Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε το πρόβλημα της σταθεροποίησης συστημάτων αναερόβιας χώνευσης σε συνθήκες μεγιστοποίησης του παραγόμενου βιοαερίου, υπό την παρουσία διαταραχών στην είσοδο του συστήματος. Εξήχθη ένα απλοποιημένο μοντέλο δύο καταστάσεων, για χρήση του για τους σκοπούς της ρύθμισης της διεργασίας. Για την παρακολούθηση της διεργασίας κατασκευάσθηκε ένα περιβάλλον παρακολούθησης σε LabView, με τη μέτρηση να είναι ο ρυθμος παραγωγής του βιοαερίου. Για τη σταθεροποίηση του συστήματος, αναπτύχθηκε ένας αναλογικός, ως προς τη μέτρηση του βιοαερίου, νόμος ανάδρασης εξόδου. Ο νόμος ανάδρασης σταθεροποιεί τη διεργασία σε μία μεγάλη περιοχή γύρω από τη βέλτιστη μόνιμη κατάσταση, χωρίς να οδηγεί στην έκπλυση της βιομάζας. Αυτή η ικανότητα του ρυθμιστή, δοκιμάσθηκε τόσο σε επίπεδο προσομοιώσεων όσο και σε πειραματικό επίπεδο. Αναπτύχθηκε, επίσης, θεωρία σχεδιασμού μη γραμμικών παρατηρητών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των άγνωστων καταστάσεων και παραμέτρων της διεργασίας, που δεν μπορούν να μετρηθούν, καθώς και για την ανίχνευση πιθανών διαταραχών και υπολογισμό του μεγέθους τους. / The present work studied the problem of stabilization of anaerobic digesters in maximum biogas production rate conditions, under the effect of disturbances in the feed. A two state, simplified model was developed for control purposes. For monitoring of the process, a LabView monitoring environment was developed, with the biogas production rate being the measured output of the system. For stabilizing the system of the anaerobic reactor, a proportional with respect to the measured methane production rate output feedback control law was developed. The control law stabilizes the process in a very large region around the optimal steady state without driving the system towards washout of the biomass. This ability of the controller was tested both with simulation and experimentally. Also a nonlinear observer theory was developed. The designed nonlinear observer was used for estimating the unknown states and parameters of the system that cannot be measured and for the detection of the potential presence and magnitude of a disturbance.

Οι νικοτινικοί υποδοχείς της ακετυλοχολίνης (nAChRs) ανήκουν στην υπερ-οικογένεια των ιοντικών καναλιών που ενεργοποιούνται από τη δέσμευση ενός προσδέτη (LGICs) και αποτελούνται από πέντε ομόλογες υπομονάδες. Κάθε μονομερής υπομονάδα αποτελείται από μία Ν-τελική εξωκυττάρια περιοχή (ΕΚΠ), από τέσσερεις διαμεμβρανικές α-έλικες και από μία κυτταροπλασματική περιοχή. Στην ΕΚΠ βρίσκεται η χαρακτηριστική Cys-θηλιά της υπερ-οικογένειας, καθώς και οι θέσεις πρόσδεσης αγωνιστών και ανταγωνιστών του υποδοχέα. Οι γνώσεις μας γύρω από τη δομή των nAChRs προέρχονται κυρίως από κρυσταλλογραφικές δομές ομολόγων πρωτεϊνών δέσμευσης της ACh (AChBP) μαλακίων, από μια δομή του nAChR από ιχθείς του γένους Torpedo που προέρχεται από ηλεκτρονική μικροσκοπία, από την κρυσταλλογραφική δομή της α1-ΕΚΠ ποντικού σε σύμπλοκο με α-μπουγκαροτοξίνη (α-Btx) και από κρυσταλλογραφικές δομές δύο προκαρυωτικών LGICs. Παρά τη μεγάλη πρόοδο που πραγματοποιήθηκε με τα παραπάνω επιτεύγματα, ακόμη δεν έχει επιλυθεί πειραματικά η δομή ανθρώπινου υποδοχέα. Επίσης λίγα είναι γνωστά για την επίδραση της γλυκοζυλίωσης των ΕΚΠ στη λειτουργία του nAChR. Χρησιμοποιώντας ως εκμαγείο την κρυσταλλογραφική δομή του συμπλόκου α1-ΕΚΠ ποντικού/α-Btx δημιουργήθηκαν υπολογιστικά μοντέλα της ανθρώπινης α1-ΕΚΠ προσδεμένης στις τοξίνες α-μπουγκαροτοξίνη (α-Btx), α-κομπρατοξίνη (α-Cbtx), α-κωνοτοξίνη (α-Ctx) ImI και α-κωνοτοξίνη GI. Στα σύμπλοκα με α-Btx και α-Cbtx προστέθηκε η υδατανθρακική αλυσίδα, συνδεδεμένη με το κατάλοιπο Asn141, που συγκρυσταλλώθηκε μαζί με την α1-ΕΚΠ ποντικού. Για να μελετηθεί η δυναμική συμπεριφορά της αλληλεπίδρασης υποδοχέα-τοξίνης καθώς και η συνεισφορά των σακχάρων σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής σε υδατικό περιβάλλον. Με τη χρήση υπολογιστικών εργαλείων για τη μελέτη των συμπλόκων προσδιορίστηκαν σε ατομικό επίπεδο οι αλληλεπιδράσεις που καθοδηγούν την πρόσδεση τοξινών στην α1-ΕΚΠ. Βρέθηκε ότι η υδατανθρακική αλυσίδα συμμετέχει δυναμικά στη δέσμευση της τοξίνης στον υποδοχέα. Τα σάκχαρα συγκλίνουν προς την προσδεμένη τοξίνη στηριζόμενα στα κατάλοιπα Ser187 και Trp184 της α1 υπομονάδας. Η τοξίνη επίσης μετακινείται φέρνοντας τη θηλιά Ι σε επαφή με τα σάκχαρα. Αναγνωρίστηκαν σημαντικές αλληλεπιδράσεις των σακχάρων με τα τοξινικά κατάλοιπα Thr6, Ser9, και Th15 της α-Btx και Thr6 και Pro7 της α-Cbtx. Επίσης επιβεβαιώθηκε η ύπαρξη μιας υδρόφιλης κοιλότητας στο εσωτερικό του υδρόφοβου πυρήνα της α1-ΕΚΠ, η οποία πιθανόν εμπλέκεται στο άνοιγμα του ιοντικού καναλιού του nAChR. Τα αποτελέσματα αυτά παρέχουν σημαντικά δεδομένα για την κατανόηση της επίδρασης της υδατανθρακικής αλυσίδας στη λειτουργία του υποδοχέα, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί στην αντιμετώπιση των πολλών παθολογικών καταστάσεων στις οποίες εμπλέκονται οι nAChRs. / Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) belong to the superfamily of ligand-gated ion channels (LGICs). LGICs form homo- or hetero-pentamers of related subunits, and each of them consists of a N-terminal extracellular ligand-binding domain (ECD), four transmembrane α-helixes and an intracellular region. The characteristic Cys-loop of the superfamily is found in the ECD of each subunit. The ECD also contains binding sites for agonists and competitive antagonists. Our knowledge regarding the nAChR structure mainly derives from the X-ray crystal structures of the molluscan ACh-binding proteins (AChBPs), the electron microscopy structure of the Torpedo nAChR, the X-ray crystal structure of the mouse nAChR α1-ECD bound to α-bungarotoxin (α-Btx), and the X-ray crystal structures of two prokaryotic LGICs. Despite the progress made by these achievements, the determination of any human nAChR structure has not yet been accomplished. Furthermore, the effect of glycosylation on nAChR function has not yet been explored. Based on the crystal structure of the extracellular domain of the mouse nAChR α1 subunit bound to α-Btx we have generated in silico models of the human nAChR α1-ECD bound to the toxins α-bungarotoxin (α-Btx), α-cobratoxin (α-Cbtx), α-conotoxin (α-Ctx) ImI and α-conotoxin GI. In the case of the α1-ECD/α-Btx and α-Cbtx complexes, a Asn141-linked carbohydrate chain was modeled, its coordinates taken from the crystal structure of the mouse α1-ECD. To gain further insight into the structural role of glycosylation molecular dynamics (MD) simulations were carried out in explicit solvent so as to compare the conformational dynamics of the binding interface between nAChR α1 and the two toxins. The use of computational methods allowed the monitoring of the interactions that govern toxin binding. The MD simulations revealed the strengthening of the receptor-toxin interaction in the presence of the carbohydrate chain. A shift in the position of the sugars towards the bound toxin was observed. Residues Ser187 and Trp184 of nAChR act as critical anchor points for the stabilization of the sugar chain in a close position to the toxin. Toxin Finger I shifts closer to the mannoses, forming important toxin-sugar interactions that implicate residues Thr6, Ser9, and Thr15 of α-Btx, as well as Thr6 and Pro7 of α-Cbtx. Additionally the MD simulations of the human α1 ECD–toxin complexes confirmed the possible accommodation of two water molecules into a hydration cavity inside the hydrophobic core of the subunit, which may contribute to the gating mechanism of the receptor. These findings provide additional structural data that are intended to inspire biophysical studies on the functional role of glycosylation in the gating mechanism of nAChR and also guide the development of novel therapeutic agents for the treatment of nAChR-associated diseases.

O σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας σύγχρονης αεροναυπηγικής κατασκευής περιλαμβάνει ως επιμέρους φάσεις (μεταξύ άλλων) τον αρχικό και τον προκαταρκτικό σχεδιασμό. Οι φάσεις αυτές έχουν ιδιαίτερη σημασία διότι εκεί δίνεται η αρχική μορφή και οι διαστάσεις της κατασκευής. Είναι γεγονός ότι η συμβατική σχεδίαση των βασικών δομικών στοιχείων των αεροσκαφών έχει φτάσει σε πολύ υψηλό επίπεδο βελτιστοποίησης που επιδέχεται πλέον μόνο μικρά περιθώρια περαιτέρω βελτίωσης. Οι σύγχρονες όμως απαιτήσεις των ελαφρών κατασκευών, όπως δραστική μείωση του βάρους, αύξηση του ωφέλιμου φορτίου κτλ. ωθεί τις αεροναυπηγικές βιομηχανίες στη δημιουργία δομών που ξεφεύγουν από τις παραδοσιακές (μη-συμβατικές δομές). Παράλληλα με τα παραπάνω γίνεται προσπάθεια για μερική αντικατάσταση μεταλλικών υλικών από σύνθετα υλικά στις πρωτεύουσες δομές αεροναυπηγικών κατασκευών. Για να σχεδιαστούν και να εξελιχθούν μη-συμβατικές αεροναυπηγικές δομές χωρίς να καταφύγει κάποιος σε εκτενείς πειραματικές δοκιμές, η σύγχρονη τάση είναι η ανάπτυξη και ο συνδυασμός προτύπων συμπεριφοράς στη λογική της εξομοίωσης των πειραματικών δοκιμών. Η εξομοίωση αυτή επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών και κατάλληλων μεθόδων βασισμένων στη θεωρία των πινάκων (Πεπερασμένα Στοιχεία, Συνοριακά Στοιχεία κλπ.). Στη φάση του αρχικού και προκαταρκτικού σχεδιασμού η εφαρμογή των μεθοδολογιών προσομοίωσης δεν είναι πάντοτε εύκολη και απλή, λόγω των πολλαπλών αλλαγών στη γεωμετρία, το υλικό και τις κατασκευαστικές λεπτομέρειες που πραγματοποιούνται στη δομή κατά την επαναληπτική διαδικασία του σχεδιασμού. Επομένως, η αποκλειστική χρήση αριθμητικών μεθόδων ανάλυσης καθίσταται αναποτελεσματική από άποψη χρονικών απαιτήσεων, αν δεν συνοδεύεται από αναλυτικές ή ημιαναλυτικές προσεγγίσεις επιμέρους προβλημάτων του σχεδιασμού. Βασικό μέρος του προκαταρκτικού σχεδιασμού μιας πτέρυγας μη συμβατικής δομής αποτελεί η αποφυγή της αστοχίας του άνω τμήματός της, διότι οι λεπτότοιχες ενισχυμένες με δοκούς πλάκες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή υφίστανται λυγισμό λόγω των θλιπτικών φορτίσεων που κυρίως παραλαμβάνουν. Η διαστασιολόγηση των σύνθετων πλακών που φέρουν δοκούς ενίσχυσης στις κατασκευές αυτές απαιτούν συνήθως πλήθος επαναληπτικών υπολογισμών για διαφορετικές γεωμετρίες, φορτίσεις, οριακές συνθήκες κλπ. Η εξέταση της κάθε περίπτωσης μεμονωμένα με τη χρήση αριθμητικών μεθόδων καθιστά την επίλυση ολόκληρης της κατασκευής εξαιρετικά χρονοβόρα. Για το λόγο αυτό, στη φάση της αρχικής θεωρητικής μελέτης και της αρχικής διαστασιολόγησης η χρησιμοποίηση αναλυτικών μεθόδων για την εύρεση του κρίσιμου φορτίου λυγισμού πλακών με δοκούς ενίσχυσης οδηγεί στην εξοικονόμηση υπολογιστικού κόστους. Επομένως, η ανάπτυξη αναλυτικών ή ημιαναλυτικών μεθόδων προσδιορισμού των φορτίων λυγισμού ενισχυμένων με δοκούς συνθέτων πλακών και κελυφών θεωρείται πολύ σημαντική. Για τον σκοπό αυτό, στο πλαίσιο αυτής της διατριβής, αναπτύσσονται αναλυτικές και ημιαναλυτικές λύσεις για το λυγισμό πολύστρωτων πλακών ενισχυμένων με ενισχυτικές διαμήκεις δοκούς, οι οποίες ενσωματώνονται σαν κριτήρια στη μέθοδο διαστασιολόγησης της δομής. Η μεθοδολογία συμπληρώνεται με πλήθος άλλων κατάλληλων κριτηρίων για τον έλεγχο της αντοχής των δομικών στοιχείων της πτέρυγας καθώς και με κριτήρια για την επαναδιαστασιολόγηση των στοιχείων κατά την επαναληπτική διαδικασία της βελτιστοποίησης. Με τη μεθοδολογία που αναπτύσσεται διερευνούνται διατάξεις δομής πτερύγων από σύνθετα υλικά με πολυάριθμες κύριες δοκούς. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύσσονται αναλυτικές/ημιαναλυτικές λύσεις ολικού και τοπικού λυγισμού πλακών που φέρουν δοκούς ενίσχυσης. Όσον αφορά τον ολικό λυγισμό αναπτύσσεται μια μεθοδολογία που βασίζεται στη μαθηματική μετατροπή μιας πλάκας που φέρει δοκούς ενίσχυσης σε μια ισοδύναμη ομογενή πλάκα. Η αναπτυχθείσα μεθοδολογία ομογενοποίησης των ενισχυμένων πλακών εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις αντίστοιχες ήδη υπάρχουσες. Παράλληλα, η ενεργειακή μέθοδος Rayleigh-Ritz εφαρμόζεται για τη λύση προβλημάτων λυγισμού μερικώς ανισότροπων πλακών με ενισχυτικές δοκούς από σύνθετα υλικά, λαμβάνοντας διακριτά υπόψη τις ενισχυτικές δοκούς. Όσον αφορά το πρόβλημα του τοπικού λυγισμού, αναπτύσσεται μια νέα μεθοδολογία για την εύρεση των κρίσιμων φορτίων τοπικού λυγισμού λεπτότοιχης πλάκας με χρήση ενεργειακών μεθόδων. Το μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιείται για την περίπτωση του τοπικού λυγισμού της επικάλυψης είναι η απομόνωση του τμήματος της επικάλυψης μεταξύ δυο ενισχυτικών δοκών και η αντικατάσταση της δυσκαμψίας της υπόλοιπης πλάκας με ελατήρια μεταβλητής δυσκαμψίας. Η μεθοδολογία αυτή επεκτείνεται και στον προσδιορισμό της μεταλυγισμικής συμπεριφοράς μιας πλάκας ενισχυμένης με διαμήκεις δοκούς. Οι παραπάνω μεθοδολογίες υπολογισμού του κρίσιμου φορτίου λυγισμού που αναπτύσσονται, στα πλαίσια αυτής της διατριβής, εφαρμόζονται στη διαστασιολόγηση πτέρυγας μη συμβατικής δομής από σύνθετα υλικά με πολυάριθμες κύριες δοκούς, σε αντίθεση με τις συμβατικές πτέρυγες (με δύο κύριες δοκούς). Η ανάλυση τάσεων της πτέρυγας πραγματοποιείται με τη βοήθεια της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Η τελική διαστασιολόγηση επιτυγχάνεται με επαναληπτική διαδικασία βελτιστοποίησης βασισμένη σε αναλυτικές και ημιαναλυτικές σχέσεις. Με τον τρόπο αυτό, συγκρίνεται λεπτομερώς η συμβατική δομή πτέρυγας με 2 κύριες δοκούς και οι αντίστοιχες πτέρυγες με 4, 5 και 6 κύριες δοκούς. Για την περαιτέρω βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς της πτέρυγας, διερευνάται η επίδραση που έχει η αλλαγή των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού και των επιτρεπόμενων ορίων παραμόρφωσης στη δυνατότητα ελαχιστοποίησης της μάζας της πτέρυγας. Υπολογίστηκε ότι κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες η χρήση της μη συμβατικής πτέρυγας μπορεί να οδηγήσει σε μείωση μάζας μέχρι και 12%. / The design and development of a modern aerospace structure consists of many design stages. The most important stages are the conceptual and the preliminary where the initial sizing of the structure is obtained. It is known that the conventional design of the aircraft’s main structural members has reached a high optimization level, where margins for further improvement are small. The current demands of the lightweight structures such as weight reduction, payload increase etc. have led the aerospace industries develop unconventional structures and partially substitute the metallic materials of the primary structures with composites. The current trend of designing and evolving unconventional aerospace structures, without performing extended experimental tests, leads to the development of behavior models. The simulation of the experimental tests (through the behavior models) is achieved using high performance computers and numerical methods (Finite Element Method, Boundary Element Method etc). To apply simulation methods during the conceptual and preliminary stage is not an easy task. Most of the difficulties are the numerous geometrical, material parameters and the structural details that alter during the iterative process of the design. So, the exclusive usage of numerical analysis methods becomes very time consuming, if it is not accompanied by analytical or semi analytical methods of the sub-problems of the design. Part of the preliminary design of an unconventional wing structure is to prevent upper skin from failure. The stiffened panels that comprise the upper skin of the wing suffer from buckling due to the applied compressive loads. The sizing of the composite stiffened panels usually requires numerous of iterative calculations for various geometries, loading and boundary conditions etc. The examination of each case separately, with the use of numerical methods, results to time consuming analyses of the entire structure. Therefore, the development of appropriate analytical or semi analytical methods for estimating stiffened panels’ critical buckling load is of great importance. For this purpose, in the present thesis, analytical and semi analytical methodologies are developed for estimating the critical buckling load of stiffened panels. The developed methodologies are incorporated as design criteria in the sizing routine of the entire structure. The sizing routine comprises additional sizing criteria for checking the strength of wing’s structural members at each phase of the iterative process. Applying the developed sizing routine in various wing configurations made of composite materials, multispar wing designs are studied. Specifically, analytical and semi analytical methods for global and local buckling problems of stiffened panels are developed. The methodology of global buckling problems is based on the mathematical conversion of a stiffened panel to an equivalent homogeneous panel. The developed method of homogenization of stiffened panels appears to have significant advantages over the already existed homogenization methods. Additionally, the energy method Rayleigh-Ritz is applied for solving global buckling problems of stiffened panels with partial anisotropy considering discrete stiffeners. Regarding local buckling problems of stiffened panels, a new methodology is developed for estimating the critical local buckling load with the use of energy methods. The approach considers the stiffened panel segment located between two stiffeners, while the remaining panel is replaced by equivalent transverse and rotational springs of varying stiffness, which act as elastic edge supports. The buckling analysis of the segment provides an accurate and conservative prediction of the panel local buckling behavior. Consequently, the developed methodology is extended in the prediction of post-buckling response of stiffened panels where skin has undergone local buckling. The developed methodologies for calculating the critical buckling load are applied for sizing the wing members of an unconventional wing (multispar configuration) from composite materials. An efficient methodology based on fast Finite Element (FE) stress analysis combined to analytically formulated design criteria is presented for the initial sizing of a large scale composite component. A detailed comparison between optimized designs of conventional (2-spar) and three alternative wing configurations which comprise 4-, 5-, and 6-spars for the wing construction is performed. In order to understand the effect of different material properties, as well as the variation of maximum strain level allowed in the total wing mass, parametric analyses are performed for all wing configurations considered. It arises that under certain conditions the multispar configuration demonstrates significant advantages over the conventional design. This would lead to a mass reduction of 12%.

Τα τελευταια χρόνια ειμαστε μαρτυρες ενός εντυπωσιακού παραδόξου στο χώρο της τεχνολογίας. Ενώ όλη η ανθρωπότητα αναζητά το κάτι παραπάνω σε υπολογιστική ισχύ, σε χώρο αποθήκευσης και σε ταχύτητα, μικρές αυτόνομες συσκευές έρχονται να κατακτήσουν όλο και περισσότερους τομείς της καθημερινότητάς μας. Μονάδες με την ικανότητα της επεξεργασίας και της αποθήκευσης δεδομένων, της αίσθησης του περιβάλλοντος αλλά και της επικοινωνίας μεταξύ τους, ενσωματώνονται σχεδόν σε όλους τους τομείς δραστηριοποίησης του ανθρώπου. Ο τρόπος αυτό-οργάνωσης αυτών των κόμβων - μονάδων στα πλαίσια μεγάλων ασύρματων δικτύων αισθητήρων, και η συλλογή δεδομένων από μια ευρεία περιοχή, τους δίνει τη δυνατότητα λήψης αποφάσεων, πολλές φορές κρίσιμων, ανάλογα με τις επικρατούμενες συνθήκες. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων, σε συνδυασμό με τις υπηρεσίες της υψηλής και καθιερωμένης τεχνολογίας του συστήματος GPS (Global Positioning System) μπορούν να δημιουργήσουν έναν εκρηκτικό συνδυασμό και ερευνητικές ιδέες για ανάπτυξη αστικών εφαρμογών αυτοματισμού, στο πλαίσιο των λεγόμενων «έξυπνων πόλεων». Μέσα σε ένα απέραντο δίκτυο ασυρμάτων αισθητήρων, αποτελούμενο από χιλιάδες οντότητες, η ικανότητα του κάθε κόμβου να εντοπίζει την θέση του και να την μοιράζεται με τους υπόλοιπους, κερδίζει ολοένα και περισσότερο έδαφος ειδικά σε θέματα δρομολόγησης. Η χρήση της τεχνολογίας GPS από έναν κόμβο, αντικείμενο που μελετάμε στη παρούσα εργασία, μπορεί να οδηγήσει από την επιτυχή εφαρμογή του Geographical Routing σε ένα WSN, μέχρι την υλοποίηση απαιτητικών εφαρμογών για αντιγραφή κίνησης αλλά και δημιουργίας «έξυπνων αυτοκινητόδρομων» μέσα στους οποίους θα γίνεται αυτόματη πλοήγηση των κινητών υπό την επίβλεψη ενός μεγάλου WSN με κόμβους που συνεργάζονται με το σύστημα δορυφορικού εντοπισμού θέσης αλλά και μεταξύ τους. Όπως γίνεται άμεσα αντιληπτό, η παρούσα εργασία, που πραγματεύεται την σωστή συνεργασία και επικοινωνία ενός δικτύου ασυρμάτων αισθητήρων με την τεχνολογία GPS για την ιχνηλάτηση της πορείας ενός κινητού, μπορεί να δώσει μελλοντική τροφή για ενασχόληση σε πολλαπλά ερευνητικά επίπεδα. Η εργασία μας χωρίστηκε σε τρείς θεματικές ενότητες. Η πρώτη αφορά τον τομέα του WSN και του προγραμματισμού των κόμβων, για επικοινωνία με τους δορυφόρους, με τον υπολογιστή αλλά και μεταξύ τους, με τις απαραίτητες λειτουργικές εφαρμογές που κληθήκαμε να υλοποιήσουμε. Η δεύτερη αναφέρεται στην εργασία μας από την πλευρά του υπολογιστή, που λειτουργεί σαν συλλέκτης των δεδομένων του δικτύου, και τη σύνδεση του συστήματός μας με την πρότυπη εφαρμογή Google EarthTM για απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της τροχιάς που ακολουθεί ένα κινητό. Η τρίτη ενότητα περιλαμβάνει εκτέλεση πειραμάτων χρήσης του συστήματος που σχεδιάσαμε και παράθεση οπτικοποιημένων αποτελεσμάτων, για την εύκολη εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων όσον αφορά στη λειτουργικότητά του. / The last few years we witness a striking paradox in the field of technology. While all humanity is seeking for more computing power, more storage capabilities and more proccessing speed, small autonomous devices have appeared to occupy more and more areas of our lives in the daily routine. Units with the capabilities of data proccessing, data storage, enviromental sensing and communication with each other, are incorporated in almost all areas of human activity. The way in which these nodes are self-organized into large Wireless Sensor Networks and their ability to collect data from a wide area, enables them in taking decisions, critical ones sometimes, according to the prevailing conditions. The above characteristics of the components of wireless sensor networks, combined with the services of the established and standard technology of the GPS (Global Positioning System) can create ideas for research and development of urban applications of automation in the so-called “smart cities”. In a vast network of wireless sensors, consisting of thousands of entities, the ability of each node to detect its position and share it with others, is gaining more and more ground especially in routing topics. The use of GPS technology from a node, which is one of the subjects we study in this thesis, could lead from the successful implementation of the Geographical Routing, to the implementation of more demanding applications for motion replication but also to creating “smart highways” through which mobiles will execute an automatic navigation, supervised by a large WSN consisting of nodes cooperating with the satellite positioning system and with each other. As is readily apparent, the present thesis which is dealing with the good cooperation and communication of a wireless sensor network with the GPS technology in order to trace the path of a mobile, can provide room for future involvement in multiple levels of research. Our work was divided into three thematic sections. The first concerns the field of WSN and node programming so that they can be able to communicate with satellites, with the computer and with each other, by installing them with the necessary functional applications that we had to implement. The second section refers to our work on the computer side, which acts as a network data collector, and the link of our system with the standard Google EarthTM application to display the path of a mobile in real – time. The third section includes conducting experiments using the system we designed. The results are visualised and listed for an easy extraction of usefull conclusions regarding the functionality of our system.

Η αύξηση της διαθέσιμης Πληροφορίας στον Παγκόσμιο Ιστό είναι ραγδαία. Η παρατήρηση αυτή παρότρυνε πολλούς ερευνητές να επικεντρώσουν το έργο τους στην εξαγωγή χρήσιμων γνωρισμάτων από διαδικτυακά έγγραφα, όπως ιστοσελίδες, εικόνες, βίντεο, με σκοπό τη ενίσχυση της διαδικασίας κατηγοριοποίησης ιστοσελίδων. Ένας πόρος που περιέχει πληροφορία και δεν έχει διερευνηθεί διεξοδικά για γλώσσες εκτός της αγγλικής, είναι η διεύθυνση ιστοσελίδας (URL- Uniform Recourse Locator). Το κίνητρο της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι το γεγονός ότι ένα σημαντικό υποσύνολο των χρηστών του διαδικτύου δείχνει ενδιαφέρον για δικτυακούς πόρους, των οποίων οι διευθύνσεις URL περιλαμβάνουν όρους προερχόμενους από τη μητρική τους γλώσσα (η οποία δεν είναι η αγγλική), γραμμένους με λατινικούς χαρακτήρες. Προτείνεται μέθοδος η οποία θα αναγνωρίζει και θα εξάγει τις λέξεις-κλειδιά από διευθύνσεις ιστοσελίδων (URLs), εστιάζοντας στο ελληνικό Διαδίκτυο και συγκεκριμένα σε URLs που περιέχουν ελληνικούς όρους. Το κύριο ζήτημα της προτεινόμενης μεθόδου είναι ότι οι ελληνικές λέξεις μπορούν να μεταγλωττίζονται με λατινικούς χαρακτήρες σύμφωνα με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, καθώς και το γεγονός ότι τα URLs μπορούν να περιέχουν περισσότερες της μιας λέξεις χωρίς κάποιο διαχωριστικό. Παρόλη την ύπαρξη προηγούμενων προσεγγίσεων για την επεξεργασία ελληνικού διαδικτυακού περιεχομένου, όπως αναζητήσεις στο ελληνικό διαδίκτυο και αναγνώριση οντότητας σε ελληνικές ιστοσελίδες, καμία από τις παραπάνω δεν βασίζεται σε διευθύνσεις URL. Επιπλέον, έχουν αναπτυχθεί πολλές τεχνικές για την κατηγοριοποίηση ιστοσελίδων με βάση κυρίως τις διευθύνσεις URL, αλλά καμία δεν διερευνά την περίπτωση του ελληνικού διαδικτύου. Η προτεινόμενη μέθοδος περιέχει δύο βασικά στοιχεία: το μεταγλωττιστή και τον κατακερματιστή. Ο μεταγλωττιστής, βασισμένος σε ένα ελληνικό λεξικό και ένα σύνολο κανόνων, μετατρέπει τις λέξεις που είναι γραμμένες με λατινικούς χαρακτήρες σε ελληνικούς όρους ενώ παράλληλα ο κατακερματιστής τμηματοποιεί τη διεύθυνση URL σε λέξεις με νόημα, εξάγοντας, έτσι τελικά ελληνικούς όρους που αποτελούν λέξεις κλειδιά. Η πειραματική αξιολόγηση της προτεινόμενης μεθόδου σε δείγμα ελληνικών URLs αποδεικνύει ότι μπορεί να αξιοποιηθεί εποικοδομητικά στην αυτόματη αναγνώριση λέξεων-κλειδιών σε ελληνικά URLs. / The available information on the WWW is increasing rapidly. This observation has triggered many researchers to focus their work on extracting useful features from web documents that would enhance the task of web classification. A quite informative resource that has not been thoroughly explored for languages other than English, is the uniform recourse locator (URL). Motivated by the fact that a significant part of the Web users is interested in web resources, whose URLs contain terms from their non English native languages,written using Latin characters, we propose a method that identifies and extracts successfully keywords within URLs focusing on the Greek Web and especially ons URLs, containing Greek terms. The main issue of this approach is that Greek words can be transliterated to Latin characters in many different ways based on how the words are pronounced rather than on how they are written. Although there are previous attempts on similar issues, like Greek web searches and entity recognition in Greek Web Pages, none of them is based on URLs. In addition, there are many techniques on web page categorization based mainly on URLs but noone explores the case of Greek terms. The proposed method uses a three-step approach; firstly, a normalized URL is divided into its basic components, according to URI protocol (scheme :// host / path-elements / document . extension). The domain part is splitted on the apperance of punctuation marks or numbers. Secondly, domain-tokens are segmented into meaningful tokens using a set of transliteration rules and a Greek dictionary. Finally, in order to identify useful keywords, a score is assigned to each extracted keyword based on its length and whether the word is nested in another word. The algorithm is evaluated on a random sample of 1,000 URLs collected manually. We perform a human-based evaluation comparing the keywords extracted automatically with the keywords extracted manually when no other additional information than the URL is available. The results look promising.

Η βιομηχανία της ένδυσης εξακολουθεί να στηρίζεται σε πολύ μεγάλο βαθμό στην χειρωνακτική εργασία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα υφάσματα είναι σώματα που παρουσιάζουν πολύ μικρή δυσκαμψία με αποτέλεσμα να παραμορφώνονται εύκολα, ενώ παράλληλα έχουν ένα μεγάλο εύρος δομών και ιδιοτήτων που καθιστά δύσκολη την ανάπτυξη αξιόπιστων και ευέλικτων συστημάτων χειρισμού. Στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται μία μέθοδος για τον διαχωρισμό και σύλληψη ενός τεμαχίου υφάσματος από στοίβα, βασισμένη στη ροή αέρα υπό πίεση πάνω από τη στοίβα. Η ροή ανασηκώνει το άνω τεμάχιο, ενώ η τυρβώδης φύση της ροής διαχωρίζει το τεμάχιο από τα υποκείμενά του. Αναπτύσσονται δύο συστήματα για τον αυτόνομο προσδιορισμό της τροχιάς άκρου εργασίας ρομπότ, για την πραγματοποίηση του χειρισμού της απλής απόθεσης τεμαχίου υφάσματος σε τράπεζα εργασίας. Αυτά τα συστήματα βασίζονται σε μεθόδους υπολογιστικής νοημοσύνης, και πιο συγκεκριμένα στην ασαφή λογική, χωρίς να απαιτούν τη χρήση επιπρόσθετων συσκευών ή τη γνώση πολλών μηχανικών ιδιοτήτων των υφασμάτων. Μελετάται ο χειρισμός του διπλώματος υφάσματος σε τράπεζα εργασίας και εισάγονται τρία στάδια στα οποία μπορεί να χωριστεί αυτός ο χειρισμός ώστε να μειωθεί η πολυπλοκότητα του συνολικού χειρισμού. Αναλύεται το κάθε στάδιο και παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μορφής του υφάσματος που επιλέγονται για να περιγράψουν την κατάστασή του για κάθε στάδιο του χειρισμού. Εισάγεται μια μέθοδος για την εξαγωγή αυτών των χαρακτηριστικών με τη χρήση δύο αισθητήρων όρασης, η οποία βασίζεται στην αναζήτηση των χαρακτηριστικών αυτών σε συγκεκριμένες περιοχές του χώρου της εικόνας. Αυτό καθίσταται δυνατό χάρη στην βαθμονόμηση των αισθητήρων. Αναπτύσσεται μία στρατηγική για το δίπλωμα υφασμάτων βασισμένη σε ασαφή λογική με ανάδραση όρασης. Ο ασαφής ελεγκτής, πολλών εισόδων-εξόδων, εκπαιδεύεται με τη μέθοδο δοκιμής-και-σφάλματος και παρέχει τα κέρδη ενός Ρ-ελεγκτή. Το σύστημα παρουσιάζει ευελιξία και αξιοπιστία για υφάσματα που ικανοποιούν τους περιορισμούς που έχουν τεθεί. Παρουσιάζεται μία στρατηγική για τον έλεγχο του ενεργού διπλώματος όπου δύο ανεξάρτητα υποσυστήματα αναλαμβάνουν τον προσδιορισμό της κατάστασης στόχου του υφάσματος και την επίτευξη αυτού του στόχου αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο την ευελιξία του συστήματος. Οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αφετηρία για την εισαγωγή αξιόπιστων και ευέλικτων αυτοματισμών με σκοπό την εκτέλεση των χειρισμών της βιομηχανίας ένδυσης από ρομπότ. / The apparel industry is still mainly based on manual labor. The main reason for the automation delay is the fact that fabrics are bodies that present very low bending rigidity, and as a result they are easily deformed. Fabrics also present a great variety of structures and properties. These facts deter the development of reliable and flexible robotic handling systems. In this thesis a method for the separation and capture of a piece of fabric from a stack is presented, based on air flow over the stack. The difference in static pressure, caused by the flow, lifts the upper piece of the fabric, while the turbulent nature of the flow separates it from its underlying pieces. Two systems are developed for the determination of the trajectory of the end-effector of a robot, for the realization of the simple laying task of a piece of fabric on a work table. These systems are based on soft computing, and particularly on fuzzy logic, and any additional apparatuses or the knowledge of many mechanical properties of the fabrics are not required. The task of folding a piece of fabric on a work table is investigated and three stages are introduced, in which the folding task can be decomposed in order to reduce the complexity of the robot controller development. Each stage is explained and the shape characteristics that are selected in order to describe the shape of the fabric for each stage are presented. A method for the extraction of the selected characteristics from two vision sensors is introduced, which is based on variable image segmentation. The calibration of the vision sensors is also presented. A strategy is developed for the folding of rectangular pieces of fabric based on fuzzy logic with vision feedback. The indirect fuzzy controller is trained via trial-and-error and provides the variable gains of a P-controller. The system presents flexibility and reliability for the fabrics that satisfy the restrictions that have been set. Finally, a strategy for the control of the true folding stage is presented, according to which two separate subsystems determine the target state of the fabric and lead the fabric towards that state, increasing thus the flexibility of the system. The methods that are developed in this thesis can be the stepping stone for the introduction of reliable and flexible automation schemes for the realization of some of the apparel industry tasks that are still labor intensive.

Τα τελευταία χρόνια η ανάγκη για αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα με χαμηλή τάση τροφοδοσίας και χαμηλή ισχύ γίνεται κάτι περισσότερο από επιτακτική. Ο βασικότερος λόγος για την ανάγκη αυτή είναι η ραγδαία ανάπτυξη από φορητές ηλεκτρονικές συσκευές για εφαρμογές πολυμέσων (laptops, netbooks, mobiles) έως ολοκληρωμένων συστημάτων βιοιατρικών εφαρμογών. Μάλιστα σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές να έχουν δυνατότητα διασύνδεσης σε ασύρματα δίκτυα (WLANs) και επομένως επιβάλλεται η ενσωμάτωση συστημάτων πομποδεκτών. Έτσι, οι απαιτήσεις για όσο το δυνατόν μικρότερη κατανάλωση και επομένως χαμηλότερη τροφοδοσία είναι επιβεβλημένες. Ένα από τα βασικότερα «δομικά» κυκλώματα σχεδίασης αναλογικών κυκλωμάτων είναι οι διαφορικοί ενισχυτές τάσης. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζονται πλήρεις λύσεις διαφορικών ενισχυτών χαμηλής τάσης τροφοδοσίας σε τυπική CMOS τεχνολογία των 0.35μm και 0.18μm. Οι προτεινόμενοι ενισχυτές σχεδιάστηκαν με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα (Bulk-driven technique). Αρχικά σχεδιάστηκαν διαφορικοί ενισχυτές τάσεις με τοπολογία αρνητικής αντίστασης στην βαθμίδα εισόδου. Με τον τρόπο αυτό έγινε αύξηση της μικρής διαγωγιμότητας εισόδου που παρουσιάζει η τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα. Έτσι, προέκυψαν πρωτότυπες δομές ενισχυτών με χαμηλή τροφοδοσία μέχρι και 0.8V. Οι επιδόσεις των ενισχυτών χαρακτηρίστηκαν από κατάλληλες προσομοιώσεις αλλά και από πειραματικές μετρήσεις καθώς κατασκευάστηκε ολοκληρωμένο κύκλωμα ενισχυτή. Η σύγκλιση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων με των πειραματικών απέδειξε πως τόσο τα προτεινόμενα κυκλώματα όσο και η ίδια η τεχνική σχεδίασης αποτελούν σημαντική λύση όπου απαιτούνται διαφορικοί ενισχυτές τάσης χαμηλής τροφοδοσίας. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε βαθμίδα διαφορικού ακόλουθου τάσης με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα και τροφοδοσία 1V. Η βαθμίδα αυτή χρησιμοποιήθηκε ως διαφορική βαθμίδα εισόδου διαφορικού ενισχυτή τάσης με τροφοδοσία 1V. Ο ενισχυτής αυτός λειτουργεί για μεταβολή του κοινού σήματος εισόδου μεταξύ των άκρων της τροφοδοσίας. Ο ακόλουθος τάσης τροποποιήθηκε κατάλληλα ώστε να λειτουργεί με τροφοδοσία 0.5V και χρησιμοποιήθηκε ως διαφορική βαθμίδα εισόδου σε διαφορικό ενισχυτή τάσης ίδιας τροφοδοσίας. Και οι δυο προτεινόμενες τοπολογίες ενισχυτών αποτελούν πλήρεις λύσεις για εφαρμογές ενισχυτών τάσης με χαμηλή και πολύ χαμηλή τροφοδοσία αντίστοιχα. Τέλος με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα σχεδιάστηκε ενισχυτής μεταβλητού κέρδους. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε τεχνική γραμμικής μεταβολής διαγωγιμότητας διαγωγών. Ο ενισχυτής μεταβλητού κέρδους που σχεδιάστηκε λειτουργεί με τροφοδοσία 0.8V ενώ το κέρδος έχει εύρος μεταβολής 17dB και μπορεί να ενσωματωθεί σε βρόχο αυτομάτου ελέγχου κέρδους χαμηλής τροφοδοσίας. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα και δυο κυκλώματα τετραγωνικής συνάρτησης με τροφοδοσία 0.8V και 0.5V αντίστοιχα. / In recent years the need for analog integrated circuits with low-voltage and low-power is more than urgent. The main reason for this need is the rapid growth of portable electronic devices for multimedia applications (laptops, netbooks, mobiles, etc.) and even more for biomedical devices applications. In many cases, these electronic devices provide connectivity to wireless networks (WLANs) and therefore they incorporate transceiver systems. Thus, requirements such as low-voltage and low-power are a necessity. One of the basic analog “building blocks” for circuit design is differential voltage amplifiers. This thesis presents complete solutions for low-voltage differential amplifiers in standard CMOS technology of 0.35μm and 0.18μm. The proposed amplifiers were designed with bulk-driven technique. In the first place are designed differential voltage amplifiers that include input stage with negative resistance circuitry. This way the proposed amplifiers improve the small input transconductance due to bulk-driven transistors. Thus, novel amplifier structures are obtained with a voltage supply equal even to 0.8V. The amplifiers performance is characterized both through simulation and experimental results. The convergence of simulation and experimental results demonstrate that the proposed amplifiers circuits designed with bulk-driven technique are significant solution in the design of low-voltage amplifiers. In the next step a differential bulk-driven voltage follower is designed with 1V voltage supply. The proposed follower is used as a differential input stage for a differential voltage amplifier with the same voltage supply. The proposed amplifier is capable to operate rail-to-rail for common mode input signals. Also, the proposed voltage follower is modified in order to operate in extreme voltage supply of 0.5V. The modified voltage follower is used, again, as a differential input stage for a differential voltage amplifier while the whole amplifier used a voltage supply equal to 0.5V. Both proposed amplifiers topologies that use bulk-driven differential voltage followers as input stages are complete solutions for low-voltage and ultra low-voltage amplifiers applications. Finally, a new technique for linear transconductance variation, applicable in any kind of transconductor, is introduced. The proposed technique is used to build a bulk-driven variable gain amplifier (VGA). The proposed VGA operate with 0.8V voltage supply while produce a gain range variation equal to 17dB. The amplifier could incorporate in an automatic gain control loop (AGC) for low-voltage applications. For this purpose, two bulk-driven voltage squarers circuits with voltage supply 0.8V and 0.5V was also proposed.

Η HDL είναι ένα μείγμα λιποπρωτεϊνικών σωματιδίων υψηλής πυκνότητας, που ανάλογα με τη σύσταση τους σε λιπίδια μπορούν να είναι δισκοειδή ή σφαιρικά. Η κύρια αθηροπροστατευτική δράση της HDL, οφείλεται στο γεγονός ότι η συγκεκριμένη λιποπρωτεΐνη συλλέγει την περίσσεια χοληστερόλης από τους περιφερικούς ιστούς και τη μεταφέρει στο ήπαρ όπου καταβολίζεται. Επιπλέον, έχει αντιφλεγμονώδη και αντιοξειδωτική δράση. Η κύρια πρωτεΐνη της HDL είναι η απολιποπρωτεΐνη Α-Ι (apoA-I). Ωστόσο, πρόσφατα αποδείχθηκε ότι σε πειραματόζωα με έλλειψη στην apoA-I και κατά συνέπεια στην κλασσική HDL, η απολιποπρωτεΐνη Ε (apoE) αλληλεπιδρά με τον μεταφορέα λιπιδίων ABCA1 προάγοντας την de novo σύνθεση HDL σωματιδίων. Στην παρούσα μελέτη, στόχος ήταν η εύρεση της περιοχής της apoE που είναι υπεύθυνη για την λειτουργική αλληλεπίδραση με τον ABCA1 για το σχηματισμό HDL. Για το σκοπό αυτό, ανασυνδυασμένοι αδενοϊοί που εξέφραζαν καρβοξυ-τελικές συντετμημένες μορφές της apoE4 (AdGFP-E4[1-259], AdGFP-E4[1-229], AdGFP-E4[1-202], AdGFP-E4[1-185]), χορηγήθηκαν σε ποντίκια με έλλειψη στην ApoA-I σε δόση 8x108 pfu και πέντε μέρες μετά τη μόλυνση δείγματα πλάσματος αναλύθηκαν για το σχηματισμό HDL. Κλασματοποίηση των λιποπρωτεϊνών του πλάσματος με υπερφυγοκέντρηση σε διαβάθμιση πυκνότητας καθώς και FPLC χρωματογραφία αποκάλυψε ότι όλες οι συντετμημένες μορφές της apoE4 προάγουν το σχηματισμό HDL. Ανάλυση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας με αρνητική χρώση των HDL κλασμάτων, επιβεβαίωσε ότι όλες οι συντετμημένες μορφές της apoE4 είναι ικανές να προάγουν το σχηματισμό σωματιδίων με διάμετρο στην περιοχή της HDL. Τα δεδομένα αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η αμινοτελική περιοχή της apoE που εκτείνεται από τα αμινοξέα 1 έως 185 αρκεί για το σχηματισμό HDL σωματιδίων in vivo. Αυτά τα ευρήματα, ανοίγουν το δρόμο στην έρευνα για το σχεδιασμό βιολογικών φαρμάκων με βάση την apoE για τη θεραπεία της δυσλιπιδαιμίας, της αθηροσκλήρωσης και της στεφανιαίας νόσου. / HDL is a mixture of high density lipoprotein particles that depending on the lipid composition may be discoidal or spherical. The main atheroprotective property of HDL is reverse cholesterol transport, a process that unloads excess cholesterol from peripheral tissues and transports it to the liver for catabolism. HDL has also anti-inflammatory and antioxidant properties. The main protein of HDL is apolipoprotein A-I (apoA-I). However, recently it was shown that in the absence of apoA-I and consequently classical HDL, apolipoprotein E (apoE) interacts functionally with the lipid transporter ABCA1, promoting the de novo synthesis of HDL-like particles. The present study focused on the identification of the domain of apoE that is responsible for the functional interaction with ABCA1 and the formation of apoE-containing HDL. Recombinant attenuated adenoviruses expressing carboxy-terminal truncated forms of apoE4 (apoE4[1-259], apoE4[1-229], apoE4[1-202], and apoE4[1-185]) were administered to apoA-I-deficient mice at a low dose of 8x108 pfu and five days post-infection plasma samples were isolated and analyzed for HDL formation. Fractionation of plasma lipoproteins of the infected mice by density gradient ultracentrifugation and FPLC revealed that all forms were capable of promoting HDL formation. Negative staining electron microscopy analysis of the HDL density fractions confirmed that all C-terminal truncated forms of apoE4 promoted the formation of particles with diameters in the HDL region. Taken together, these data establish that the aminoterminal 1 to 185 region of apoE suffices for the formation of HDL particles in vivo. These findings may have important ramifications in the design of apoE-based biological drugs for the treatment of dyslipidemia, atherosclerosis and coronary heart disease.

Η ραγδαία εξάπλωση του Internet έχει προκαλέσει σημαντικές αλλαγές σε πολλούς κλάδους της οικονομίας και της κοινωνίας παγκόσμια. Με τη ραγδαία ανάπτυξη των Τεχνολογιών της Πληροφορικής και της Τεχνολογίας, μια νέα μορφή εκπαίδευσης εμφανίστηκε, που δεν είναι άλλη από το e-learning (εκπαίδευση από απόσταση), που έφερε την επανάσταση στο εκπαιδευτικό γίγνεσθαι. Επιπρόσθετα ο Παγκόσμιος Ιστός σταδιακά μετεξελίσσεται στο Σημασιολογικό Παγκόσμιο Ιστό (Semantic Web) νέα μοντέλα και πρότυπα (XML, RDF, OWL) αναπτύσσονται για την προώθηση αυτής της διαδικασίας. Η έκφραση, μετάδοση και αναζήτηση πληροφοριών με χρήση αυτών των προτύπων ανοίγει νέους ορίζοντες στη χρήση του Διαδικτύου. Οι οντολογίες κερδίζουν ολοένα έδαφος για την αναπαράσταση γνώσης. Σε μια μεγάλη οντολογία που περιέχει χρήσιμα δεδομένα για ένα σύστημα εξ’ αποστάσεως εκπαίδευσης, αξίζει κάποιος να ερευνήσει την «κρυμμένη γνώση», δηλαδή να ανακαλύψει πιθανές συσχετίσεις ή συνειρμούς, να βρει πρότυπα ή μορφές που επαναλαμβάνονται ή ακραία φαινόμενα. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια επίδειξη τεχνολογίας για την έγκυρη και έγκαιρη πρόβλεψη της απόδοσης των φοιτητών σε ένα σύστημα εξ’ αποστάσεως εκπαίδευσης. Η βασική ιδέα προκύπτει από την ανάγκη να σχεδιαστεί μία οντολογία η οποία θα μπορεί να αποθηκεύσει τη γνώση σχετικά με τις ικανότητες φοιτητών (user profile) σε σχέση με ένα συγκεκριμένο εκπαιδευτικό αντικείμενο (ΠΛΗ23 – Τηλεματική, Διαδίκτυο του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου (ΕΑΠ) )η οποία έχει πολύ συγκεκριμένη ύλη και 4 υποχρεωτικές γραπτές εργασίες ανά έτος). Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μελέτης της ανάλυσης των δεδομένων των φοιτητών με τεχνικές εξόρυξης γνώσης. Η εύρεση των κανόνων πραγματοποιήθηκε μέσω του εργαλείου Weka. Το αποτέλεσμα που προέκυψε είναι μία βάση γνώσης βάσει της οποίας γίνεται έγκαιρα και έγκυρα η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του φοιτητή, δηλαδή αν θα καταφέρει να ολοκληρώσει επιτυχώς ή μη τη Θεματική Ενότητα που έχει αναλάβει στο ΕΑΠ, ώστε ο διδάσκων να μπορεί από πολύ νωρίς να υποστηρίξει το φοιτητή με επιπλέον υλικό αν απαιτείται. / The rapid spread of Internet has caused significant changes in many sectors of the economy and society worldwide. From those changes could not be left out of education. With the rapid development of information technologies and technology, a new form of education appears, e-learning (distance education), which revolutionized the educational process. Furthermore, while the World Wide Web gradually transforms into Semantic Web, new standards and models (XML, RDF, OWL) are evolving in order to launch this inquiry. The storage, presentation, transmission and search of information according to those standards open up new horizons in the utilization of the Web. Ontologies are increasingly get used for knowledge representation. A large ontology contains useful data for a system of distance education, deserves someone to investigate the "hidden knowledge", i.e. to discover possible associations or to find patterns or forms that are repeated or extreme events. This thesis is a demonstration of technology for accurate and timely prediction of the performance of students in a system of distance education. The basic idea was to design an ontology that can store knowledge about the students’ skills (user profile) in relation to a specific educational purpose (PLI23 - Telematics, Internet of the Hellenic Open University, which has a very specific matter and 4 mandatory projects per year). Then we present the results of a study analyzing student data mining techniques (data mining-classification). The discovery rules took place via the tool Weka. The result is a knowledge base which is the appropriate tool (Interface teacher) may provide that a student needs on a particular topic (in addition to material help from the teacher), etc.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα, από τη στιγμή της ανακάλυψής τους, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, λόγω της ευρείας εφαρμογής τους σε πολλά επιστημονικά και τεχνολογικά πεδία, ως συνέπεια των μοναδικών ιδιοτήτων τους. Σημαντική είναι η χρησιμοποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα με σκοπό την ανάπτυξη μιας καινοτόμου μεμβράνης υψηλών αποδόσεων, για χρήση στην τεχνολογία Βιοαντιδραστήρα Μεμβρανών (Membrane Bioreactors, MBRs). Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιήθηκε χημική τροποποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα με πολυμερικές αλυσίδες. Η τροποποίηση των νανοσωλήνων μπορεί όχι μόνο να αυξήσει τη διαλυτότητά τους, αλλά να βελτιώσει την επεξεργασιμότητά τους και να τους προσδώσει νέες ιδιότητες, ανάλογα με τη φύση των μορίων της τροποποίησης. H τροποποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα μπορεί να επιτευχθεί με την επισύναψη λειτουργικών ομάδων στην επιφάνειά τους, είτε μέσω ομοιοπολικού είτε μέσω μη ομοιοπολικού δεσμού. Η ομοιοπολική σύνδεση επιτυγχάνεται με δύο μεθόδους: τον “εμβολιασμό προς” και τον “εμβολιασμό από”. Στον “εμβολιασμό προς” το συντεθειμένο πολυμερές προσδένεται απευθείας στην επιφάνεια του νανοσωλήνα, ενώ στον “εμβολιασμό από” η πολυμερική αλυσίδα αναπτύσσεται πάνω στην επιφάνεια του νανοσωλήνα. Στη συγκεκριμένη εργασία, λεπτοί νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος (Thin MWCNTs) και νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος (MWCNTs) τροποποιήθηκαν ομοιοπολικά και με τις δύο μεθόδους με πολυμερή, τα οποία μπορούν να ενσωματώσουν είτε ομοιοπολικά είτε ηλεκτροστατικά ομάδες τεταρτοταγούς αζώτου και φωσφoνίου, οι οποίες παρουσιάζουν βιοστατικές ιδιότητες. Ειδικότερα, έγιναν προσπάθειες ομοιοπολικής πρόσδεσης των βιοστατικών ομάδων μέσω πολυμερισμού κατάλληλων μονομερών ή με πολυμερισμό των μονομερών και κατάλληλη χημική τροποποίησή τους στην επιφάνεια των νανοσωλήνων άνθρακα. Τα μονομερή ήταν ο 2-(διμεθυλάμινο) μεθακρυλικός αιθυλεστέρας (DMAEMA) και το τεταρτοταγές DMAEMA για τους MWCNTs, ενώ μια επιπλέον προσπάθεια πραγματοποιήθηκε για πολυμερισμό του Ν,Ν-[(διμεθυλάμινο)πρόπυλο]μεθακρυλαμιδίου (MADAP) στους Thin MWCNTs. Επειδή οι προσπάθειες δεν προχώρησαν σε σημαντικό βαθμό, συντέθηκε το στατιστικό συμπολυμερές P(AA12-co-VBCHAM) με συμπολυμερισμό του ακρυλικού οξέος (ΑΑ) και του 4-βινυλοβένζυλο χλωριδίου (VBC) σε ποσοστό 12% και 88% αντίστοιχα και εισαγωγή της N,N-διμεθυλοδεκαεξυλαμίνης, το οποίο στη συνέχεια εισήχθη στους τροποποιημένους, με ομάδες φαινόλης, νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs-PhOH). Επίσης, επετεύχθη εισαγωγή των βιοστατικών ομάδων αμμωνίου και φωσφονίου μέσω ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης ως αντισταθμιστικά ιόντα στον αρνητικά φορτισμένο πολυηλεκτρολύτη πολυ(στυρενοσουλφονικό νάτριο) (PSSNa), που είχε προσδεθεί στους τροποποιημένους, με ομάδες εκκινητή ATRP, (πολυμερισμός ελευθέρων ριζών μέσω μεταφοράς ατόμου) λεπτούς νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος (Τhin MWCNTs-Ph-INIT). Η ίδια διαδικασία πραγματοποιήθηκε για την εισαγωγή ομάδων αμμωνίου στο PSSNa που είχε προσδεθεί στους τροποποιημένους, με ομάδες εκκινητή ATRP, νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος (MWCNTs-Ph-INIT). Τα συντεθειμένα βιοστατικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές εφαρμογές, μεταξύ των οποίων είναι και ο καθαρισμός του νερού. / Since their discovery, carbon nanotubes, have attracted the interest of the scientific community, because of their wide application in a numerous scientific and technological fields, as a consequence of their unique properties. The use of carbon nanotubes is of great importance to the field of Membrane Bioreactors (MBRs) for the development of innovative membranes of high performance. The modification of carbon nanotubes can not only increase their solubility, but improve their processability and give them new properties, depending on the nature of the molecules of modification. In this work, the chemical modification of carbon nanotubes with polymer chains is investigated. Modification of carbon nanotubes can be achieved with the attachment of functional groups in their surface, through covalent or non covalent bond. The covalent bond is achieved with two methods: “grafting to” and “grafting from”. In the “grafting to” method, the synthesized polymer is attached directly on the surface of carbon nanotube, while in the “grafting from” method, the polymer chain is developed from the surface of the carbon nanotube. In the present work, thin multi-walled carbon nanotubes (Thin MWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were modified covalently with both methods with polymers, that can incorporate either covalently or electrostatically, quartenary ammonium and phosphonium groups that present antifouling properties. More specifically, efforts were made in covalent attachment of antifouling groups via polymerization of suitable monomers or with polymerization of monomers and appropriate subsequent chemical modification in the surface of carbon nanotubes. The monomers were the 2-(Dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA) and quaternized DMAEMA for MWCNTs, while an additional effort was made in polymerization of N,N-[(dimethylamino)propyl]methacrylamide (MADAP) in Thin MWCNTs. Because the efforts were not successful, the random copolymer P(AA12-co-VBCHAM) was prepared, with copolymerization of acrylic acid (AA) and 4-vinylbenzyl chloride (VBC) in 12% and 88% percentage respectively and introduction of N,N-Dimethylhexadecylamine, which afterwards was introduced into modified, with phenol groups, carbon nanotubes (CNTs-PhOH). Furthermore, successful introduction of antifouling ammonium and phosphonium groups via electostatical interaction as counter ions in the negatively charged polyelectrolyte poly(sodium styrene sulfonate) (PPSNa) was accomplished. The polyelectrolyte was grafted onto modified, with ATRP (atom transfer radical polymerization) initiator groups, thin multi-walled carbon nanotubes (Thin MWCNTs-Ph-INIT). The same process was followed for the introduction of ammonium groups in PSSNa, which was grafted onto modified, with ATRP initiator groups, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs-Ph-INIT). The composed antifouling materials can be used in a lot of applications, including the water purification.