksen olevan tarpeen. Sensorin haasteiden minimointiin kuitenkin löytyi erilaisia tapoja. Lisäksi avotoimistojen ja valaistuksenohjauksen kehityssuunnat kertovat PIR-sensorien käytön olevan yhä ajankohtaista.
Extensions to DNA-PAINT
(2024-09-20) Kantele, Aapo; Kipnis, Abraham; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Imaging is an important tool in scientific research. When attempting to employ traditional optical microscopy methods to extremely small targets, a problem arises as a fundamental rule of physics limits the maximum achievable resolution. This diffraction limit is approximately 200-250 nm. By using super-resolution imaging methods, targets can be imaged with sub-diffraction-limited precision. DNA-PAINT (DNA Points Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography) is a super-resolution method, that uses the fluorescence emitted by fluorophores (molecules that emit light) to localise the center points of individual fluorophores to create super-resolution images. This is achieved through the transient binding of imagers (imagers being fluorophore-labeled DNA-strands) to their complementary docking strands on the target of imaging. This thesis is a review exploring various ways in which the performance of DNA-PAINT can be improved. This thesis explores various extensions, which can improve the performance of DNA-PAINT. For example, fluorogenic imagers enhance DNA-PAINT as they emit less fluorescence when unbound, reducing the background fluorescence and thus boosting image quality by increasing contrast. Other methods, such as optimising DNA sequences, have also been shown to be effective. This method uses overlapping sequence, that increase the imaging speed by facilitating more binding events.
Luonnollisen kielen käsittelyn menetelmät lakiesitysten lausuntojen tunneanalyysissä
(2024-09-20) Ikola, Matias; Laaksonen, Jorma; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Tämä työ käsittelee luonnollisen kielen käsittelyssä tehdyn tunneanalyysin menetelmiä ja niiden soveltuvuutta hallituksen lakiesitysten saamien lausuntojen analysoimisessa. Motivaatio työlle on kartoittaa tapoja hyödyntää luonnollisen kielen käsittelyä politiikassa esimerkiksi lausuntojen kaltaisten materiaalien tiivistämisessä, jolloin ne voisivat olla kansalaiselle lähestyttävämpiä. Työ koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja soveltavasta osasta. Kirjallisuuskatsauksessa käydään läpi kaikkiaan seitsemän eri tunneanalyysin menetelmää: sanakirja- ja korpuspohjainen analyysi, tukivektorikone, naiivi Bayesin luokitin, konvoluutioneuroverkko, gated recurrent unit -neuroverkko, sekä suuret kielimallit. Näistä menetelmistä tukivektorikone ja suuri kielimalli GPT valikoituivat soveltavan osan vertailuun kirjallisuudessa saamiensa tulosten perusteella. Lopullisessa vertailussa tukivektorikone saavutti 68 \%:n ja GPT 78 \%:n tarkkuuden lausuntojen luokittelussa negatiivisiin, neutraaleihin ja positiivisiin. Soveltavasta osasta voidaan päätellä, että tukivektorikoneen ja GPT-kielimallin suoritusten ero on merkittävä, mutta molempia menetelmiä voidaan vielä parantaa merkittävästi. Tukivektorikoneelle annettavan datan esikäsittelyä voidaan vielä parantaa, ja molemmat menetelmät hyötyisivät laajemmasta opetusdatasta. Lisäksi sovelluksesta voitaisiin tehdä hienostuneempi käyttämällä eri luokkia tai tekemällä tunneanalyysin aspektikohtaisesti.
Solution-processed active layer for an organic light-emitting transistor
(2024-09-20) Kantele, Paavo; Soldano, Caterina; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
As a device platform, organic light-emitting transistors have gained recent interest as a luminescent electrical component. Their ability to function as an electrical switch and an emissive device depending on the applied electrical biases make them flexible and prime candidates in both efficient lasers and display devices. Currently OLETs are expensive to fabricate and offer worse electroluminescent properties when compared to their OLED counterparts. This thesis examines solution processing as a more efficient method of OLET fabrication as well as the current materials of interest. The current solution processing methods such as dip-coating and spin-coating are simple to control and can be used to produce high-quality films. However, these methods utilise semiconductor solution inefficiently and are not suitable for large-area manufacturing. Instead, solution printing methods have been shown to produce high-quality films in OLEDs. Further research is needed to show how these efficient fabrication methods could be used to fabricate OLETs from solution. Solution-processable materials have also been developed alongside solution processing methods. In in case of active layers based on a single material, light-emitting organic crystals have gained interest as they possess both high-charge carrier mobilities as well as brightness and can be processed separately from the other OLET layers. Solvent interference that has especially impacted the design of multilayer devices is being remedied by the growing list of available organic materials and the development of solution-processable inorganic materials.
Anaerobisen laktaattikynnyksen arvioiminen ei-invasiivisilla menetelmillä
(2024-09-20) Kanerva, Sini; Arasalo, Ossi; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Anaerobinen laktaattikynnys määritetään perinteisesti ottamalla verinäyte sormen päästä tai korvalehdestä asteittaisen harjoitteen aikana. Menetelmän ongelmia ovat muun muassa infektiot, epämukavuus sekä epäjatkuvuus. Ei-invasiiviset biosensorit voisivat toimia vaihtoehtoisena menetelmänä määrittää anaerobinen laktaattikynnys. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuustutkimus, jossa vertaillaan ja arvioidaan kirjallisuudessa esiintyviä sähkökemiallisia hikilaktaattibiosensoreita sekä käsitellään laktaatin merkitystä osana urheilijoiden energiantuotantoa. Laktaatilla on merkittävä rooli aerobisen ja anaerobisen energian tuotannon linkkinä ja se toimii lihasten hapettumisen puskurina. Sen kertyminen veressä voimistuvan glykolyysin määrän vaikutuksesta toimii indikaattorina protonien kertymiselle lihaksissa ja siten se on hyvä merkki lähestyvästä metabolisesta asidoosista. Lihasten väsymisen ei voida kuitenkaan väittää johtuvan pelkästään pH:n laskusta vaan siihen on osoitettu vaikuttavan myös epäaorgaanisen fosfaatin kertyminen ja natrium-kaliumpumpun toiminta. Työssä vertailtiin kahdeksassa eri artikkelissa esitettyjä sähkökemiallisia hikilaktaattisensoreita. Suurimpana haastena menetelmän toimivuuteen näyttää olevan epäselkeys tekijöistä, jotka vaikuttavat hien laktaatin tuotantoon, sekä hien ja veren laktaattipitoisuuksien välisestä yhtyedestä. Uusimmat tutkimukset viittaavat, että hien ja veren laktaattipitoisuudet korreloivat fyysisen harjoitteen aikana. Lisäksi laktaattipitoisuus hiessä pienenee hikoilun kasvaessa mikä tulisi ottaa huomioon sensoreiden kehityksessä. Hien ja veren laktaattipitoisuuksien välistä yhteyttä tulisi tutkia jatkossa lisää. Niiden välinen yhteys on edellytys sille, että hikilaktaattisensorit voisivat toimia ei-invasiivisena menetelmänä anaerobisen laktaattikynnyksen mittaamisessa.
Edistykset nanoteknologiassa LEDien tehokkuuden parantamiseksi
(2024-08-27) Hakala, Sauli; Pinho, Paulo; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
LED-teknologia on edistynyt merkittävää vauhtia vuosikymmenten ajan ja LEDeillä on jatkuvasti kasvava rooli valaistuksessa ja näyttöteknologiassa. Nanoteknologioita, kuten kvanttipisteitä ja kvanttikaivoja, on jo hyödynnetty LEDien aallonpituuksien säätelyssä sekä suorituskyvyn parantamisessa, mutta nanoteknologialla on kasvava rooli LED-teknologiassa LEDien koon pienentyessä. Nanoteknologialla voitaisiin tehostaa LEDien eri ominaisuuksia sekä laskea energiankulutusta ja kustannuksia. Tässä kandidaatintyössä tutkin, minkälaisia edistyksiä nanoteknologiassa on tapahtunut LEDien tehokkuuden ja värintoiston parantamiseksi. Tässä työssä analysoidaan kvanttipisteiden, nanolankojen ja nanofosforien hyödyntämistä LED-teknologiassa. Työ keskittyy tutkimaan miten eri nanomateriaalit vaikuttavat valotehokkuuteen, kvanttitehokkuuteen, väriskaalaan, värintoistoindeksiin, värilämpötilaan sekä värin laatuun. Työn alussa esitelen LEDin historiaa, teoriaa sekä toimintaperiaatetta. Seuraavaksi käsittelen kvanttipisteiden, nanolankojen ja nanofosforien teoriaa ja ominaisuuksia sekä niiden implementointia LEDeihin. Lopuksi esittelen tutkimuksissa saavutetut tulokset sekä haasteet teknologioiden implementoinnissa.
Polymeric Nanostructures in MRI Contrast Agents
(2024-09-19) Airila, Laura; Paganelli, Zoe; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Magnetic resonance imaging MRI is a popular non-invasive technique for injury and disease diagnosis, and the clarity of the images is enhanced with contrast agents (CAs). Metal elements, such as gadolinium (Gd), manganese (Mn), and iron (SPION-particles) are used as the base of MRI CAs. Gd exposure is linked to health risks, such as nephrogenic systemic fibrosis (NSF). Therefore, polymeric nanoparticles are researched to improve the performance and safety of the commercial CAs. Several polymeric nanoparticles are suitable for medicine due to their small size, biocompatibility, reduced toxicity, targeted delivery possibilities, effective biodistribution, and the ability to carry a variety of physiochemically different drugs. Polymeric nanoparticles are either synthetic or natural, and this thesis focuses on the synthetic ones. The CAs are most often incorporated into hollow nanocapsules, solid nanospheres, or radially expanded micelles. The CA is conjugated with covalent bonds to the polymer, adsorbed to the nanoparticle surface, or encapsulated inside the particle. Additionally, SPIONs are often modified with polymer coating on the surface. The conjugation site and chemical bonds determine the stability of the polymer-CA particle. A possible controlled release of the CA particle can be adjusted to detail, to target a specific tissue, organ, tumor, or injury. Poly(Lactic acid)-Poly(Glycolic acid) (PLA-PEG) is a commonly used copolymer in medical nanotechnology due to its safety, amphiphilicity, and strength. PLA-PEG is already used in a variety of therapeutic drugs. The properties are easy to modify by adjusting the PLA/PEG ratio. PLA-PEG is researched for Gd, Mn, and SPIONs in different nanoparticles, and the results report improved efficiency compared to pure CA particles. Polymeric nanoparticles provide a possibility for perfectly personalized imaging and therapy since tumor-targeting drugs can be incorporated into the same carrier as the polymer. Nanotechnology is an advantageous tool to improve health and well-being, but the most promising findings are related to cancer therapy. Non-modified agents still dominate the market, and nanotechnology on CAs can reach the clinical state with a substantial financial commitment to research.
TENSin mekanismit ja sovellukset
(2024-09-19) Mustajoki, Villa; Kangasmaa, Otto; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
Transkutaaninen hermostimulaatio (TENS) on hoitomenetelmä, jossa ihon läpi annettavilla sähköimpulsseilla pyritään aktivoimaan ihon alaisia tuntohermoja. Sähköstimulaation tarkoitus on estää haitallisten viestien kulkua sekä vapauttaa kehon luontaisia endorfiineja. TENS on lääkkeetön vaihtoehto monien oireiden hoitoon, joten sen avulla voidaan päästä eroon lääkkeiden aiheuttamista haitallisista sivuvaikutuksista. Tämän työn tarkoitus on selvittää miten TENS toimii sekä mihin ja miten sitä tällä hetkellä käytetään. Työ toteutetaan kirjallisuustutkimuksena analysoimalla useita TENSin käyttöön liittyviä tutkimuksia. Sähköimpulssit tuotetaan TENS-laitteen avulla ja ne annetaan potilaalle iholle asetettavien elektrodien kautta. Laitteesta pystyy säätämään muun muassa sähköimpulssin intensiteettiä, taajuutta sekä pulssin kestoa. Säädöt valitaan yksilön tarpeiden sekä käytettävän TENS-tekniikan mukaan. TENSiä käytetään muun muassa kivunlievityksessä, pahoinvoinnin kontrolloimisessa, alempien virtsateiden toimintahäiriöiden sekä MS-taudin oireiden hoidossa. TENSiä on tutkittu paljon etenkin kivunlievityksessä, mutta sen tehokkuus on yhä kiistanalainen ja aiheuttaa keskustelua. Muiden sovellusten osalta laajoja tutkimuksia ei ole vielä tehty. Tutkimukset ovat kuitenkin antaneet lupaavia tuloksia, joten jatkotutkimukset ovat tarpeen. Tulevaisuudessa tulisi keskittyä siihen, että tutkimukset olisivat laadukkaita ja hyvin tehtyjä.

Browse

Recent Submissions