Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)

Permanent URI for this collection

https://hdl.handle.net/10889/65

Browse

Now showing 1 - 20 of 140

Open Access
Super-resolution ultrasound imaging
(2022-10-31) Κοτσαρίνης, Νικόλαος; Kotsarinis, Nikolaos
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Recently, research studies have shown a rapid increase of several types of cancer which are attributed to many factors such as air pollution, unhealthy diet, modern living, random mutations etc. An important type of cancer among men that is clearly accused of high death rate if it is not diagnosed in time, is prostate cancer. Prostate cancer is being diagnosed after following a specific protocol which of course includes a TRUS-guided biopsy, usually after having an MRI scan. US has been undoubtedly considered as an imaging modality which can compete with MRI due to its low cost, the real-time imaging possibility, its portability, its non-radiation effects and its relatively easy user’s operation. On the other hand, its poor spatial resolution, often an MRI or CT-scan is required to make an accurate diagnosis of a disease regarding soft tissues. CEUS has come to bridge this gap, since it introduces UCAs, non-linear scatterers of the sound wave. These agents, often called MBs, are infused in the blood in a specific region to be scanned. A US transducer produces sound waves at a specific frequency. The MBs reflect the transmitted signal, since they are strong scatterers of sound waves, and the reflected signal is received by the transducer again. This procedure is based on the piezoelectric effect of certain materials. This means that when an electric field is applied to them they produce sound waves, but also the opposite. Thus, an image with high contrast can be achieved. Of course there are several methods that utilize the non-linear effect of the MBs and distinguish it from the surrounding tissues, called the contrast-specific imaging techniques. Many of them take advantage of the high mechanical index, while others use the low mechanical index, especially when continuous real-time imaging is necessary. This modality can be used for visualizing the micro-vascularity of the prostate gland in super-resolution using accurate localization-based detection procedures. Since, it is known that there is high correlation between micro-vascularity and cancer growth, it is very important to create US images which can provide the clinician with information about the vascular bed and possibly a tumor growth at early or more progressive stages. After detecting these MBs in super-resolution images, there comes the part, where the tracking procedure is taking place. Usually, a frame sequence of the contrast-enhanced images of the prostate is available and the MBs detected using localization techniques, have to be linked in sequential frames in order to create the tracks of each MB and thus the vessels in which the MBs are flowing into. Several Algorithms have been developed for dealing with the tracking problem, mainly divided in two sub-categories, the deterministic and the probabilistic. The deterministic approach is assumed to be a more conservative method for dealing with tracking and it is based on the optimization of the assignment problem like the Nearest-Neighbor algorithm, after having accurately localized the targets. The probabilistic approaches, on the other hand, have been recently introduced to deal with the tracking problems and it seems that they lead to more accurate and reliable results than the previous ones, since they are based on the prediction of the trajectory using the prior knowledge of measurements like locations or velocities, thus creating realistic probabilities of a certain MB to be linked with another MB. In this study a new tracking algorithm is introduced, the BM3D plus Rho, which utilizes the correlation between MBs in sequential frames to form links inside tracks. Of course, a thorough investigation of MB size and other characteristics is preceded. The new algorithm uses data taken from manually collected tracks in a sample of the population in order to optimize the linking procedure on a link-based level. A new detection filter is also added which leads to even more accurate localizations. During the analysis, an evaluation procedure is taking place using synthetic data produced by an algorithm, and thus a more robust comparison can be achieved. In this study, It was found that the vector angle correlation between MBs inside the same track range from 0 to 23 (angle in degrees) for the sample and dataset SRI001, which of course can be used in other datasets such as SRI010, in which the resulting maps were clearly improved even if the maximum correlation value is not know from a respective sample, like in SRI001. Resulting track number maps, velocity maps and blood flow maps show that the vessels can be clearly separated and the noisy areas have been reduced compared to the previous version of the algorithm. Thus the micro-vascularity of the prostate in both datasets with different MB size distributions and PSFs is depicted clearly, and of course enhanced correctly in the expected areas. It was found also, that the long tracks which the algorithm calculated do not locate inside the cancer area, but in the healthy regions, and this information is important for assessing also the differences between the cancer and the healthy area. The detection due to the filter showed an almost 2% improvement in the detection part. The tracking was improved by a significant percent since the vessels in the maps are very well structured and also the areas which contain already confirmed vessels have greater amplitude than before. The mean link per track has risen about 6% while the total tracks and links formed have risen in SRI001 by 5.2% and 11.9% respectively, and the fact that the high density areas are enhanced, is a strong indicator that these rise in links and tracks includes correct additions.
Open Access
Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
(2022-11-10) Γκάντζου, Βασιλική; Gkatzou, Vasiliki
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Multiciliogenesis constitutes an important biological process in which progenitor cells differentiate into multiciliated cells (MCCs). These cells are located in various biological systems, performing important biological functions such as: ensuring the circulation of cerebrospinal fluid in CNS (Central Nervous System), removing extraneous pollutants from the respiratory tract, transporting gametic cells during fertilization and many others. The aim of this diploma thesis is to study multiciliogenesis at the level of protein interactions. We examine whether our designed mathematical model is capable enough of describing the behavior of the proteins we have chosen as key factors of this biological phenomenon. More specifically, our mathematical model consists of ordinary differential equations (ODEs), each one expresses the rate of change in the concentration of one of the regulatory proteins: Geminin, Lynkeas, McIdas. For the parameter estimation of the model, we use experimental data and a calculated estimator as a comparison measurement. The results of the simulations we run, show that the designed for Geminin equation verifies with great precision qualitatively and quantitatively its behavior, as it is presented on the experimental data. On the other hand, the designed system of Lynkeas/McIdas equations, while qualitatively seems to follow the behavior seen in the experimental data, failed to quantitatively describe the experimental data. In this work, we decide to examine the simplest form of this mathematical model, where in the system of Lynkeas/McIdas equations, we integrate the negative effect of McIdas to Lynkeas in the simplest form. More complex forms of equations may describe more precisely the behavior of these proteins in the biological phenomenon under study.
Open Access
Μελέτη και ανάλυση αποτελεσμάτων πλήγματος κεραυνού σε ανεμογεννήτρια
Νταλούκας, Απόστολος; Αλεξανδρίδης, Αντώνιος; Πυργιώτη, Ελευθερία; Ζαχαρίας, Θωμάς; Ntaloukas, Apostolos
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η εξομοίωση της θεμελιακής γείωσης ανεμογεννήτριας, εγκατεστημένης στο νησί Νάξος της Ελλάδας. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς της θεμελιακής γείωσης της ανεμογεννήτριας, συμπεριλαμβανομένου και χωρίς το πλέγμα γείωσης σε κεραυνικά πλήγματα και η ανάλυση των κυματομορφών των τάσεων που αναπτύσσονται στα διάφορα μέρη της γείωσης. Επιπλέον, αναλύονται οι βηματικές τάσεις που αναπτύσσονται στην ανεμογεννήτρια και στο πλέγμα γείωσης και κρίνεται κατά πόσο είναι επικίνδυνο για τον άνθρωπο να βρίσκεται στα συγκεκριμένα σημεία σε περίπτωση κεραυνού. Στην παρούσα εργασία λαμβάνεται υπόψη και το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους. Για την εξομοίωση των συστημάτων γείωσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της κυκλωματικής προσέγγισης, σύμφωνα με το οποίο τα ηλεκτρόδια γείωσης παριστάνονται μέσω κατανεμημένων τμημάτων, τα οποία αποτελούνται από εν σειρά επαγωγές και αντιστάσεις καθώς και εγκάρσιες αγωγιμότητες και χωρητικότητες. Το ισοδύναμο κύκλωμα δημιουργήθηκε στο πρόγραμμα εξομοίωσης ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων EMTP, μέσα από το οποίο προέρχονται και οι αντίστοιχες κυματομορφές. Οι τιμές των διαφόρων μεγεθών υπολογίστηκαν με τη βοήθεια του Microsoft Excel.
Open Access
Ανάπτυξη και εγκατάσταση μετρητικού συστήματος επί φωτοβολταϊκού πλαισίου στέγης κτηρίου και αναλυτική μελέτη των θερμικών φαινομένων
Κλαδάς, Αναστάσιος; Kladas, Anastasios
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ηταν η μελέτη των θερμικών φαινομένων στα φωτοβολταϊκά πάνελ, εστιάζοντας στις διάχυτες θερμοκρασίες που μπορούν να προκύψουν στην επιφάνειά τους. Για να γίνει αυτή η έρευνα, υλοποιήθηκε ένα μετρητικό σύστημα συλλογής δεδομένων στα φωτοβολταϊκά πάνελ που βρίσκονται στην ψηλότερη οροφή του πανεπιστημίου KU Leuven, όπου βρίσκεται στην πόλη του Βελγίου, Γάνδη. Τα συλλεχθέντα δεδομένα, χρησιμοποιήθηκαν στην εξέταση της σχέσης θερμοκρασίας μεταξύ των φωτοβολταϊκών κυψελών και πίσω επιφάνειας των πάνελ, χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά για την σύγκριση ορισμένων από τα πιο δημοφιλή μοντέλα εκτίμησης της θερμοκρασίας των φωτοβολταϊκών, καθώς και για την ανάλυση και εξαγωγή συμπερασμάτων πάνω στις διάχυτες θερμοκρασίες ενός πάνελ. Βάσει των παραπάνω, εφαρμόστηκαν δύο εμπειρικά μοντέλα εκτίμησης του εύρους των θερμοκρασιών πάνω σε ένα πάνελ και υπολογίστηκε με καλή ακρίβεια η μεγίστη και η ελάχιστη θερμοκρασία.
Open Access
PLA-GNPs scaffolds by FDM 3D printing : construction, surface modification and cellular response for bone tissue engineering
Mirkovits, Milka Anna; Μίρκοβιτς, Μίλκα Άννα
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
The aim of this thesis is the fabrication of accurate 3-dimentional polylactic acid scaffolds (PLA) reinforced with graphene nanoplatelets (GNPs) by fused deposition modeling 3D printing (FDM 3D printing) with well-defined different pore sizes, as well as their surface modification by hydroxyapatite deposition to study the cellular response in bone tissue engineering applications. First, the scaffolds underwent compression tests to study the mechanical behavior of the reinforced PLA-GNPs scaffolds in comparison with the non-reinforced PLA scaffolds. Compact samples were also subjected to compression tests to study the mechanical behavior of the material without taking into account the porosity. The experiments did not show change in the modulus of elasticity of both scaffolds and the solid specimens between the reinforced PLA-GNPs and those of the unreinforced PLA. This is probably due to the small percentage of reinforcement (1%) as well as the fact that the two filaments (PLA and PLA-GNPs filaments), were obtained from different manufacturers. Ιt should be noted that the GNPs dispersion and thickness are not published by the manufacturer. Next, the scaffolds were superficially modified by deposition of hydroxyapatite, the main mineral component of higher mammals. The deposition was done from calcium phosphate solutions supersaturated with respect to hydroxyapatite at constant solution supersaturation. Finally, the cellular response of the enhanced scaffolds was studied with an MTT cell proliferation test. As a conclusion, both the modified scaffold models do not present cytotoxicity and particularly the modified PLA-GNPs scaffolds with 500μm pore size seem to induce cell proliferation.
Open Access
Separating a mixture of quasi-periodic componets
Θεόδωρος, Μπερμπερίδης; Theodoros, Bermperidis
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
In many biomedical engineering applications that involve simultaneous recordings of multiple biological signals we want to extract the original signals from the observed mixtures. Due to the quasi-periodic nature of many of these biological processes, such as the heart and lung activity, we inevitable arrive to the problem of Periodic Component Analysis. We will show that this is a very special case of a broad spectrum of problems, what is known for decades as Blind Source Separation (BSS). We developed methods that attempt to solve this problem by taking into account the periodic nature of the signals as well as the realistic limitations when attempting to solve this problem in real life scenarios, specifically in the case of simultaneous recordings of heart and lung acoustic signals , where the nature of signal transmission in the human body requires a more sophisticated model.
Open Access
Development of an X-ray image processing and diagnosis tool for breast imaging using deep learning neural networks
Χατζάκης, Δημήτριος; Chatzakis, Dimitrios
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Recently a multitude of machine learning methods and deep learning architectures have been under development for deployment in the field of medical imaging. Presented forward, a thorough analysis of breast cancer imaging analysis techniques is done with focus on the use of AI. Methods achieving results of highest accuracy of breast tumor segmentation and classification are presented with the aim of developing a robust, accurate and efficient deep learning architecture, to aid medical doctors accurately detect malignancies in an early stage. Extensive research with the inclusion of more than 350 related published papers was performed. It contained results published between 2016 to 2020 that resulted in a review of selected models, all at the vanguard of state-of-the-art progress. One easy to use, customizable and very efficient architecture, that of the UNet, was selected for benchmarking to find the optimal hyperparameter tuning and layer optimization. Two different public datasets were tested, both quantitatively and qualitatively, the MIAS and the CBIS-DDSM. The optimal results discovered for the UNet are a four-layer downsampling stream with 64 initial filters and a dropout of 0.3. Obtained results are presented in which although tumors are detected in most of the cases , other regions ,mainly in the breast’s edges, are miss detected as suspicious areas. Further work could improve on it with the addition of one or more of backbone networks in the UNet architecture.
Open Access
Ανάλυση δραστηριότητας χρήστη σε πραγματικό χρόνο βασισμένη στο φορτίο μνημών eMMC και στην δομή του File System
Μήλας, Κωνσταντίνος; Milas, Konstantinos
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία υλοποιούμε ένα ολοκληρωμένο σύστημα ανάλυσης δραστηριότητας ενός χρήστη σε πραγματικό χρόνο (Real-Time), βασισμένη στο φορτίο μνημών eMMC και την δομή του File System. Οι eMMC είναι μνήμες που αποτελούνται από μια NAND flash μνήμη και έναν Controller. Χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο σε φορητές συσκευές, Internet of Things, Embedded συστήματα και κινητά τηλέφωνα. Το File System καθορίζει τον τρόπο οργάνωσης και τη δομή δεδομένων, την οποία το Λειτουργικό Σύστημα χρησιμοποιεί, για να προσπελάσει τα δεδομένα σε ένα μέσο αποθήκευσης. Σε αυτήν την διπλωματική εργασία γίνεται αξιοποίηση του FAT32 – ένα από τα πλέον διαδεδομένα File Systems με ευρεία χρήση σε πολλές συσκευές αποθήκευσης – σε συνδυασμό με το eMMC Specification για την ανάλυση της δραστηριότητας ενός χρήστη σε επίπεδο εφαρμογών. Αξιοποιώντας τα σήματα της διεπαφής του eMMC και την δομή του FAT32, υλοποιούμε ένα ολοκληρωμένο σύστημα με το οποίο μπορούμε να εντοπίσουμε και να αξιολογήσουμε την δραστηριότητα του χρήστη που αλληλοεπιδρά με ένα μέσο αποθήκευσης, μέσω των αλλαγών που γίνονται στο File System. Τα δεδομένα στην διεπαφή του eMMC καταγράφεται σε πραγματικό χρόνο, αναλύεται η δομή τους, προσδιορίζονται οι αλλαγές που πραγματοποιούνται στο File System, και εξάγονται ακριβή συμπεράσματα για την δραστηριότητα του χρήστη. Η δημιουργία μιας εφαρμογής Linux που παρουσιάζει την δραστηριότητα του χρήστη, καλύπτεται εις βάθος στην εργασία αυτή.
Open Access
Τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας σε περιβάλλον έξυπνης πόλης
Χριστοφόρου, Ναταλία; Κουμπιάς, Σταύρος; Αλεξανδρίδης, Αντώνιος; Χούσος, Ευθύμιος; Christoforou, Natalia
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Τα φώτα των δρόμων είναι ίσως ο μεγαλύτερος καταναλωτής ενέργειας στις πόλεις. Προκειμένου λοιπόν να εξοικονομήσουμε ενέργεια στις μελλοντικές “έξυπνες” πόλεις, προτείνεται στην εργασία αυτή η σχεδίαση ενός ευφυούς συστήματος φωτισμού δρόμου που βασίζεται σε λαμπτήρες LED και στις τεχνολογίες πληροφορίας και ασύρματης επικοινωνίας. Το προτεινόμενο αυτό σύστημα ευφυούς φωτισμού του δρόμου μπορεί να ανιχνεύσει το φως της ημέρας και την ύπαρξη κίνησης (είτε οχήματος είτε πεζού) στο δρόμο και να διαφοροποιήσει την ένταση των λαμπτήρων LED σύμφωνα με τη ροή της κυκλοφορίας. Εάν σχεδιαστεί λοιπόν και εγκατασταθεί ένας έξυπνος φωτισμός δρόμου στις πόλεις, τότε μπορεί να εξοικονομηθεί πολύ ενέργεια και ταυτόχρονα θα μειωθεί σημαντικά και το κόστος συντήρησης σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα φωτισμού. Το σύστημα αποτελείται από ένα Raspberry Pi 3, που είναι ο κεντρικός υπολογιστής και λειτουργεί ως web server, τρία Zolertia Re-Motes, τα οποία είναι υπεύθυνα για την επικοινωνία μεταξύ των τριών λαμπτήρων φωτισμού του δρόμου αλλά και μεταξύ των λαμπτήρων και του Raspberry Pi, και τέσσερα ποτενσιόμετρα, εκ των οποίων τα τρία χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες κίνησης και το τέταρτο ως αισθητήρας φωτός. Πιο αναλυτικά στην εργασία αυτή θα δούμε τα εξής: Το κεφάλαιο 1 της εργασίας αυτής χρησιμεύει ως μια σύντομη εισαγωγή στο θέμα με το οποίο θα ασχοληθούμε. Στην ενότητα αυτή λοιπόν γίνεται αναφορά στις έξυπνες πόλεις, στο φωτισμό των δρόμων και στους λόγους για τους οποίους αυτός πρέπει να εκσυγχρονιστεί, όπως επίσης και στους τρόπους με τους οποίους μπορεί να γίνει αυτό. Τέλος, δίνεται και μια σύντομη περιγραφή του πειραματικού σκέλους της εργασίας. Το κεφάλαιο 2 αναφέρεται με περισσότερες λεπτομέρειες στον φωτισμό του δρόμου. Εδώ, λοιπόν, παρουσιάζονται κάποιοι χρήσιμοι κοινοί όροι για το φως, τα χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει το ιδανικό φως δρόμου, οι λαμπτήρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον οδικό φωτισμό και τα στοιχεία που διαμορφώνουν το κόστος του φωτισμού δρόμου. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται αναλυτικά οι συσκευές και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν στο σύστημα έξυπνου φωτισμού. Θα δούμε λοιπόν τι ακριβώς είναι τα Zolertia Re-Motes, ποια είναι τα χαρακτηριστικά του Raspberry Pi, ποιοι αισθητήρες φωτός και κίνησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα τέτοιο σύστημα, και τέλος θα αναφερθούμε και στο πρωτόκολλο ασύρματης επικοινωνίας 802.15.4. Το κεφάλαιο 4 έχει ως θέμα το λειτουργικό σύστημα Contiki, το οποίο “τρέχει” στα Zolertia Re-Motes. Ειδικότερα παρατίθενται τα βασικά χαρακτηριστικά του, αναλύεται ένα απλό παράδειγμα κώδικα για να γνωρίσουμε πως λειτουργούν οι διεργασίες στο Contiki, και παρουσιάζεται η στοίβα Rime. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται το σύστημα έξυπνου φωτισμού που σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε στην εργασία αυτή. Συγκεκριμένα, θα δούμε την αρχιτεκτονική και τη λογική του συστήματος, όπως επίσης τον κώδικα των Zolertia Re-Motes και το πρόγραμμα για την αποθήκευση πληροφοριών σε μία βάση δεδομένων. Στο κεφάλαιο 6 χρησιμεύει ως επίλογος και σε αυτό παρατίθενται τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε από τη διεξαγωγή της συγκεκριμένης εργασίας.
Open Access
Ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου για τον καταμερισμό της ισχύος στους αντιστροφείς μικροδικτύου
Παπαγεωργίου, Παναγιώτης; Αλεξανδρίδης, Αντώνιος; Βοβός, Νικόλαος; Τζες, Αντώνιος; Papageorgiou, Panagiotis
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου για τον καταμερισμό της ισχύος μεταξύ των αντιστροφέων ενός μικροδικτύου. Επιπροσθέτως, υλοποιείται η εφαρμογή ελέγχου καταμερισμού της ισχύος σε αυτόνομο σύστημα που περιλαμβάνει παράλληλους αντιστροφείς. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, χρησιμοποιήθηκε έλεγχος μέσω χαρακτηριστικών καμπυλών στατισμού (Droop control), ο οποίος περιλαμβάνει βρόχους ελέγχου ενεργού ισχύος- συχνότητα (P-f) και αέργου ισχύος-τάσης (Q-V). Αρχικά, έγινε μια εισαγωγή στις έννοιες του μικροδικτύου και της κατανεμημένης παραγωγής, καθώς και στην επίδραση που έχει η εφαρμογή τους στα υπάρχοντα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Ακόμη, παρουσιάζεται αναλυτικά η βασική δομή ενός μικροδικτύου αλλά και οι καταστάσεις λειτουργίας του. Ο έλεγχος ενός μικροδικτύου αποτελεί βασική προϋπόθεση για την ευσταθή, ασφαλή και ενεργειακά και οικονομικά βέλτιστη λειτουργία του. Στο πλαίσιο αυτό, έγινε μια περιγραφη της δομής του ιεραρχικού ελέγχου, ο οποίος υπόσχεται πολυεπίπεδη και ανεξάρτητη εφαρμογή του ελέγχου σε όλους τους τομείς ενός μικροδικτύου. Εν συνεχεία, συνοπτική αναφορά έγινε στους μετατροπείς ισχύος, με ιδιαίτερη έμφαση στους αντιστροφείς, που διαδραματίζουν τον ρόλο της διεπαφής των μονάδων κατανεμημένης παραγωγής. Για τον καταμερισμό της ισχύος μεταξύ των αντιστροφέων, αναπτύχθηκαν διάφορες στρατηγικές ελέγχου μέσω στατισμού, οι οποίες διαφέρουν μεταξύ τους ανά περίπτωση και εφαρμόζονται με βάση τα χαρακτηριστικά του ελεγχόμενου συστήματος και της επιθυμητής συμπεριφοράς του. Επίσης, υλοποιείται η προσομοίωση ενός συστήματος δύο παράλληλων αντιστροφέων οι οποίοι μοιράζονται ένα κοινό φορτίο. Η εφαρμογή του σχήματος τοπικού ελέγχου κάθε αντιστροφέα παρουσιάζει αξιόλογα αποτελέσματα. Σε τελικό επίπεδο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την ανάπτυξη των γενικότερων στρατηγικών ελέγχου καταμερισμού της ισχύος αλλά και της εφαρμογής του ελέγχου στατισμού στο ειδικότερο σύστημα που εξετάσθηκε.
Open Access
Διαχείριση ενέργειας για οικονομία και ποιότητα ζωής σε επίπεδο ηλεκτρικής εγκατάστασης σπιτιού και επιχείρησης με χρήση ώριμων και πιστοποιημένων διατάξεων και συσκευών
Φωτόπουλος, Ευάγγελος; Χούσος, Ευθύμιος; Κουμπιάς, Σταύρος; Καλύβας, Γρηγόριος; Fotopoulos, Evaggelos
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής εργασίας είναι να δημιουργήσουμε μία διάταξη με την οποία θα μπορούμε να ελέγχουμε ηλεκτρικά φορτία από απόσταση σε επίπεδο κατοικίας ή επιχείρησης με στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας και την καλύτερη ποιότητα ζωής των ανθρώπων, μετατρέποντας το κτίριο κατά το μέτρο του δυνατού σε «έξυπνο». Στην υλοποίηση αυτού του συστήματος χρησιμοποιήσαμε την πλακέτα Raspberry Pi, η οποία είναι η «πύλη» επικοινωνίας μεταξύ του κτιρίου και του «έξω» κόσμου μέσω του Διαδικτύου. Η δομή και το περιεχόμενο της εργασίας αναλύονται ακολούθως: Στο Κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται μία εισαγωγή στα έξυπνα κτίρια και τις εφαρμογές τους, καθώς και ο ρόλος του Internet of Things. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται η συσκευή Raspberry Pi, τα τεχνικά χαρακτηριστικά του και το λογισμικό που χρησιμοποιεί για έλεγχο συσκευών. Στο Κεφάλαιο 3 αναλύεται το υλικό-συσκευές (hardware) που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία ( Raspberry Pi 3 Model B, 8 relay module, jumper wires). Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η παραμετροποίηση του υλικού (hardware) και του λογισμικού (software), για την υλοποίηση της διάταξης, δηλαδή η εγκατάσταση του λογισμικού και οι συνδέσεις των συσκευών. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται αναλυτικά οι τρόποι με τους οποίους υλοποιήσαμε την εφαρμογή μας και περιγράφονται τα εργαλεία (πλατφόρμες) τα οποία μας βοήθησαν στην ολοκλήρωσή της. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται συμπερασματικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του κάθε τρόπου υλοποίησης, γίνεται σύγκριση μεταξύ τους και στο τέλος προτείνονται κάποιες προσθήκες-βελτιώσεις για την επέκταση της εφαρμογής.
Open Access
Using eye-tracking in educational games and its importance in data analysis
Κουτρουμάνη, Μαρία; Koutroumani, Maria
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
The domain of educational games has occupied the academic community for decades. Researchers are trying to embed pedagogical activities in computer games that were originally aimed at entertainment. However, the pedagogical potential of games is still under consideration as there is limited evidence that players acquire knowledge from a game of such kind. Traditionally newly acquired knowledge is assessed using pre- and post-game questionnaires or by tracking and analyzing student performance in the game. Recently, researchers have attempted to enrich their observations on student learning by analyzing data about the visual behavior of students during game play to take advantage of the non-intrusive process of eye-tracking and the unbiased nature of human gaze (vision is a process we cannot consciously control). Gaze data are collected through eye-tracking devices that record eye fixations and saccades and can be visually presented in easily conceivable ways (heatmaps, gaze plots, clusters, etc.) that reveal learner visual activity in front of a screen.  One of the major challenges in this approach is the interpretation of recorded visual behavior data and the way they correlate with the learning process. The subject of this thesis is to investigate the use of eye-tracking technology and produced visualizations for studying the way primary school students interact with a multiplication game. Τhe thesis starts with the definition of the study objectives and the main terms on the topic. Then, it continues with a literature review based on existing educational games and cognitive learning theories. Chapter 3 is dedicated to educational games as a mean of distance learning. In Chapter 4 there is the description of the educational game that the experiment based on it, previous existing methods, and presentation of the thesis experiment with the eye tracker. Furthermore, this is the chapter in which data analysis and correlation with existing theories takes place. The thesis comes to an end with Chapter 5 that presents the main conclusion of the study, limitations and proposals for future work.
Open Access
Μοντελοποίηση και εξοικονόμηση ηλεκτρικών καταναλώσεων στα πλαίσια του έξυπνου ενεργειακού δικτύου
Κωνσταντινίδης, Νικόλαος; Χούσος, Ευθύμιος; Κουμπιάς, Σταύρος; Μπίρμπας, Αλέξιος; Konstantinidis, Nikolaos
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Τα Έξυπνα Δίκτυα Ενέργειας αποτελούν την εξέλιξη των συμβατικών δικτύων ενέργειας με την εφαρμογή των νέων τεχνολογιών των υπολογιστών και των τηλεπικοινωνιών, αλλά κι των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Μετά από την οργάνωση των δικτύων σε μικροδίκτυα, την εφαρμογή έξυπνων μετρητών σε επίπεδο καταναλωτών και όχι μόνο, θα γίνει δυνατή η συνεχής παρακολούθηση των αναγκών του δικτύου και με κατάλληλο χειρισμό της ενέργειας που παράγεται από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα προσφέρεται καλύτερης ποιότητας ενέργεια. Για να γίνει αυτό πραγματικότητα, τα δεδομένα θα πρέπει να συλλέγονται, να αποθηκεύονται και να επεξεργάζονται μέσω μιας πλατφόρμας διαχείρισης των ενεργειακών δεδομένων κατανάλωσης, η οποία θα δίνει τη δυνατότητα παρακολούθησης της ροής φορτίου, αλλά και κάποιας εκτίμησης για το μέλλον.
Open Access
Μοντελοποίηση και ανάλυση αυτόνομων υβριδικών ενεργειακών συστημάτων με Ασαφή Γνωστικά Δίκτυα (ΑΓΔ)
Μεταξάς, Αλέξανδρος; Γρουμπός, Πέτρος; Βοβός, Νικόλαος; Αλεξανδρίδης, Αντώνιος; Metaxas, Alexandros
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Η παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται το θέμα της μοντελοποίησης και ανάλυσης ενός αυτόνομου υβριδικού ενεργειακού συστήματος με την μέθοδο των Ασαφών Γνωστικών Δικτύων. Στη σημερινή εποχή της οικονομικής κρίσης και των περιβαλλοντικών προβλημάτων, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) καλούνται να παίξουν πρωταγωνιστικό ρόλο στην καθημερινότητα του ανθρώπου. Ένας τρόπος εκμετάλλευσής τους είναι μέσω των Υβριδικών Ενεργειακών Συστημάτων (ΥΕΣ), με σκοπό την κάλυψη των απαιτούμενων ηλεκτρικών φορτίων σε τοπικό επίπεδο. Το θέμα αυτό αποτελεί και το κύριο αντικείμενο της συγκεκριμένης εργασίας. Όμως, για την μοντελοποίηση του συστήματος που καλείται να εξεταστεί, χρησιμοποιείται ένας σχετικά νέος τρόπος: τα Ασαφή Γνωστικά Δίκτυα (ΑΓΔ). Μέσω αυτών, παρέχεται η δυνατότητα διαμόρφωσης και ελέγχου πολυσύνθετων συστημάτων χωρίς τη χρήση ακριβών μαθηματικών κανόνων και σχέσεων, αλλά μόνο με βάση την ανθρώπινη εμπειρία και γνώση. Μάλιστα, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούνται και κάποιες σημαντικές βελτιώσεις στην προϋπάρχουσα θεωρία των ΑΓΔ, για πρώτη φορά πάνω σε ένα αντίστοιχο σύστημα. Αναλυτικά, η δομή αυτής της Διπλωματικής Εργασίας έχει ως εξής: Στο 1ο κεφάλαιο, αφού γίνει μία σύντομη αναφορά στο ενεργειακό πρόβλημα, εισάγεται η έννοια των ΥΕΣ και των σημαντικότερων χαρακτηριστικών τους. Στη συνέχεια, αναλύονται οι σημαντικότερες ΑΠΕ, δηλαδή η ηλιακή, η αιολική, η υδραυλική, η ενέργεια βιομάζας, η γεωθερμία και οι κυψέλες καυσίμου. Παρουσιάζονται οι δυνατοί τρόποι εκμετάλλευσης κάθε μίας από αυτές, καθώς και τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα ΑΓΔ. Αρχικά, δίνεται μία γενική περιγραφή τους και του μαθηματικού μοντέλου που χρησιμοποιείται, ενώ στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος δημιουργίας και ανάπτυξής τους. Έπειτα, γίνεται μία σύντομη αναφορά στους αλγόριθμους εκμάθησης των ΑΓΔ. Τέλος, παρουσιάζονται κάποια σημαντικά προβλήματα στην προϋπάρχουσα θεωρία των ΑΓΔ και προτείνονται διάφοροι τρόποι επίλυσής τους. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζεται το μοντέλο του συστήματος που πρόκειται να εξεταστεί. Αναλυτικά, καθορίζονται οι μεταβλητές του μοντέλου του ΑΓΔ και κατηγοριοποιούνται σε μεταβλητές εισόδου και εξόδου. Έπειτα, περιγράφεται επακριβώς η διαδικασία εύρεσης του πίνακα βαρών του ΑΓΔ και αναλύονται κάποια συμπεράσματα που εξάγονται από αυτόν. Τέλος, το πλήρες ΑΓΔ του συστήματος απεικονίζεται και σχηματικά. Στο 4ο κεφάλαιο εκτελείται η διαδικασία της προσομοίωσης. Αρχικά, παρουσιάζεται εν συντομία το λογισμικό στο οποίο αυτή θα πραγματοποιηθεί, το MATLAB, ενώ στη συνέχεια αναπτύσσεται και επεξηγείται ο κώδικας της προσομοίωσης. Έπειτα, εκτελούνται οι προσομοιώσεις, συγκρίνοντας διάφορα αποτελέσματα μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, συγκρίνονται αποτελέσματα παρόμοιων συστημάτων σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, αποτελέσματα για το ίδιο σύστημα σε διαφορετικές ώρες λειτουργίας, αποτελέσματα συστημάτων με διαφορετικές διαστάσεις, καθώς και αποτελέσματα για διαφορετικές τιμές του εγκατεστημένου ηλεκτρικού φορτίου. Τέλος, παρατίθενται κάποια γενικά συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα Διπλωματική Εργασία και προτείνονται οι δυνατότητες και προοπτικές συνέχισής της.
Open Access
Μελέτη βηματικής τάσης και τάσης επαφής σε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση, λόγω κεραυνικών πληγμάτων
Καραγιάννης, Βασίλειος; Πυργιώτη, Ελευθερία; Αλεξανδρίδης, Αντώνιος; Ζαχαρίας, Θωμάς; Karagiannis, Vasileios
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύονται τα μεταβατικά φαινόμενα που προκαλούνται εξ' αιτίας ενός κεραυνικού πλήγματος σε μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση, και πιο συγκεκριμένα η βηματική τάση και η τάση επαφής στον άνθρωπο. Στο εισαγωγικό κεφάλαιο, υπάρχουν κάποιες γενικές πληροφορίες που αξίζει να γνωρίζει ο αναγνώστης σχετικά με την ηλιακή ενέργεια, τα θετικά και τα αρνητικά της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας, την ανάπτυξη των φωτοβολταϊκών στην χώρα μας (Ελλάδα), καθώς και τα τμήματα από τα οποία αποτελείται μια πλήρης φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Στη συνέχεια, γίνεται εκτενής αναφορά στο φαινόμενο του κεραυνού. Περιγράφεται δηλαδή ο ορισμός του, οι υλικές συνέπειες ενός πλήγματος και η δημιουργία ενός συστήματος αντικεραυνικής προστασίας με όλα τα επιμέρους τμήματά του (στάθμη προστασίας, συλλεκτήριο σύστημα, αγωγοί καθόδου και σύστημα γείωσης). Η επόμενη ενότητα περιλαμβάνει τις επιπτώσεις ενός κεραυνικού πλήγματος στον άνθρωπο, αφού παρουσιάζεται το ισοδύναμο κύκλωμά του με αντιστάσεις και χωρητικά στοιχεία, καθώς και τα όρια του ρεύματος, της βηματικής τάσης και της τάσης επαφής, πάνω από τα οποία θεωρείται ότι υπάρχει κίνδυνος για τη ζωή του. Το πειραματικό μέρος της διπλωματικής ξεκινάει στο κεφάλαιο 4, όπου για ένα δοθέν φωτοβολταϊκό σύστημα, γίνεται η προσομοίωση και ο σχεδιασμός του πλέγματος γείωσης του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας του στο ATPDraw. Στα κεφάλαια που ακολουθούν, βλέπουμε τα μεταβατικά φαινόμενα της βηματικής τάσης και της τάσης επαφής στον άνθρωπο για 3 διαφορετικά είδη εδάφους και για κεραυνικό πλήγμα στο άκρο και στο μέσο του πλέγματος γείωσης. Επιπλέον, εξετάζουμε και την περίπτωση τοποθέτησης κατακόρυφων ράβδων γείωσης στο πλέγμα μας. Τέλος, έχουμε τη σύγκριση αυτών των 3 περιπτώσεων σε κοινές γραφικές παραστάσεις, αλλά και τα τελικά συμπεράσματα της μελέτης αυτής της διπλωματικής εργασίας.
Open Access
Αντικεραυνική προστασία σε φωτοβολταϊκό σύστημα οικίας
Σπηλιόπουλος, Πέτρος; Spiliopoulos, Petros
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και εγκατάσταση συστήματος αντικεραυνικής προστασίας και φωτοβολταϊκού συστήματος για την κάλυψη των αναγκών ηλεκτροδότησης εξοχικής κατοικίας. Πραγματοποιείται προσομοίωση κεραυνικού πλήγματος στην εγκατάσταση, τόσο της οικίας, όσο και των Φ/Β, για τον καλύτερο προσδιορισμό της κατάλληλης προστασίας έναντι κεραυνών που πρέπει να εγκατασταθεί. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού EMTP - ATPdraw, και λήφθηκε υπόψιν το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους, καθώς και η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος γείωσης που έχει τοποθετηθεί. Ειδικότερα, η διπλωματική εργασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Κεφάλαιο 1ο: Γίνεται αναφορά στην Πράσινη Ατζέντα και την πολιτική της ευρωπαϊκής ένωσης για την εισαγωγή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και παρουσιάζονται κάποια νούμερα, τα οποία η ευρωπαϊκής ένωση έχει θέσει ως στόχο για το 2030. Κεφάλαιο 2ο: Περιγράφεται η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών στοιχείων και η αρχή λειτουργίας που διέπει το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Κεφάλαιο 3ο: Γίνεται λόγος για το κεραυνικό φαινόμενο, οι κίνδυνοι που προκύπτουν και και η σημασία της αντικεραυνικής προστασίας. Περιγράφεται η αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων και οι σωστές πρακτικές για την εγκατάστασή τους στην υπό μελέτη κατασκευή. Τέλος, αναλύονται τα μέρη τα οποία απαρτίζουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα αντικεραυνικής προστασίας. Κεφάλαιο 4ο: Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά της οικίας στην οποία θα εγκατασταθεί το σύστημα αντικεραυνικής προστασίας και οι απαιτήσεις που παρουσιάζει σε ηλεκτρική ενέργεια, για την εγκατάσταση του κατάλληλου Φ/Β συστήματοε. Ακολουθεί η μελέτη για την εγκατάσταση και ο σχεδιασμός των παραπάνω συστημάτων, με τη χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCad. Κεφάλαιο 5ο: Περιγράφεται το μοντέλο γείωσης που χρησιμοποιήθηκε για την υπό μελέτη κατασκευή και τη διασύνδεση του ΣΑΠ που εγκαταστάθηκε και αναλύονται τα ηλεκτρικά του χαρακτηριστικά σύμφωνα με το π-ισοδύναμο. Στη συνέχεια γίνεται προσομοίωση του συστήματος γείωσης υπό συνθήκες πρόσκρουσης κεραυνού, με τη χρήση του λογισμικού EMTP - ATPdraw, και μελετάται η μεταβατική συμπεριφορά που παρουσιάζει.
Open Access
Analysis of deformable bodies during the gait cycle
Κοκκόρη, Γιαννούλα; Δεληγιάννη, Δέσποινα; Δεληγιάννη, Δέσποινα; Μουστάκας, Κωνσταντίνος; Λαμπέας, Γεώργιος; Kokkori, Giannoula
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Total hip replacement (THR) is one of the most successful orthopedic interventions with over 100 years of operative history. People who suffer from severe chronic pain diseases such as osteoarthritis have various disabilities in daily routine. Replacing the hip joint with this effective procedure, the patients relieve the pain and get back to normal life. The continuous development of technologies and computers provide us various ways to perform a preoperative planning for the THR procedure. This thesis analyzes the models of the human femur bone and the assembly of the femur bone with the THR implant. The study focuses on the application of loads during the gait cycle and the finite element analysis of the models. The relative results relate to the mechanical behavior of the models and more specifically the Von Mises stresses and deformations due to the applied loads. In detail: Chapter 1 provides a brief reference to total hip arthroplasty, the historical background, the surgical procedure and the risks that it poses as well as the anatomy of the femur bone and the biomechanics of the hip joint that is of major importance for the static analysis of it. Still there is a description of the gait cycle and the stress shielding phenomenon that occurs after THR during walking. Chapter 2 refers to the biomaterials that are used in total hip replacement. Various materials such as metals, polymers and ceramics are used in the different components of the THR implant and the main of them are described in detail. Chapter 3 deals with the basic mechanical theory that every structure is based on. Stresses, strains and the Hooke’s law are presented with emphasis in 3D case. The Von Mises criterion and the static analysis are also mentioned. Chapter 4 analyzes the finite element method that is used in the thesis. A brief historical overview and the basic steps of the analysis (preprocessing, processing and postprocessing) are presented. Then, as the processing phase is performed by the computer, the sequence of mathematical equations and their way of solution was also mentioned. Finally, there is a reference in the finite element software programs and an analytic description of the relative steps in ANSYS software. Chapter 5 presents the simulation process. First, a section was made in the appropriate point of the femoral bone and the THR implant was inserted in the right position with the assistance of the CAD software package SolidWorks. Then, the ANSYS software generated the appropriate mesh for each model and applying the proper material properties, loading and boundary conditions we proceeded to the analysis. Chapter 6 finally shows the finite element analysis results of the femoral assemblies as obtained using the ANSYS software program. The results refer to the relative Von Mises stresses, Von Mises strains and deformations due to the applied loads of the gait cycle. Finally, the conclusions and the prospects for further studies are presented. Regarding on the results, we concluded that on the calcar region of interest occurs the “stress shielding” phenomenon where the implant “shields” the bone and does not allow it to grow properly. Moreover, after the implantation we observed that the maximum stress occurs on the neck of the hip implant for all studied the materials. Finally, Ti alloy and Co-Cr alloy on anterior and stem tip regions represent similar results and thus have little effect on the femur bone.
Open Access
Μελέτη και υλοποίηση έξυπνου συστήματος ελέγχου και διαχείρισης ενεργειακών (φορτίου) και άλλων πόρων σε θερμοκηπιακό επίπεδο
Φουρκιώτη, Σοφία; Fourkioti, Sofia
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Η χρήση θερμοκηπίων αποτελεί μία πρακτική που χρησιμοποιείται από τον άνθρωπο εδώ και πολλούς αιώνες και ολοένα και εξελίσσεται. Με το πέρασμα των χρόνων, οι κατασκευές αυτές έχουν βελτιωθεί αρκετά και αυτό γιατί συνδυάζονται συνεχώς καινούριες επιστήμες για τη δημιουργία ενός βέλτιστου συστήματος. Έτσι, πέρα από την επιστήμη της γεωπονίας, στην δημιουργία ενός θερμοκηπίου παίζει ρόλο και η τοποθεσία του, το κλίμα της περιοχής και τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν, ώστε να προσφέρεται στα φυτά το ιδανικό περιβάλλον. Τα τελευταία χρόνια, μία άλλη επιστήμη που εισάγεται στην τεχνολογία των θερμοκηπίων είναι η Πληροφορική. Έτσι, η χρήση μικροελεγκτών, αισθητήρων και αυτοματοποιημένων διεργασιών αποτελούν το επόμενο βήμα στην εξέλιξη των θερμοκηπίων και τείνουν να τα μετατρέψουν σε «έξυπνα» και αυτόνομα. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας που ακολουθεί είναι η προσομοίωση ενός «Έξυπνου Θερμοκηπίου», το οποίο διαθέτει λειτουργίες για απομακρυσμένο έλεγχο, αλλά και εξοικονόμηση πόρων. Για την συγκεκριμένη εργασία κατασκευάστηκε ένα μικρό θερμοκήπιο και εξοπλίστηκε με αισθητήρες και κυκλώματα ενεργοποίησης για αυτοματοποιημένες ενέργειες μέσα στο θερμοκήπιο. Οι αισθητήρες και τα κυκλώματα ελέγχονται από μικροελεγκτές Arduino και προκειμένου να μπορεί να γίνεται η παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο, τα δεδομένα «ανεβαίνουν» στην πλατφόρμα ThingSpeak, μέσω καλωδίου Ethernet. Τέλος, δημιουργήθηκε μία ιστοσελίδα, η οποία συμπεριλαμβάνει πληροφορίες για το θερμοκήπιο και τους αισθητήρες, φωτογραφίες και φυσικά τις μετρήσεις που λαμβάνει το σύστημά μας.
Open Access
Total knee replacement : subject–specific modeling, finite element analysis and evaluation of dynamic activities
Λόη, Ηλιάνα; Loi, Iliana
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Total Knee Replacement is a surgical procedure that is commonly used to relieve pain and disability in patients with osteoarthritis or severe knee injury. The process involves the resurfacing of the damaged knee joint with metallic and plastic parts in order to restore knee’s natural function and improve the everyday life of patients with osteoarthritis. A common way to investigate the kinematic and dynamic behavior of prosthetic knee joints, before or after a total knee arthroplasty, is through Finite Element Analysis. The finite element method is most widely applied for solving engineering and mathematical models, and, thus, it is utilized for stress and load estimation in biomechanical problems. In the case of total knee replacement, most studies focus on the investigation of the distribution of stresses and contact forces that are produced especially on the tibial plateau of the implant. These disquisitions aim, principally, at finding the main causes of implant failure or at designing custom–made prostheses. In this project, a subject–specific total knee replacement finite element model was developed and validated based on personalized data from the Sixth SimTK Grand Challenge dataset. The finite element construction procedure includes the creation of 3D bone geometries by using semi-automatic image segmentation techniques on patient–specific pre–operational CT data. These 3D bone models were, later, aligned with the implant parts of the knee joint by using segmentation software on post–operative CT images. Moreover, 3D processing software was used in order to correct geometry artifacts that would probably pose as an obstacle during the finite element analysis execution. Furthermore, the development of the finite element model of the implanted knee was performed automatically through Python scripting according to the FEBio FEM format. FEBio was utilized for the realization of finite element analysis of the total knee replacement model. The boundary conditions that were applied on the model were extracted from OpenSim analyses of subject–specific gait trials, which were, also, provided by the Sixth Grand Challenge Competition. The extracted boundary conditions from patient’s different gait patterns contributed in the validation of the total knee replacement model. The validation was conducted in terms of contact pressures and forces that were produced at the femoral component–tibial insert interface. More specifically, the observed contact stresses were in accordance with the acceptable values presented in literature, and the estimated contact forces were quite similar to the in vivo contact force measurements given by the Grand Challenge Competition. Therefore, from the evaluation process it was deduced that the constructed finite element model can accurately simulate the biomechanical behavior of a subject’s instrumented knee. The automatic creation procedure of the model offers the capability of producing various patient–specific prosthetic knees, by simply changing a few parameters. In particular, this model can be generalized, meaning that it can simulate the kinematics and evaluate the dynamics of the implanted knee of different patients and produce valid results. The developed finite element model can be further used in order to design custom–made prosthesis or organize a personalized surgery.
Open Access
Προηγμένο σύστημα για την ενεργειακή αποτύπωση, πρόβλεψη και εξοικονόμηση της ενεργειακής κατανάλωσης κτιρίων τμημάτων στην πανεπιστημιούπολη του Πανεπιστημίου Πατρών
Θωμόπουλος, Γεώργιος; Κουμπιάς, Σταύρος; Χούσος, Ευθύμιος; Κουφοπαύλου, Οδυσσέας; Thomopoulos, Georgios
Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογιστών (ΜΔΕ)
Στην παρούσα διπλωματική μελετάται και αναλύεται η ενεργειακή κατανάλωση του Πανεπιστημίου Πατρών σε πολλαπλά επίπεδα: σε κεντρικό επίπεδο μέσω μετρήσεων των μετασχηματιστών μέσης τάσης, σε επίπεδο κτιρίου μέσω των εγκατεστημένων τοπικών μετρητών κτιρίων και σε τοπικό επίπεδο των υπολογιστών ενός υπολογιστικού κέντρου μέσα από τα δεδομένα των μετρητών ενέργειας που βρίσκονται εγκατεστημένοι σε αυτό. Η μέτρηση σε πραγματικό χρόνο και η ανάλυση των δεδομένων των βασικών μονάδων δίνουν σημαντικά αποτελέσματα σχετικά με την ενεργειακή κατανάλωση και τους τρόπους εξοικονόμησης ενέργειας.